Старовинні досліди з безповітряним простором

Наші бесіди про властивості повітря закінчимо старовинною розповіддю про перші досліди з повітряним насосом. Ці досліди проводилися наприкінці XVII століття головою самоврядування німецького міста Магдебурга фізиком Отто Геріке. Розповідь про виконані ним цікаві досліди пояснюється малюнками, взятими з його книги.

Перший досвід освіти порожнечі: викачуванням води

«Мені спало на думку наступний досвід:

«Якщо наповнимо водою бочку, всі щілини якої настільки закручені ретельно, що в неї не може проникати зовнішнє повітря, потім вставимо в дно металеву трубку, через яку можна випускати воду, то через свою тяжкість вона буде витікати і залишить у бочці порожній простір, в якому не може бути жодної іншої речовини.

«Бажаючи перевірити на досвіді свої міркування, я замовив собі мідний насос з поршнем і циліндром, дуже ретельно пригнаними (щоб повітря не могло проникати всередину насоса і виходити з нього повз поршня). Далі насос був забезпечений двома шкіряними клапанами, з яких внутрішній мав впускати воду, а зовнішній – сприяти її виливанню.

Зміцнивши на дні бочки свій насос, я спробував викачати воду. Однак при цьому обручі та гвинти, якими насос прикріплювався до бочки, відривалися, перш ніж поршень встигав втягнути воду.

Мал. 73. Отто Геріке, винахідник повітряного насоса

«Втім праця моя не виявилася марною. Після того, як насос прикріпили великими гвинтами, було нарешті досягнуто те, що троє сильних працівників, які гойдали насос, могли видобути воду через отвір, прикритий клапаном. Тоді всередині бочки почувся шум, який буває під час кипіння води; він продовжувався до тих пір, поки простір, що залишився після видалення води, небуло заповнено повітрям.

Мал. 74. Перший досвід Отто Геріке над утворенням безповітряного простору

«Цей недолік треба було усунути яким-небудь способом; я досяг цього, взявши діжку менших розмірів і помістивши її всередині першої. Пропустивши трубу довшого насоса через дно обох бочок, я наказав наповнити водою меншу бочку, законопатити її отвір і потім, наповнивши водою також велику бочку, знову почав роботу. Тепер вода викачувалася з маленької бочки і, безсумнівно, залишала в ній порожній простір.

«Але при наступі ночі, коли денний шум припинився, можна було чути всередині бочки звук, що переривається, що мав подібність з пташиним щебетанням. Це тривало майже три доби.

«Коли ж потім отвір маленької бочки було відкрито, то більшість її виявилася наповненою повітрям і водою.

«Всі були здивовані тим, що вода могла зовні потрапити до такої міцно законопачкої бочки.

Повторивши досвід кілька разів, я переконався, що внаслідок сильного тиску вода проникає в меншу бочку через дерево; проникає туди і кілька повітря».

Другий досвід утворення порожнечі: викачування повітря

«Коли досвід і розгляд дерева переконали мене в його шпаруватості, я вважав більш доцільним використати для своєї мети кулясту мідну посудину, з зверху латунним краном. Пристосувавши до нижньої частини цієї кулі насос, я приступив до викачування повітря, як колись викачував воду.

Мал. 75. Другий досвід Отто Геріке над утворенням безповітряного простору

«Спочатку поршень рухався вільно, але незабаром працювати поршнем ставало все важче і важче, тож двоє сильних працівників ледве в змозі були висувати його.У той час як вони ще продовжували працювати і вважали, що все повітря викачано, металева посудина раптово, на загальний переляк, була сплющена з сильним тріском, ніби судина була кинута з найвищої вежі. Цей випадок я пояснив тим, що, можливо, через недбалість майстра посудини не було надано досить кулясту форму. Довелося приготувати посуд правильної кулястої форми; з нього повітря спочатку викачувалося легко, а під кінець із великим зусиллям.

«Таким чином при повторенні досвіду отримано було порожній простір.

«Після того як кран судини був відкритий, повітря стало наповнювати мідну кулю з такою силою, що, здавалося, здатна була захопити за собою людей, які тут стояли. Якщо до кулі наближали обличчя, захоплювало дихання; навіть руку не можна було тримати близько від крана, її могло втягнути».

Досвід, що доводить, що дві півкулі, стиснуті тиском повітря, не можна розняти зусиллями 16 коней

«Я замовив дві мідні півкулі діаметром у три чверті магдебурзьких ліктів (тобто близько 40 см). До однієї півкулі приробили кран; за його допомогою можна було видалити повітря зсередини і перешкоджати проникненню повітря зовні. Крім того до півкуль прикріплені були 4 кільця, через які протягалися канати, прив'язані до упряжі коней. Я звелів також пошити шкіряне кільце і наситити його сумішшю воску зі скипидаром; затиснуте між півкулями, воно не пропускало в них повітря. У кран була вставлена трубка повітряного насоса, і було видалено повітря всередині кулі. Тоді виявилося, з якою силою обидві півкулі притискалися один до одного через шкіряне кільце. Тиск зовнішнього повітря стискав їх так міцно, що 16 коней не могли їх розняти зовсім або досягали цього лише важко. Коли ж півкулі, поступаючись всією силою коней, роз'єднувалися, толунав звук, як від рушничного пострілу.

«Але варто було поворотом крана відкрити вільний доступ до повітря, і обидві півкулі неважко було розняти руками.

«На підставі цього досвіду я розрахував, що якщо обидві прикладені півкулі підвісити і до нижньої підв'язати вантаж у 2 686 фунтів, то воно буде цією вагою відірвано від верхньої півкулі. Вага ця залежить проте кілька і від стану повітря, так як тиск повітря буває часом сильнішим, часом слабшим. У цьому вантажі для цієї основи циліндра втілено вагу неба (тобто повітряного стовпа до меж атмосфери). Хто хоче дізнатися вагу всього повітря Землі, повинен спочатку визначити поверхню Землі у квадратних милях; потім, перевівши в квадратні лікті, можна вже знайти потрібну вагу».

Подібний досвід, при якому півкулі, нероздільні силами 24 коней, роз'єднані були подихом повітря

«Зараз згадані півкулі, ударяючись об землю при їхньому роз'єднанні, коли коні випрягалися, пошкодилися і втратили свою кулясту форму. Я замовив тому дві півкулі великих розмірів, діаметром у цілий лікоть (55 см). Величина їх була обрана такою, щоб у порожньому стані їх не могли роз'єднати 24 коні. Повітряний циліндр з такою основою повинен важити 5400 фунтів. У попередньому досвіді роз'єднання вантажів у 2686 фунтів зажадало сили 16 коней. Яка сила потрібна, щоб подолати вантаж у 5400 фунтів? Розрахунок показує, що потрібні 34 коні. А так як впрягалося тільки 24 коні, то можна було з упевненістю передбачити, що півкулі не розійдуть. Вони і залишилися з'єднаними, і повітря всередину не проникло. Але відкривши кран, можна було впустити повітря, і тоді півкулі самі розпалися.

Мал. 76. Досвід Геріке з мідними півкулями

«Ми можемо, отже,дійсно сказати, що роз'єднання півкуль, недосяжне силою 24 коней (а при ще більших півкуль навіть силою 100 коней), може виконати лише одна людина простим подихом».

Досвід, що показує, що півкулі можуть бути розняті вантажем

«Щоб згадані раніше менші півкулі не залишалися без вживання, я наказав на дворі мого будинку, біля кута садової огорожі, брехати міцний вертикальний стовп, зверху влаштувати поперечну балку, до якої прикріпити міцний залізний гак. На цей гак я за допомогою залізного кільця повісив обидві півкулі. До нижньої півкулі на чотирьох ланцюгах, протягнутих через кільця, була підвішена квадратна дошка, на кшталт чашки терезів міської важні. На неї накладалося стільки гирь, скільки було потрібно для роз'єднання півкуль.

«Вище було визначено, що повітря тисне на кожну півкулю з силою 2686 фунтів. Отже, обидві півкулі рознімуться, якщо на чашку буде покладено вантаж 2686 фунтів. Це роз'єднання і було з глухим звуком».