Рис. 20. Будет ли это колесо вертеться само собой?
Казалось бы, такое колесо должно вращаться вечно, – по крайней мере, до тех пор, пока не перетрется его ось. А между тем, если вы смастерите этот двигатель, то убедитесь, что он и не думает двигаться.
В чем же дело?
Очень просто: грузы на левой стороне, действительно, дальше от центра – но это преимущество уничтожается тем, что самое число их зато гораздо меньше. Взгляните на рисунок: налево всего два шарика, а направо чуть не целых пять… Оттого-то наш двигатель и не трогается с места.
Уже более полувека, как доказано, что невозможно построить механизм, который вечно двигался бы сам собой. Поэтому не стоит и ломать голову над такой безнадежной задачей. Все равно ни до чего не додуматься. А в прежнее время, особенно в средние века, люди немало таки потратили времени и труда на изобретение «вечного движения» – perpetuum mobile по-латыни. Это казалось им еще более заманчивым, чем искусство делать золото из дешевых металлов.
У Пушкина в «Сценах из рыцарских времен» выведен такой мечтатель в лице Бертольда:
«– Что такое perpetuum mobile? – спрашивает Мартын.
– Perpetuum mobile – отвечает ему Бертольд, – есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому… Видишь ли, добрый мой Мартын, делать золото – задача заманчивая, открытие, может быть, любопытное и выгодное, но найти perpetuum mobile… О!..»
Выдумали целые сотни и тысячи «вечных двигателей» – но все они не двигались долее четверти часа. В каждом случае, как и в нашем примере, изобретатель упускал из виду какое-нибудь обстоятельство, которое и разрушало все его планы.
«Чудо – и не чудо»
Чертеж, который изображен на восьмой странице нашей книги, взят из сочинения Стевина, ученого XVII века. Этот бельгийский математик сделал много важных открытий, которыми мы теперь постоянно пользуемся; так, он изобрел десятичные дроби, ввел в алгебру употребление показателей, открыл гидростатический закон, впоследствии вновь открытый Паскалем. Между прочим, Стевин открыл также за кон равновесия сил на наклонной плоскости – и, с помощью прилагаемого чертежа (см. рис. 21), доказал этот закон чрезвычайно остроумным способом.
Рис. 21. Два шара уравновешивают четыре.
Здесь перед нами действительно как бы чудо. Через две сходящиеся под углом наклонные плоскости перекинута замкнутая цепь, которая, конечно, находится в равновесии – ибо нет причины ей приходить в движение. Но та часть этой цепи, которая полукругом свисает вниз, уравновешивается сама собой. Значит, обе остающиеся части цепи – те, что лежат на плоскостях, – должны уравновешивать одна другую. Получается как бы парадокс: два звена цепи уравновешивают четыре.
Но Стевин из этого «чуда» вывел важный закон механики. Он рассуждал так. Обе цепи – и длинная и короткая – весят различно: одна цепь тяжелее другой во столько же раз, во сколько раз длинная плоскость длиннее короткой. Отсюда прямо вытекает, что два тела, связанные шнуром, уравновешивают друг друга на наклонных плоскостях, если веса их пропорциональны длинам этих плоскостей. В том случае, когда короткая плоскость отвесна, вы получаете известный закон механики: чтобы удержать тело на наклонной плоскости, надо действовать в направлении этой плоскости силою, которая во столько раз меньше веса тела, во сколько раз длина плоскости больше ее высоты.
Глава III
Вращательное движение
Трудная задача
Обыкновенная бутылка с плоским дном затыкается наглухо пробкой с пропущенной через нее вязальной спицей, на которую надет небольшой пробковый кружок (см. рис. 22, на правой стороне). Спица не должна доходить вплотную до дна, а отстоять от него приблизительно на вершок. Пробку, на саженную на спицу, лучше всего взять от горчичной банки; отверстие в пробковом кружкé должно быть достаточно велико, чтобы он свободно мог скользить по спице. В бутылку до половины наливают воды, так что кружок будет лежать на её поверхности.
Теперь предлагается задача: не раскупоривая бутылки, снять кружок со спицы.
Рис. 22. Как снять кружок со спицы, не раскупоривая бутылки?
Дело оказывается мудреным, сколько ни наклонять, ни переворачивать бутылки, пробковый кружок не сойдет с проволоки, так как не опустится при этом ниже конца спицы.
Дав непосвященному достаточно помучиться и повозиться над разрешением головоломной задачи, вы, наконец, открываете ларчик очень просто. Быстро вращая бутылку вокруг вертикальной оси, вы образуете внутри неё маленький водоворот; поверхность воды приобретает форму воронки, края которой высоко поднимаются вверх, а нижняя часть опускается, освобождая конец спицы. При этом пробка сама соскальзывает со спицы и всплывает вверх – что и требовалось доказать.