Физика на каждом шагу

Перельман Яков Исидорович

Перед нами пример того, как можно заставить Солнце работать непосредственно на пользу человека. В сущности Солнце и без того работает нам на пользу, работает давно, – с тех пор как существует человек. Солнце – почти единственный источник всего тепла и всей работы, какой мы пользуемся. Не думайте, что когда машина работает у нас на угле, на нефти, на дровах или даже от падающей воды, то мы обходимся без Солнца. Ведь уголь не что иное, как остатки растений, а образование горючих составных частей в растениях происходит не иначе, как при участии солнечных лучей. Та теплота, которую дерево или уголь развивают в топке машины, есть солнечная энергия, раньше накопленная

растениями и теперь освобождающаяся. Мускульная работа – тоже видоизмененная энергия Солнца, почерпнутая нами (или животными, которыми мы питаемся) из растений. Водные массы водопада подняты были на высоту также Солнцем, его лучами.

Итак, каждый двигатель, работающий на угле, есть в сущности двигатель солнечный. Но каменный уголь приходится извлекать из недр земли с немалой затратой труда.

Нельзя ли миновать дорогое посредничество угля и получить энергию прямо от солнца, по крайней мере, в тех странах, где небо ясно и солнце жарко греет? В странах капиталистических это привело бы, правда, лишь к увеличению безработицы и углублению хозяйственного кризиса. Зато в условиях нашего социалистического хозяйства последствия «желтого угля» (так называют энергию солнечных лучей) были бы совсем иные: освободилась бы огромная армия шахтеров и приложила бы свой труд в других отраслях социалистической промышленности.

Но возможно ли это? Теоретически это легко осуществимо. В южных странах каждый квадратный метр земной поверхности получает за день от солнца столько теплоты, что, превращенная в механическую работу, она могла бы дать около двух лошадиных сил. Однако превращение тепла в механическую работу на практике связано с большими потерями, поэтому удается получить лишь десятую долю той энергии, которую обещает теория. До сих пор попытки заставить солнце нагревать котел паровой машины оказывались поэтому мало выгодными. Установка обходилась дорого, уход также стоил немало, и польза оказывалась недостаточной для оправдания расходов. Лошадиная сила, полученная от солнца, обходилась дороже, чем извлеченная из угля.

Другое дело – использование солнечных лучей не для приведения машин в движение, а для надобностей нагревания. Здесь польза солнечных установок должна оправдываться не только теоретически, но и практически. В знойных частях нашего Туркестана, где в течение теплой половины года небо безоблачно, солнечные нагреватели должны быть особенно полезны. Такие установки есть в Ташкенте, в Самарканде, на нефтяных промыслах острова Челекена (Каспийское море). Вот полезные в народном хозяйстве источники энергии:

«белый уголь» – энергия падающей воды;

«желтый уголь» – энергия солнечных лучей; «голубой уголь» – энергия ветра;

«синий уголь» – энергия морского прибоя и морских приливов;

«серый уголь» – энергия морского магнетизма.

В значительной мере также и эти источники энергии обусловлены солнцем. Ветер – результат неодинакового нагревания солнцем различных масс воздуха; морской прибой – следствие ветра. И только приливы и земной магнетизм не целиком зависят от солнца [19] .

19

В настоящее время солнечная энергия используется не только для непосредственного нагревания воды. Солнечные батареи, работающие на основе специально выращенных кристаллов, превращают энергию солнечного излучения

в электрическую энергию, которая питает цифровые калькуляторы, двигатели машин и т. д. Благодаря солнечным батареям получают электроэнергию космические аппараты и орбитальные станции – такие, как «Мир» и МКС.

Глава пятая В мире звуков

Скорость звука

Случалось ли вам наблюдать издали за дровосеком, рубящим дерево? Или, быть может, вы следили за тем, как вдали работает плотник, вколачивая гвозди? Вы могли заметить при этом очень странную вещь: удар раздается не тогда, когда топор врезается в дерево или когда молот ударяет по гвоздю, а позже, когда топор или молот уже поднят прочь.

Это подметили еще в древности. В поэме Лукреция «О природе вещей», которую мы упоминали уже раньше, имеются следующие строки:

«…Если ты издали смотришь на человека, рубящего дерево острым орудием, то еще раньше ты видишь удары, чем к слуху удары звуки доносят. Вот так же и молнию видим мы раньше, нежели гром слышим, хотя одновременно с молнией он возникает от тех же толчков и по той же причине».

Когда вам придется наблюдать это явление, отойдите на некоторое расстояние назад или продвиньтесь вперед. После ряда проб вы найдете такое место, куда звуки ударов топора или молота доносятся как раз в момент видимого удара. Возвратитесь тогда на прежнее место и снова заметите несовпадение звуков с ударами.

Лукреций правильно указал причину этих загадочных явлений. Звук требует некоторого времени, чтобы от места своего возникновения пройти до вашего уха; свет же пробегает это расстояние почти мгновенно. И может случиться, что, пока звук странствует через воздух к вашему уху, топор или молот успели уже подняться для нового удара. Тогда глаз увидит не то, что слышит ухо; вам покажется, что звук совпадает не с опусканием, а с поднятием инструмента. Но если вы отойдете назад или продвинетесь вперед на такое расстояние, которое пробегается звуком за время одного взмаха топора, то к моменту, когда звук дойдет до вашего уха, топор снова успеет опуститься. Тогда, конечно, вы увидите и услышите удар одновременно, но только это разные удары: вы видите последний удар, но слышите удар прошлый – предпоследний или еще более ранний.

Сколько же пробегает звук в воздухе за одну секунду времени? Это в точности измерено: круглым счетом около ¹/₃ км – 330 м. Каждый километр звук проходит в три секунды, и если дровосек взмахивает топором дважды в секунду, то вам достаточно находиться в расстоянии полутораста метров, чтобы звук топора совпадал с его поднятием. Свет же пробегает в воздухе каждую секунду почти в миллион раз больше, нежели звук. Вы понимаете, конечно, что для всех расстояний на Земле мы можем поэтому смело считать скорость света мгновенною.

Передача звука

Не надо думать, что звук передается только через воздух. Он может проходить и через другие вещества – газообразные, жидкие, даже твердые. В воде звук бежит в четыре с лишком раза быстрее, чем в воздухе.

Если вы сомневаетесь, что звук может передаваться через воду, расспросите рабочих, которым приходится бывать в подводных сооружениях: они подтвердят вам, что под водой отчетливо слышны береговые звуки.

А от рыбаков вы узнаете, что рыбы разбегаются при малейшем подозрительном шуме на берегу.