Барометр и прочие изобретения

Первый барометр был создан, как ни странно, 2000 лет тому назад великим механиком античности Героном Александрийским. Изобретенное греком устройство правильнее называть бароскопом, однако использовалось оно в качестве термоскопа. То есть прибором измеряли не давление воздуха, но его температуру. Термоскоп Герона описан ниже, в разделе, посвященном температуре и изобретению термометров.

Настоящий бароскоп, использовавшийся по прямому назначению, создал Э. Торричелли. Торричеллиева трубка, заполненная ртутью, как раз и представляет собой этот бароскоп. Устройство является предшественником нынешних ртутных барометров. Показания трубки выражались в единицах, понятных любому современному человеку, а это большая редкость для науки и техники.

Обычно история отметает старые меры и приборы, заменяя их более удобными и улучшенными аналогами. Достаточно напомнить, что сегодня не применяются древнейшие мерные инструменты и единицы для измерения длины, хотя эта физическая величина наиболее проста. Атмосферному давлению повезло больше. Его сразу стали измерять посредством прибора, который не претерпел со временем принципиальных изменений. Единица измерения также сохранилась и почти повсеместно используется, лишь в ряде наук она вытеснена другими.

Сегодня созданы водные, ртутные и многие другие типы барометров. Барометры для измерения атмосферного давления, имеющиеся почти в каждом доме, обычно не являются ртутными. Они принадлежат к семейству анероидов. Барометр-анероид внешне напоминает часы: он круглый и снабжен стрелками. Одна стрелка установочная, она выставляется владельцем барометра и показывает изначальное значение давления. Вторая стрелка рабочая, она отклоняется при изменении давления.

По разнице между положением установочной и рабочей стрелок можно судить о том, как меняется давление (возрастает, падает) и насколько. При этом установочная стрелка выставляется по рабочей, т. е. указывает на ту же отметку, что и рабочая стрелка. На следующий день владелец барометра считывает показания прибора. Для этого необходимо посмотреть, куда отклонилась рабочая стрелка относительно своего первоначального положения, отмеченного установочной.

Если стрелка ушла в сторону больших значений, то это говорит о том, что давление растет. О падении давления свидетельствует движение стрелки в сторону меньших значений. Резкие скачки предвещают существенные изменения погоды. Впрочем, плавное изменение положения стрелки также опасно, если она далеко отклонилась от области нормальных значений. Нормальным атмосферным давлением принято считать значение 760 мм рт. ст., а также соседние отметки — 750–765 мм рт. ст.

Падение давления ведет к ухудшению погоды: облачности, дождям, ветру. Критическое падение давления отмечено на барометре надписью «Буря». Это связано с тем, что в местность с пониженным давлением затягивается воздух из соседних областей, что вызывает ветер, а тот, в свою очередь, нередко приносит облака, тучи, осадки и т. д. Скорость ветра напрямую зависит от разницы давлений между участками атмосферы над рассматриваемыми местностями. Большие подвижные области низкого давления называются циклонами. Тропические циклоны (тайфуны и ураганы) опасны очень сильным ветром и грозами, которые сопровождают их.

Обширные области устойчивого высокого давления носят названия антициклонов. При высоком давлении небо ясное, облачность минимальна, а осадков не наблюдается. Летом повышение давления означает увеличение жары и сухости, отсюда и надпись «Сушь» на барометре. Зимой «Сушь» приносит крепкие морозы. Критическое повышение давления отмечено на шкале анероида надписью «В. сушь», т. е. великая сушь.

Анероид лишен ртутного или водяного столба, зато обладает гофрированной коробочкой, стенки которой чрезвычайно чувствительны к перепадам давления. В зависимости от величины давления коробочка сжимается, как бы сдавливается или, напротив, распрямляется и выгибается. По поверхности такой коробочки скользит стержень механического устройства, приводящего в движение стрелку барометра. Стержень меняет свое положение всякий раз, как только коробочка деформируется. Соответственно, изменяется и положение стрелки.

Использовать выталкивающую силу воздуха человек научился лишь в конце XVIII столетия, когда французские изобретатели братья Монгольфье построили первый в истории воздушный шар. Их шар, как и последующие сконструированные ими модели, наполнялся горячим воздухом. Первый полет на монгольфьере, как окрестили новое транспортное средство, состоялся в 1783 г., т. е. более 300 лет назад. Подъемная сила самых крупных шаров-монгольфьеров была невелика и составляла 27 % от веса воздуха под оболочкой.

На своем первом детище братья-изобретатели сделали провидческую надпись: «Так поднимаются к звездам». Конечно, на воздушном шаре не долететь до звезд. Но дорога в космос прокладывается человеческим разумом, творческим и созидающим. Наука и техника приведут людей к покорению воздушного океана и небесных далей — вот во что верили Монгольфье.

На рубеже XVIII–XIX вв. родилась идея заполнять монгольфьеры водородом, который в 14 раз легче воздуха, поэтому имеет большую подъемную силу. С такой идеей выступил французский физик Ж. Шарль, один из первооткрывателей газового закона, носящего его имя. Летательные устройства на водороде широко применялись вплоть до начала прошлого столетия. К сожалению, этот газ слишком горюч, может легко вспыхнуть. В смеси с воздухом он взрывоопасен. Это приводило к многочисленным катастрофам, связанным зачастую с большими жертвами.

Поэтому более поздние аэростаты предложено было наполнять гелием, который удалось открыть на Земле в конце XIX в. (открытый в середине XIX в. гелий был известен лишь на Солнце). Впрочем, в течение длительного времени гелий не был универсальным заправочным газом, поскольку получать его промышленным путем не умели вплоть до начала Первой Мировой войны. К слову, во время этой войны столь же важную роль, как и самолеты, играли управляемые аэростаты, называвшиеся дирижаблями. Строить дирижабли начали в первые годы XX столетия.

Первыми открыли легкий способ получения гелия немцы, которые во время Первой Мировой войны ошеломили противников атакой своих цеппелинов, не взрывающихся под прямым обстрелом. Англичане догадались, что германские цеппелины — дирижабли с оболочкой на металлическом каркасе — заправлены не горючим водородом, а нейтральным гелием. Британская разведка вскоре открыла секрет получения гелия, и газ стали добывать во всем мире в промышленных масштабах.

Однако к тому времени необходимость в дирижаблях отпала. Они слишком медлительны, плохо берут высоту и сложны в управлении. Кроме того, гелий имеет ряд недостатков перед опасным водородом, которым пользуются и по сей день для заправки стратостатов и других зондов, изучающих метеорологические условия в высших слоях атмосферы. Нужно отметить, что изобретение сослужило людям хорошую службу.

В частности, первые перелеты через Атлантику выполнялись именно на дирижаблях в 1918 г. Между прочим, по ошибке принято считать, будто первый трансатлантический перелет совершил Ч. Линдберг в 1927 г. На самом деле Линдберг был 67 по очереди человеком, пересекшим воздушным путем Атлантический океан. Он был первым одиночкой, совершившим беспосадочный перелет через океан.

Как бы то ни было, искусство воздухоплавания на монгольфьерах и дирижаблях вновь возрождается в конце прошедшего века. Причем цели новоявленных «аэронавтов» более чем серьезны. Сейчас весь мир обеспокоен катастрофическим сокращением площади экваториальных лесов. Чтобы спасти множество видов, населяющих девственные леса, называемые еще дождевыми, требуется прежде всего досконально изучить экологию и биологию этих видов.

Значительное число обитателей дождевого леса селится в кронах деревьев. Исследователи оценили биологическое богатство этой среды. Кроны деревьев дождевого леса резко отличаются от остальных лесных ярусов и настолько своеобразны, что могут сравниться с такими средами, как океанический шельф, коралловые рифы, лесная подстилка и почва.

Удивительный, бурлящий жизнью мир совершенно не изучен, поскольку изучать его затруднительно по причине 60-ти метровой высоты деревьев. Выход из создавшегося положения был найден, когда ботаник Франсис Алле предложил для исследования необычной среды применять воздушные шары. С самолета кроны изучить невозможно, поскольку биологу требуется зависать над деревьями. Вертолет создает много шума, порождает сильные воздушные потоки, чем распугивает животных.

Тихоходные монгольфьеры способны легко скользить над древесными кронами и надолго останавливаться в заданном положении. Исследовательские воздушные шары оснащены подвесными каркасными платформами (надувными), на которых по прибытии на место размещаются ученые со своей аппаратурой. Шар позволяет спускать платформу на переплетение древесных ветвей и закреплять ее там, после чего шар сворачивается. Использование надувных платформ в изучении древесных крон можно сравнить с изобретением акваланга, который открыл для человека красоты океанических глубин.

В обозримом будущем следует ожидать появления нового назначения дирижабля. Он прошел путь от обыкновенного транспорта, военной машины до исследовательского воздушного судна. Скоро дирижабли станут круизными судами. Малая скорость не является в данном случае серьезным недостатком, напротив, может расцениваться как достоинство. Океанические круизные лайнеры тихоходны и огромны. Такими же могут быть и дирижабли с цеппелинами. Более того, летучая гостиница может быть вечной.

Уже давно ученые планировали оснастить самолеты ядерными реакторами. К несчастью, проект провалился. Другого и быть не могло, поскольку масса такого самолета должна была бы достигать как минимум 700 т, из которых основная часть приходилась бы на защиту пилотов, экипажа и пассажиров от радиации. Дирижабль же не боится большого веса. Ведь этому устройству требуется мощность двигателей лишь 0,02 л.с. на 1 кг полетного веса. Атомный литиевый реактор в состоянии обеспечить данную мощность. В конце 1960-х гг. появились первые разработки такого рода в США и ФРГ.

Затем интерес к ядерному дирижаблю на время затих, поскольку техническое осуществление проекта было слишком трудным. Сегодня реально построить и не такие гиганты, какие были спроектированы в 60-е гг. XX в. Рост туризма и сервиса развлечений достиг ныне небывалого размаха, а потому к идее ядерного дирижабля еще не раз вернутся. Точно так же воздушные шары стали ныне неотъемлемой частью бизнеса развлечений. Проекты атомного великана впечатляют.

Подъемная сила исполина, разработанного в США (т. н. бостонский проект), достигает 380 т. Общая мощность двигателей в 6000 л.с. позволяет дирижаблю развивать скорость до 150 км/ч. Трехпалубное воздушное судно рассчитано на одновременную перевозку 400 пассажиров.

Это немного в сравнении с океанскими лайнерами, однако не нужно думать, будто люди будут тесниться на борту дирижабля. В проекте предполагается, что гостиница будет иметь все удобства. В ее плане имеется роскошный ресторан, танцевальный зал, видеосалон и т. д. Некоторые из постояльцев смогут взять с собой в путешествие личную машину: на борту предусмотрен гараж для перевозки 100 автомобилей.

Рано ставить точку и в военной истории дирижабля. Американцы предполагают использовать крупные дирижабли с мягкой оболочкой для патрулирования морских границ. Подобная техника поступила в управление береговой охраны США сравнительно недавно. Первым успешным дирижаблем стал самый большой на то время из имеющих мягкую оболочку «Сентинел-1000». Гигант обладает высокой маневренностью и может находиться в полете около суток без дозаправки. Исполин был построен и испытан в 1991 г.