Как высока земная атмосфера?

 

Если определить вес атмосферы сравнительно просто, то гораздо труднее узнать, как она высока. Воздух, чем выше, тем становится все разреженнее, и это мешает человеку подняться высоко вверх. Уже на высоте 1 500 м разреженность воздуха сказывается в том, что человек начинает испытывать болезненные явления, несмотря на то, что на такой высоте воздух совершенно свободен от бактерий. Начиная с 3 тыс. м, где количество кислорода на ¹/₄ меньше нормального, появляются признаки «горной болезни»: головокружение, тошнота, учащенные пульс и дыхание. На высоте 4 тыс. м число дыханий вместо 18 в минуту доходит до 40, а пульс вместо нормальных 80 – до 140. На высоте 5 тыс. м число красных кровяных телец человека (при продолжительном там пребывании) увеличивается с обычных 5 млн. в кубическом миллиметре до 8 млн. К этому, впрочем, можно привыкнуть: в Тибете существуют постоянные человеческие поселения почти на такой высоте (4 860 м), а в Перу на высоте 4 870 м устроена железнодорожная станция – высочайшая в мире.

На высоте 6 500 м воздух примерно вдвое реже, чем на уровне океана. Тем не менее еще на высоте 7 тыс. м наблюдали нередко полет кондоров; выше их не проникает ни одно животное. Но человек поднимался выше, беря с собой специальные аппараты для дыхания: без них существовать на такой высоте человек не может. Спутник Тиссандье погиб на высоте 8 600 м, так как смельчаки (в 1875 г.) отважились залететь в эту зону без аппаратов с искусственным воздухом. До 8 850 м поднимает свою вершину высочайшая гора земного шара – Эверест; человеку не удалось ступить ногой на ее вершину: пришлось прекратить восхождение, не доходя нескольких десятков метров[12]. Однако на аэроплане человек поднимался выше. 11 апреля 1934 г. итальянский летчик Донати взлетел на самолете до высоты 14 ¹/₂ километров. Но на воздушных шарах люди забирались значительно выше. Для этого употребляют шары огромного размера, люди же помещаются не в открытой корзине, а внутри наглухо закрытой кабины, чтобы не задохнуться на тех высотах, где воздух очень редок. Такой воздушный шар, предназначенный для весьма высокого подъема, называется стратостатом.

В 1934 г. всех выше поднялись на стратостате «Осоавиахим» три советских воздухоплавателя: Федосеенко, Васенко и Усыскин, заплатившие жизнью за свой научный подвиг. 30 января они достигли высоты 22 километра. Воздух там почти в 20 раз менее густой, чем вокруг нас у земли. В нем совсем нет водяных паров, а потому и небо там всегда безоблачно; оно не голубое, как у нас, а почти черное. Там всегда полное безветрие и ничем не нарушаемая тишина.

В столь высокие области атмосферы запускали лишь небольшие шары без пассажира; эти шары-зонды, несущие самозаписывающие измерительные приборы (термограф – термометр-самописец, барограф – барометр-самописец), достигали высоты 35 км, где воздух разрежен примерно в полтораста раз против плотности его у поверхности земли.

 

 

Рис. 58

 

В этом разреженном воздухе шар, распираемый газом изнутри, лопается, а имевшиеся на нем инструменты спокойно опускаются вниз на парашюте. Приборы, упавшие таким образом на землю, отыскиваются однако не всегда, часть их теряется и не попадает в руки ученых. Поэтому были придуманы особые шары-зонды, инструменты которых сами передают свои показания по радио. Этот радиозонд изобретен советским ученым А.П. Молчановым.

 

 

Рис. 59. Шары-зонды, несущие прибор-самописец

 

Границей атмосферы следует считать ту высоту, на которой имеются последние следы воздуха, чем-либо обнаруживающие свое существование. Это – высота в 600–700 км, куда достигают лучи полярных сияний. На высоте 100 км воздух разрежен примерно в миллион раз по сравнению с воздухом близ земной поверхности. Если мы вспомним, что в так называемых «пустотных» электрических лампочках воздух разрежен «только» в сотни тысяч раз, то должны будем считать пространство на высоте уже 100 км практически пустым. Ученые подходят с более строгой меркой и отодвигают границу атмосферы в 6–7 раз дальше.

Исследовать эти крайние высоты атмосферы с помощью самолетов, воздушных кораблей или шаров-зондов нельзя и надеяться: они не смогут держаться в столь разреженной среде. Но, вероятно, со временем туда будут пущены ракеты с самописцами, которые и расскажут нам об условиях, господствующих на этих высотах.

 

Тяжелая газета

 

– Возьми-ка газету в руки, – сказал мне как-то старший брат в те годы моей юности, когда физика была мне еще совершенно незнакома. – Газета очень легка, не правда ли? И ты думаешь, конечно, что сможешь всегда поднять ее хоть одним пальцем. Но вот сейчас ты увидишь, что та же самая газета может сделаться очень и очень тяжелой. Подай мне вон ту чертежную линейку.

– Она изрублена, никуда не годится.

– Тем лучше: не жалко, если сломается.

Брат положил линейку на стол так, что часть ее высовывалась за край.

– Тронь за выступающий конец. Легко наклонить, правда? Ну, а попробуй наклонить ее, когда я накрою другую половину газетой.

Он разостлал газету на столе, аккуратно расправив ее складки и покрыв ею линейку.

 

 

Рис. 60

 

– Бери палку и сильно ударь по выступающей части линейки. Бей со всего размаху.

– Так ударю, что линейка в потолок полетит! – воскликнул я, размахиваясь.

– Главное, не жалей силы.

Результат удара был совсем неожиданный: раздался треск линейка переломилась, а газета по-прежнему осталась да столе, прикрывая другой обломок злополучной линейки.

– Газета-то тяжелее, чем ты думал? – лукаво спросил брат.

Я растерянно переводил глаза с обломка линейки на газету.

– Но почему же газета не пустила линейку? Ведь вот я легко поднимаю ее со стола?

– В этом и суть опыта. На газету давит воздух, и с немалой силой: каждый квадратный сантиметр газетного листа он придавливает с силою килограмма. Когда ударяют по выступающему концу линейки, то другим своими концом она напирает на газетный лист снизу; газета должна приподняться. Если это делается медленно, то под приподнимающуюся газету успевает проникнуть воздух снаружи и своим напором уравновешивает давление на газету сверху. Но твой удар был так быстр, что воздух под газету проникнуть не успел: края газеты еще прилегали к столу, когда середина ее уже увлекалась вверх. Тебе пришлось поэтому поднимать не одну газету, а газету вместе с напирающим на нее воздухом. Короче сказать, тебе надо было поднять линейкой груз примерно во столько килограммов, сколько квадратных сантиметров заключает приподнимаемый участок газеты. Если бы это был участок бумаги всего в 16 квадратных сантиметров – квадратик со стороною в 4 сантиметра, то давление воздуха на него составляло бы 16 килограммов. Но поднимаемый участок бумаги заметно больше, приходилось, значит, поднимать изрядный вес. Такого груза линейка не осилила и сломалась.

 

Богатырское дуновение

 

В другой раз брат озадачил меня опытом иного рода, также основанным на свойствах газов. Он начал с того, что принялся кроить и клеить длинный мешок из большого листа газетной бумаги.

– Мешок выйдет на славу, – говорил он. – Я делаю его двойным, чтобы он не пропускал воздуха, когда мы его надуем. Ну вот, готово! Теперь, покуда наш мешок сохнет, принеси-ка сюда несколько книг пообъемистее.

Я разыскал на этажерке три увесистых тома медицинского атласа и положил их на стол.

– Можешь ты надуть этот мешок ртом? – спросил брат.

– Конечно, – сказал я.

– Простое и легкое дело, не правда ли? Но если придавить мешок парочкой таких книг?..

– О, тогда сколько ни старайся, мешок не раздуется.

Брат молча положил мешок у края стола, накрыл его одним томом, а поверх поместил стоймя еще одну книгу.

– Теперь следи. Буду надувать.

– Уж не собираешься ли сдунуть эти книги? – спросил я со смехом.

– Именно!

Брат стал раздувать мешок. И что же вы думаете? Нижняя книга наклонилась под напором вздувшегося мешка и опрокинула верхнюю. А ведь в них было не менее 5 кг весу!

Не давая мне опомниться от удивления, брат приготовился повторить опыт. На этот раз он нагрузил мешок тремя томами. Подул, и – вот богатырское дуновение! – все три тома опрокинулись.

Поразительнее всего то, что, когда я сам отважился проделать этот опыт, мне удалось опрокинуть книги так же легко, как и брату. Не надо вовсе обладать ни слоновыми легкими, ни богатырскими мускулами: все происходит почти без напряжения.

Брат объяснил мне, в чем тут было дело. Когда мы надуваем бумажный мешок, мы вгоняем в него воздух, сдавленный больше, чем наружный воздух, – иначе мешок не раздувался бы. Давление наружного воздуха равно примерно тысяче граммов на каждый квадратный сантиметр. Прикиньте, хотя бы приблизительно, сколько квадратных сантиметров бумаги зажато под книгами. Получится площадь сантиметров 150–300. Избыток давления в мешке над наружным давлением составляет примерно 15-ю долю атмосферного давления, т. е. 1000: 15 = около 70 г[13]. Легко рассчитать теперь, что общее давление воздуха внутри мешка на зажатую его часть, т. е. на книги, составляет не меньше

 

70 × 150 = около 10 000 г,

 

иначе говоря, 10 кг. Такая сила, разумеется, более чем достаточна, чтобы опрокинуть книги.

Если бы площадь зажатой части мешка была раз в десять больше, можно было бы «дуновением» поднять человека. Ваш товарищ, конечно, не поверит этому: неужели он настолько легок, что достаточно дунуть – и он будет держаться буквально на воздухе? Однако вы можете убедить его, проделав над ним подобный опыт. Для этого вам понадобится большой бумажный мешок, размером в целый газетный лист; ради надежности мешок надо склеить из нескольких слоев газеты, иначе бумага лопнет при раздувании. В один из углов мешка плотно вклейте мундштук или гусиное перо в виде трубки, а на перо наденьте конец резиновой трубки, достаточно длинной, чтобы вы могли надувать мешок не нагибаясь.

 

 

Рис. 61

 

После этих несложных приготовлений вы сможете дуновением поднять товарища на воздух, если он станет на чертежную доску, покрывающую ваш бумажный мешок. А чтобы товарищу не было обидно, станьте потом на доску сами и своим дуновением поднимите и себя на воздух. Если резиновая трубка достаточно длинна, это удается без особого труда (рис. 61).