Rомм:уиистом
стать
можно
.�
�
ишь тогда, когда о6оrатишь
свою память зна11ием всех тех
боrатств, которые выра6ота .�
�
о
че.�
�
овечество.
В. И• .JIEHИH

N
S
t:
::
:�
ет�ваа � :т'1Р�:Е�ОЕ л:Р�:Т�
пцив�опе�иа
/'�
1/ / J 2Н2+о2=2Н20
,'� //
'С(-//

ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ
Е. И. Афанасенко, Д. Д. Благой,' Б. А. Вор01
1
цов-Вельями­
нов, П. А . Генкель, Ф. В . Герасин, Н. К. Гончаров,
Б. А. Дехтерев, Г. Н . Джибладзе, А. В . Ефимов, К. А. Ива­
нович, И. А. Каиров, Л. А . Кассиль, М. П. Ким, Н. П . Ку­
зин, А. Н . Леонтьев, А. Р . Лурия, А. А . Маркосян,
А. И. Маркушевич (Главный редактор), В. А. Мезенцев,
С. В . Михалков, М. В . Нечкина, С. В. Образцов, Б. П . Орлов,
И. В. Петрянов, С. Д. Сказкин, Ф. Д. Сказкин, А. А . Смирнов,
А. И . Соловьев, И. М. Терехов, Л. И. Тимофеев, С. Л. Тих­
винский, Т. С. Хачатуров, Ю. В. Ходаков, Е. М . Чехарин,
К. И. Чуковский, Б. Н . Шацкая,
Д. И . Щербаков,
Д. А. Эпштейн, А. Н. Яковлев.
Научный редактор 3-го тома
И. В . Петрянов.
Заместители Главного редактора
Б. Л . Бараш, И. В . Латышев.

Cf))��JP�ltAll 111�
Без физию� 11 хим1111 вам не обойтись - Н. Н . Се-
м епов
ДDltШeJIИC И _,llСJ)ГИЯ
Основы мехапшш наших дней - А . П.Ми ц­
кевич ...
Равномерное движение
Не равномерное движение
Занопы природы и системы отсчета
Сила
.....
.
.
Колебания
От механики классической к механике реля­
тивистской . .
.
.
.
.
.
«IЗОЛЧОJ»> . . .
•
•
•
•
•
.
Полет в носмосс - И. А
.
Минасян
Формула Циолковсного
От огненных стрел до баллистических ракет
ИсслсдоватеJ1ьские ранеты - орудие науки
Первенцы космоса . .
...
.
.
.
•
•
Запуск спутнинов в США .. .
.
•
•
••
Автоматические межпланетные станции
1{ 13спере и Марсу . .
..
..
....
Оборудование носмичесних лабораторий
Накосмодроме.....
..
...
.
Устройство корабля «13остою> .
.
•
.
.
Многоместный носмичесний корабль «Восход»
За бортом космического корабля
Не весомость
l\lпнроюшмат .
Радиосвязь
14
23
23
25
27
28
31
32
34
35
35
37
41
42
43
44
46
50
51
53
54
55
58
60
60
Спуск с орбиты
Проблемы будуще1·0
..
.....
...
1\рылатый полет- Г
.
13.Александров
Аппараты легче воздуха .
..
..
.
.
Почему летает са�юлет
.
.
.
.
.
.
.
«Звуковой барьер» н «тепловой барьер» .
Законы аэродинаминн 11 обтенание нрыла
1\ан проверяют реаультаты расчетов
Авиационные двигатели
Нан выбирают размеры самоJ1ета
Как управляют самолетом ..
Устойчиность самолета
Прочность и безопасность .
Крылатые ранеты
Путн дальнейшего раанитин авиации
Человен понорнет океан- С. З.У ш а н о в
Тайна острона Пасхи
Кан жид1,ости нстречают «гостей»
Давлепие жидкости
Как обойтись без высшей математики
Архимед и егu отнрытие .
Плавание - это равнQ.Весие .
.
Плавание по д водой
Плавание на поверхности воды
Упрямоеполено.....
.
.
' Центр давления «путешествует»
Метацентр . .
.. .....
.
Водоизмещение
.
.
..
..
.
Корабельный академик Крылов
Атомный ледокол «Ленин»
]{ан движется норабль? .. • •
61
63
64
64
66
67
68
71
72
74
7.1
7()
7μ,
78
79
8()
80
81
81
83
84
84
85
87
88
88
88
89
89
90
90

Звук -- А
.
А.Нороб.ко-Стефанов
Зuу1;ован волна . . .
.
.
.
.
•
•
na1; н америли с.корость зву.ка . . .
.
•
Рас11ространение и о тра;кр н п е зву.ка
Энергия звуковой во.111ы п спла звука
Энергнн человеческого голоса
Наше ухо .
.
.
.
.
...
.
Загад1;а нашего слуха . . . .
Еще Gолее удпв11те:1ы1ая загадка ..
Cilyx и логарифмы
Гро�11;ос1ъ :звука 11 его т он
Оп;уда 11ршп ел звук? .
Эффект Доплера
У;щ рнан во:1на ...
РРзонаторы
Ыуаыка:1ьпые звуки
Муаы1;аJ1ы1ые со з ву чи я
Обо:шаченне му :1 ы1;ал ьных звуков
Передача зву1;ов на расстояние и запись зву-
ков ........ ..
Неслыш1в1ые «зву1ш»
И:з.1учатс;ш у:1ьтразвука
Звук на слу;+;бе у человека
lleщpcтuo в звуковом поле .
l\ав11тац11н
У;1�.тразвун па ст р оiiк е
У:1ьтразвук peri;eт метал:�
�1:1 �.тразвук JJ меднцпне
На подстунах
к
абсо;1ютному
нулю -
Ы. 11. l\!а лков, 11. 13. Данп.1
1
ов
Чтотакоехолод?.. .....
Гe.1 11 ii 11ревращает с я в ;+;1цкость
l\11а11товые с в оiiст в а вещестJJ
CBPJJXll]JOllOДIШOCТJ,
•
•
•
Сщ•рхтекучесть . . . . .
11 ш11111зшая т еш 1 рратура
92
93
94
95
96
97
97
98
98'
98
99
99
99
100
100
101
102
104
104
108
109
110
111
112
113
113
114
114
114
115
116
11(j
119
120
Сто миллионов градусов-Г.IJ.Апфплов
Пнтьсот тысяч атмосфер - Д. С. Ц 11 1\ лис
Что такое давление? . . .
Наков предел давления? .
Как создают давление? .
.
.
Ка�юе даuление может uыд!'рr�швать сам аппа-
рат? ......... ... .
Полиморфные переходы . .
.
.
.
.
Давление и химические реакции
Что нужно знать, чтобы построить химический
завод? .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Давление и живые организмы
Пластичный мрамор .
..
.
.
Наука о высоких давле1111нх
Наука, необходимая всем (Термодинамика) -
И. Р. Н:ричевский, И. В. Петряно в
Что такое термодин ами ка . .
.
.
Ос новные п онят ия термодинами ки
Закон термичес.кого равновесия
Первый закон термодинамики
Второй закон термодина ми ки
Энтроп ия
... ..
.
.
.
Зачем нужно поннтие юнтропин»
Третий :ш.кон термодинамики . .
Свет-В. И.Н:узнецов
Что мы понимаем под словом «СВРТ»
Светоu ые лучи
Саман большая скорость
Откуда берется цвет?
Открытие Максвелла . .
Во.1
1
шебный прибор
Устройство спектро скова .
Как спектроскоп о бна руж и u ает химическ11ii
элемент
Солнечная загад.ка
Абсо.'1ютно черное тeJio
120
127
127
128
128
12()
131
13:�
134
134
135
135
135
13(;
137
15U
150
154
160
1fi2
1(;6
168
168
168
170
171
171
172
172
173
174
174

Rак измерили температуру Солнца
175
Ультрафиолетовая катастрофэ
176
Давлениесвета.........
177
В глуб�. атома
.
.
.
.
.
.
178
Мог ли сжеч�. корабли Архимед? . .
179
Лазер............
.
.
180
Поющие электроны
.
.
.
.
.
183
Как измерили длину световой волны
185
Свет огибает пре11меты .
186
Звезда-гигант
187
Дифракционная решетка .
189
Эффект ДопЛРра
1f!9
Вестн из межзвездного пространства
190
Кванты и электроны .
.
.
.
.
191
Невидимое становится видимым
192
Главный оптический прибор
193
Оптическо е вооружение глаза
194
Электронныii м11крос1юп
195
Телес1юп .
.
.
.
.
.
.
196
Цветная фотограф11я
196
Рош. оптики в развитии физики
197
Электромагнитное поле - А. А. 1\ о р о б к о-
стефа11ов
197
Магнетизм . . . .
197
Электричеетво
201
Электромагнетизм
204
Магнитноеполе......
206
Электрнчеекое поле .
.
.
.
209
Законы э.1р1\тромагн11тного полн
210
Электрон11ка . . . .
.
.
.
214
Кванты �щектромагнптного поля
217
Радио-И.А.J\I11насян
219
Вел11к11й помощшш человека
219
Перван радиограмма
220
Эле1\тромаг11итные во лны
221
Как распроетраннютен радиоволны
222
Схема радиосвнзи . . . . .
224
Как настраиваютен па волну .
224
Антенна и приемник
227
Как усилит�. электрические колебапин
227
Средство усиленин - радиола мпы
227
Чтодалавтораяеетка .. .. .
231
Применение диода в радиотехнике
232
Передача 11 прием радиопрограммы
233
Современные радиолампы
234
Вместо радиолампы - кристалл
237
Электронныii луч .
.
.
.
.
.
.
.
237
Квантово-механические радиоустройетва
2:)9
Разговор с планетами по радио - J\I . 1
\
1.Анда-
рало....
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
242
Для чего был нужен «разговор» с rшапстамп? 242
Планетный радиолокатор . .
243
«Голое>> и «слух» локатора
24�
«Разговору» мешает Вселенная!
244
Результаты, полученные при «разговорах»
с планетами . . .
246
Полупроводники - Г. Б. А пф 11 ,1 о в
246
Проводники и п:юляторы
246
Электроны в полупроводшше
247
«Дырки»
.
.
.
.
.
.
.
.
248
Изготовле ние полуi1ровод111шов
249
Термисторы . . . .
.
.
.
2:-iO
Машины чувствуют еВ!с'Т
2;)1
' Нагреватели и светильники
2:i2
Запирающий CJIOЙ
2;)2
13ыпрнМИТ('Л11
2;):З
:Кристаллы 11 лампы
2;)4
ПолупроР.одшшовый триод
2:-i-1
Прочност1" мин11атюр ноет1,
2;).'i
Перевор(» в радиотехн1ше
2:-16

Электро:шергнн нз тепла . . . . .
257
Применепие термоэлектроп•нераторов
257
Ноные хо.1одш1ы1111ш . . . .
258
Нагрев вместе с охлаждспиеы
258
I3ентш1ы1ыii фотоэлемент
259
Светработает . . . . .
259
К солнечной энергетике
260
Полупроводники и жпзш,
260
Как 11 ••�• чего •�сщсство поСТf)Оено
:Эле�1ептарпые частпцы - Д. А . Фран к - К а-
мепецкий.....
262
1\Iолекулы и атомы
262
Внутриатомные частицы
263
Космические лучп
2б3
Ускорители
264
Преnращенин элементарных частиц
265
Множественное рождение частиц
266
Частнцы и JJOJIIIЫ . .
.
.
.
•
.
.
.
267
Испускание спета 11 рождение частиц
268
Тяжелые, средш1е 11 легкпе частицы
268
Частицы-волчки........
268
Частицы 11 антпчастнцы
269
«Отшельш1ю1» 11 «общестненш1ю1»
270
Неуловимая частпца . . . . . .
271
Квантование полей и ни-мезоны
272
Рождение, ;ю1з11ь н смерть химических элемен-
тов-Д.11.Трпфонон.
273
Урановые лучн
274
Полшага до открытия
274
Трн впда Jiyчeii
275
l\leтaлJI =газ + гаа . .
275
Упорндоче1шыii хаос
276
Элементы нер1ш•шые и вторпчиые
278
Что такое радпоактпвность?
279
«Н ют<у атщ1!». .
279
Азот нревращается в ю1сJ10род
280
Неiiтрон 11 новая модель атома
282
Цепь нел11ю1х открытнй
282
Искусстnенпые эJ1ементы
284
Земная жпэнь искусственных элементов
284
Как обънсняетсл радпоактпnпость соnремен-
нойнаукой?..............
.
285
Управлнемый радпоактпвный распад
287
С1<олько впдов радиоактивных превращений
существует?
288
Гамма-лучи
288
Коротко о пуююнах
290
:Маленькая 1штер)1едия
2!Ю
Почему светят знезды?
291
«Весь мпр за пятнадцать мппут»
292
Ключ дает технецпii
293
От гелия до JJJIC)Iyтa
293
Роi!;дение и гпбеJIЬ сверхновых звезд
294
Атош1ыйреактор-А.П.Сенче11ков
295
Жп:шь неiiтронов в реакторе
297
Крнтпческан масса реактора
299
Регулировка мощности атомного реактора
299
Запа:цынающпе нейтроны
.
.
.
.
.
299
Преnращенпн э.1е�1ентов в атошюы рt'акторе 300
Деiiстnпе радноактпвных излучений на мате-
риалы ато�шого реактора . . .
301
Переработка атошrого горючего
301
Раз.1пч11ые ато�шые реакторы
301
Ка1' нпднт певндшrое (Приборы ндсрной физи-
ки)-.G.ll.Смагп11 , •
302
Сто.1овыii п рнбор
303
Ту��ан помогает 111цеть
303
Часпща-фотограф
305

Счетчики Черенкова
Пузырьковая камера
Искровые счетчики . .
Вештий закон - И. 13. Петря нов
Открытие Пеликоrо закона . .
Как был от1<рыт периодический закон
Та йна пустого места
Великое предсказание
Как оправдались предсказания Менделеева
Велиное испытание периодического закона
Kai< радиоактивные элементы нашлп свои ме-
ста в таблице Менделеева ..
В чем основа Великого закона?
Новый смысл и значение атомного веса
Периодическ ий закон - закон строения атома
Атом сам рассказаJ1 о своем устройстве
13 атоме не может быть двух одинаковых элек-
тронов
..
.
.
...
..
.
.
.
.
.
Нак же лсе-та�ш может выглядеть атом?
306
306
307
307
307
309
312
312
314
315
316
319
321
322
322
323
323
Та к на что же похож атом?
325
Закон строении атома
327
Форму.'Iа атома
327
Причпна периодичпостп в своi
:
iствах химических
элементов
..
.
.
.
.
.
.
.
.
327
Строение атома и свойства вещества .
•
328
Строение атома и химия .
.
.
.
.
.
328
Почему водород стоит одновременно в двух
клетках таблицы Менделеева? .
.
.
329
Самая удивителыrая группа таблицы Менде-
леева
Благородные га3ы �югут вступать в хими­
чеоа1е соединения . .
.
.
.
.
.
.
.
С�;о, '11,ко редкоземельных элементов в одной
клетне таблицы Менделеева? . . . .
.
Нак былн нредсказаны свойства элемента No 72
330
330
331
333
Последний период таблицы Менделеева
Элементы, созданные человеном, также подчи-
няются 13еликому занону
Нан были отнрыты трансурановые элементы
Заглянем в будущее
Химия 13селенной
Необычайные атомы - И. В. Петря нов
Позитроний
1\1езо-атомы
Гипер-фрагменты .
Антиатомы .
Упорога неведомого-И. В.Петрянов
На пути к открытию элемента 104 (Рассказ уче­
ных, ведущих иселедование) -Г.Н.Флер о в,
В.И. Н:узнецов
..
Семь еостояний материи - Д. А. Ф р а н к-
1\амепецкий
Порядок и беспорядок
Что же такое стекло?
334
334
338
342
344
353
353
3.54
354
355
35.')
357
362
3()2
364
Плазма - четвертое состояние вещества
365
Нейтронное состояние вещества
368
Антивещеетво и эпиплазма
369
Физический вакуум - седьмое состояние ма-
терии
369
Твердоетело и егозагадки- Б. Ф.Ормонт 370
Il1•евраще11ин вещества
)}имичесюrйанализ-Л.Г.13ласов
Все цвета радуги ..
Свет и цвет
Паспорт химического соединения
Весовой анализ
..
....
Радиоактивность и химический анализ
Можно ли анализировать паотопы . . .
378
379
380
381
381
382
383

Есть ли предел анализу •
.
.
•
.
.
.
•
•
.
Удивительная судьба одного простого открытия
(хроматография) - И. В . Петр я нов,
1\.И.r.акодынский....... .
Что же открыл профессор Цвет? . . . . .. .
Что происходит в хроматографической колонне?
А если вещество бесцветно?
Чем пахнет земляника
Колонна длиной... в полкилометра
Хроматография на листе бумаги
Хроматография и биохимия
То нкослойная хроматография
Ионообменная хроматография
Хроматоrрафия и периодический закон
Химия одного-единственного атома
Хроматография сегодня .
...и завтра.. . ....
Химическая реа1щия - Д. Н . Триф оно в
Большая задача ·электрохимии (топливные эле­
менты)-А.Н.Фрумкин, В.С.Ба-
гоцкий
.... .
.
Почему невыгодна тепловая машина
Электрохимия 11 учение об электричестве
Электрохимия в современной науке и технике
Энергетика большая и м а лая
Топливные элементы
Водо родпо-кислородный элемент
Высокотемпературные топливные
элементы
То пливные э.1ементы дают ток
Замечательные явления на границе между те­
лами-11. А. Реб11ндер
Молекулы-пограничники
Поверхностная энергия
Капли на поверхности. Смачивание. Форма
жидких тел
383
385
385
386
387
387
388
388
389
390
390
391
392
394
395
396
405
405
406
407
407
408
409
410
411
412
412
413
413
Адсорбция
•
414
Как построены молекулы поверхностно-актив-
ных веществ
415
Почему мыла моют
417
Пены полезные и вредные
419
От ироизводства полимеров до книгопечатания 419
Путь к прочности - через разрушение
421
Неметаллы-В.Л.Василевский
425
Что такое неметаллы
426
От чего зависит активность неметалла . .
426
Почему неметаллы проявляют положительную
и отрицательную валентность
427
Семь+семь=восемь и восемь
427
Правило электронных пар
428
Агрегатное состояние веществ
429
Место неметаллов в природе
429
Кислородные соединения неметаллов
431
Водородные соединения неметаллов
432
Парадоксы в сем1,е неметаллов
434
Свободные неметаллы в природе
434
Химия жизни - это химиf! неметаллов
438
МетаJшы-Ю.В.Ходаков, В.Л.Васи-
левский
4�
Что такое металлы
439
Когда металлы похожи друг на друга
440
От чего зависит активность металла .
.
441
Как применение металлов CBЯ3aIIO с их свойст-
вами
442
Свойетва сплавов и их состав . .
442
Чем чугуны отличаются от сталей
413
Какие бывают чугуны
444
Как закаJ1яется 11 отпускается сталь
445
Легированные стали . .
.
445
В технику приходят новые металлы .
.
446
От алюминия к титапУ, .
.
•
.
447

Старость и молодость металлов
Кто с.1едующий? .
.
.
..
.
Что такое «редкие» металлы ..
Э.1е}1ент полупроводниковой техшши
Редкие зем.тш - Д. Н. Тр ифоно в
Оргаппчесюrе вещества вокруг нас - М . И . К а­
бачник
Ско,1ько их? .
.
..
.
Почему их так много? .
Органически�. вещества в живой природе
Человек и органические вещества
Создание теории строения органических ве-
ществ ..
..............
Краски всех цветов и оттенков .
..
.
.
Органические красители для фотографии и
кино
Jl екарствепные вещества
.
.
.
.
.
Лес - источ1шк органических веществ
«Черное золото» - нефть .
Органические
вещества
в
сельском
хозяйстве
Как
хим1ш
строит
нужную молекулу -
Б.А.Казанский
Полимеры-К.А.Гладков
Для чего нужны полимеры . .
.
Родословная больших моJ1екул . . .
Первые искусственные пластмассы .
Как получаются молекулы-гиганты
«Швейная фабрика» гигантских молекул
Поликонденсация
Полюrеризация
Сенрет прочности
Сте1>.10, кожа или резина? .
У истоков 11е11а полиыеров •
И в огне не горит
•
-
448
448
449
450
451
454
454
455
457
458
460
461
462
463
464
464
467
468
473
473
474
475
476
479
479
481
482
482
484
485
Полимеры будущего - В. А. R арг 11 н
Полимеры - строите:1ь11ыii материал
Полимеры в ЖИЗIШ JIЮдей ..
Полимеры в медицине и биологии ..
Химия жизнииздорою.я -Ю.В.Ходаков
Особенности действия веществ на живой орга-
низм
Моленулы против микробов .
От нрасок к лекарствам
Усыпляющие лекарства
Жизненные катализаторы
На пути к искусственн ому созданию жизни
Химия и наследственность
Медицина на молекулярном уровне
Химия на службе воiiны 11 мира
Химияпищи-Л.А.Цветков
Беседа о самом необыкновенном в мире вещест­
ве-И.В.Петрянов, Е.А.Нковлева
Что такое вода?
Свойства воды
С111ны1оч11ыn от,:�;е"11
Всему миру - одну меру (система сд1шиц изме-
'
рения)-В.И.Козлов
..
Разберемся в размерах - Г. И. Г у рев и ч
Биография химичесКIIх элементов - Д . Н . Тр и­
фонов ..
•
Важнейшие открытия в области фиапки и химии
Чточитатьиофиз1ше11х11шш-Б.В.Ляпу-
нов
•
Словарь-указатель - В. А. R он н о в ..
8
487
487
488
491
492
493
493
495
496
497
498
501
503
504
505
511
511
515
524
532
536
543
548
556

ФОТОГРАФИИ И ТАБ.JIИЦЫ НА ОТДЕ.JIЬНЫХ .JIИCTAX
ИсаакНьютон(портрет)•.•••••
•
32-33
Н а об о р от е: Альберт Эйнштейн (фо­
тография)
Автоматичес кая кос мичес кая станция около
одной из планет (художник Р. Ж. Авотин) 40-41
На обороте:Мягкаяпосадкакосмиче-
с1юй ракеты (художник Р. Ж. Авотин)
«Луна-9» на Океане бурь, 4 страницы . . .
48-49
Аэродинамичес кая труба (художник Л. С.
Вендров ) .
.
•
•
.
.
•
.
.
.
••
.
.
.
.
•
64-65
Н а об о р от е: Типы са111олетных двига-
телей (художник Л. С. Вендров)
Фигуры выс шего пилотажа (художник Л. С .
Вендров ). .
.
.
.
•
.
.
.
.
.
.
.
•
•
•
•
72-73
Н а об о р от е: Гиперзвуковые самолеты
будущего (художник Л. С. Вендров)
Диаграмма слышимости звуков (художник
Л. С. Вендров) .
.
.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
112-113
Н а об о роте: Ус тройство аппарата
для ожижения гелия (художник В. А . По-
пов)
Температурная шкала явлений в природе
(художник В. А . Попов) .
.
.
•
•
•
•
120-121
На обороте: Способы получения го-
рячей плазмы (художник В. А . Попов)
Спектр видимых
лучей света (художник
В.А.Малышев)••••••
.
.
.
.
.
176-177
На
об о р от е: Физичес кие свойства
световых лучей (художник В. А. Малышев)
Схема цветного фотографирования (худож-
никВ.А.Малышев).....
•
.
•
•
.
192-193
Н а об о р от е: Спектр электромагнит-
ных волн и спектр радиоволн (художник
С. Н . Волков)
Обозначения радиодеталей в схемах (худож-
ник В. А. Малышев) .......•• 232-233
На обороте: Микродетали и схема
супергетеродинного
приемника (худож-
ник В. А. Малышев)
Следы элементарных частиц, зафинс ирован-
ные в различных приборах (фотографии) 272-273
Радиоактивные семейства урана-238 и ура-
на-235 (художник С. Н. Волков) •
.
.
•
28 8-289 ·
Н а об о р от е: Радиоактивные семейст-
ва тория-232 и нептуния-237 (художник
С. Н . Волков)
Михаил Вас ильевич Ломонос ов (портрет,
художник Р. Ж. Авотин) .
.
•
•
.
•
312-313
На об о роте: Дмитрий Иванович Мен-
делеев (фотография)
Периодичес кая таблица элементов Менде-
леева (художник В. А . Попов)
336- 337
Н а об о р от е: Начало периодичес кой
12
таблицы ат омных ядер. Ат омная распро­
страненность элементов в метеоритах и на
Солнце. Периодичес ний закон химии зем­
ной коры (художник В. А. Попов)
, Завис имость места, занимаемого элементом
в периодичес койтаблице, от чис л
·
а элект-
ронов в ат оме (художник В. А. Попов) 348-349
Н а об о р от е: Ядерные реакции на Солн-
це (художник В. А. Попов)
В лаборатории, где от крывают элемент
104(фотоА.П.Лидова)•••.•.•360-361
К статье «Твердое тело и его загад1ш» (ху-
дожник Л. С . Вендров) .
•
.
.
.
.
.
•
376-377
На
об о р от е: Химичес кая реакция
(художник Ю. А . Макаренко)
Различные виды хроматографии (художник
Ю. А. Макаренко) .
.
.
•
•
.
.
.
.
.
392-393
На об о роте: Хроматограммы неко-
торых веществ (художник Г. В . Северден­
ко)
Электрохимичес кие источнюш тона и топ­
ливный элемент (художник Ю. А. Мака-
ренко)................412-413
Н а об о р от е: Действие антивного сма-
чивателя и схе.ма флотационной машины
(художник Л. С . Вендров)
Рас пределение неметаллов в об олочках Зем-
ли (художн1tк К. В . Кудряшов) . . .
•
432-433
На обороте: Роль порфина в природе
(художник К. В. Кудряшов)
Ис пользование металлов в различные эпохи
(художник К. В . Кудряшов) .
.
.
•
•
448-449
На
об о р от е: Технологичес ние свой-
ства алю миния (художник К. В. Кудряшов)
Сергей Вас ильевич Лебедев (фотография) 472-473
На обороте: ИгорьВасильевич I\ур-
чатов (фотография)
Процес сы пошшонденс ации и полимериза-
ции (художник Ю. А . Макаренко) . . . 480-481
На
об о р от е: Ст руктура полимеров
(художник Ю. А. Макаренко)
Получение фторопласта (художник Ю. А. Ма-
каренко) .
•
•
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
488-489
Н а об о роте: Недалекое будущее по-
лимеров (художник Ю. В . Случевский)
Структуры неноторых органичес ких веществ
(художник Ю. А . Макаренко)
496-497
На обороте: Структуры лекарствен-
ных вещее.тв (художник Г. Е . Валетов)
Капля воды, упавшая в воду (фотография
И. В . Петрянова) .
.
.
.
..
512- 5 13
На об о рот е: Так льетс я вода (фотогра-
. d'шя В. И . Коа.л,ова)

НАЗЫВАЯ ФИЗИКУ МЕХАНИКОЙ МОЛЕКУЛ, ХИ­
МИЮ - ФИЗИКОЙ АТОМОВ И ДАЛЕЕ БИОЛО­
ГИЮ - ХИМИЕЙ БЕЛКОВ, Я ЖЕЛАЮ ЭТИМ ВЫ­
РАЗИТt> ПЕРЕХОД ОДНОЙ ИЗ ЭТИХ НАУК В
ДРУГУЮ.
Ф. ЭНГЕЛЬС
ЭЛЕКТРОН ТАК ЖЕ НЕИСЧЕРПАЕМ, КАК И
АТОМ, ПРИРОДА БЕСКОНЕЧНА, НО ОНА БЕСКО­
НЕЧНО СУЩЕСТВУЕТ, И ВОТ ЭТО-ТО ЕДИНСТ­
ВЕННО КАТЕГОРИЧЕСКОЕ, ЕДИНСТВЕННО БЕЗУ­
СЛОВНОЕ ПРИЗНАНИЕ ЕЕ СУЩЕСТВОВАНИЯ
ВНЕ СОЗНАНИЯ И ОЩУЩЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА И ОТ­
ЛИЧАЕТ ДИАЛЕКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛИЗМ ОТ
РЕЛЯТИВИСТСКОГО АГНОСТИЦИЗМА И ИДЕА­
ЛИЗМА.
В. И. ЛЕНИВ
13

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОЙТИСЬ
Здравствуйте, люди будущего!
Действительно, иначе вас не назовешь. Вы и есть люди будущего - сегодняш­
ние школьншш, студенты 70-х годов, специалисты 80-х, доктора и академики
XXI в. Вам предстоит пользоваться всеми открытиями нашего поноления уче­
ных, предстоит завершить все, что мы задумали, затеяли и не довели до конца.
Именно вам вручим мы перечень наших надежд, планы наших открытий. Вы будете
исполнителями и одновременно редакторами: кое-что вычеркнете иак устаревшее,
ненужное, ошибочное; остальное (главное!) осуществите. Едва ли можно предуга­
дать, что именно вы отнроете. Но и чему вы должны стремиться, иание задачи вы­
полнять - это можно ·сказать и нужно.
Главная задача общеизвестна: сделать счастливыми человечество и самих себя,
дать максимальное иоличество благ маисимальному числу людей, праитичесии -
всем. Это и означает осуществить принцип коммунизма «иаждому-по потребно­
стям, от иаждоrо-по способностям». Надо будет удовлетворить все материальные и
все духовные потребности иаждого человеиа.
Начнем разговор с материальных потребностей, прежде всего с первейшей -
с пищп. На земном шаре сейчас далеио не все сытно едят; есть страны, ноторые не­
редко посещает голод, там часто и взрослые и дети умирают из-за недостатка пищи.
Идеологи старого мира говорят, что тут ничего не поделаешь: планета, дескать, тес­
на, земли на всех не хватает. Так ли это? Цифры показывают, что в технически
развитых странах, находящихся отнюдь не в самых лучших природных условиях,
с наждого гектара снимают урожай в 4-5 раз выше, чем в слаборазвитых стра­
нах. Следовательно, дело не в количестве земли, а в техническом развитии.
Том, который вы держите в руках, посвящен физине и химии.
Здесь химия предстанет перед вами нак наука высоких урожаев,
наука изобилия на столе. Химия-это удобрения: азот, фосфор, ка ­
лий, микроэлементы". Химия - это охрана полей: инсектициды и
фунгициды - яды против вредных животных; это гербициды -
яды для сорншюв, вредителей растительного происхождения. Хи­
мия - это чудесные вещества, управляющие ростом и развитием
растений, ускоряющие созревание и уве.11ичивающие рост плодов.
Есть еще химия почвы - агрохимия, наука о создании наилучших условий для
питания растений, для использования минеральных веществ, содержащихся в почве
или добавленных в нее.
Для высоких урожаев чрезвычайно важна и селекция, т. е. создание новых,
улучшенных сортов, более продуктивных (лучше усваивающих углекислый газ, во­
ду, фосфор, иалий, азот, полнее и быстрее превращающих их в белки, углеводы и
другие пищевые вещества), засухоустойчивых, болезнJустойчивых, лучше поддаю­
щихся механизированной обработке и уборке и т. п .
Чем больше типов растений у селекционера, чем больше разнообразие форм, тем
легче найти нужные сорта. Недавно выяснилось, что некоторые сильнодействующие
химичесиие в ещества вызывают в семенах существенные наследственные изменения,
при этом в озникают новые наследственные линии с совершенно новыми свой ствами,

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЪ
дающие богатый выбор для селекционера. Так что и в эту, чисто биологическую,
казалось бы , работу химия вносит свой вклад.
И если бы сегодня во всем мире люди сумели применить уже существующие пере­
довые методы селекции, механизации и химизации, можно было бы увеличить миро­
вой урожай по крайней мере раз в пять, даже не прибавляя ни одного гектара к су­
ществующим посевным площадям.
Но и это не предел. Теория позволяет уже сейчас предвидеть возможность даль­
нейшего увеличения урожайности. Все вы знаете, конечно, что растение синтези­
рует пищу для людей и корма для животных из углекислого газа и воды с помощью
энергии солнечных лучей. Но, оказывается, растение не так уж идеально использу­
ет эту энергию. Растет оно не круглый год, так что зимой, поздней осенью и ран­
ней весной солнечный свет пропадает зря. И в начале роста, когда листочки еще
маленькие и редкие, большая часть лучей, минуя растения, бесполезно нагревает
почву. Но даже и те лучи, которые попадают на листья, утилизируются не полно­
стью. Инфракрасные лучи для фотос интез а не пригодны. Отражается и часть ви­
димых лучей, а часть проходит сквозь листья. Кроме того, значительная доля
света тратится на испарение воды; таким способом растение предохраняет себя от
жары и перегре вания. В итоге раст ение использует только 0,5-1 % падающего
света на построение тканей.
Так что и тут таятся громадные резервы. Но вам надо будет немало порабо-.
тать, чтобы сделать растения бережливее: заставить их повысить свой I{.п.д. Извест­
но, что микроскопическая водоросль хлорелла в мелких водоемах использует на
'
построение органического вещества не 1, а 10-12% падающего света. И. · ес­
ли вы добьетесь такой же производительности у растений суши, то превзойдете раа
в деся'Fь урожайность передовых стран, а среднюю мировую урожайность раз в
пятьдесят, сумеете прокормить на существующих посевных площадях не три мил­
лиарда, а миллиардов сто пятьдесят людей, правда, на сегодняшем, т. е . неваж­
ном, уровне питания.
А быть может, вам удастся решить и совсем трудную задачу, почти фантасти­
ческую: так изменить природу растения, чтобы оно использовало энергию и ин­
фракрасных лучей, сейчас пропадающих втуне.
Помимо физиологических, есть еще резервы географические. В настоящее время
на земном шаре обрабатывается примерно 10% суши, всего лишь десятая часть! Но
посевную площадь можно увеличить по крайней мере втрое, главным образом за
счет влажных тропических лесов и сухих субтропических пуст'ынь, полупустынь,
степей. Джунгли требуют осушения, сухие степи - орошения. Тут нужны будут
и каналы, и трубы, подводящие воду, и энергия - много дешевой энергии для
машин, насосов, для поливки, строительства. И потребуются химические пленки,
покрывающие и подстилающие, экономящие влагу, предохраняющие ее от испаре­
ния вверх и от просачивания вглубь. Нужно будет, кроме того, решить проблему
опреснения соленой воды: опреснять ли ее физическим методом -
кипятить с помощью атомной энергии, или опреснять химически -
оса;1.;дать соли ионообменными смолами?
Физика и химия в равной степени важны для решения всех
этих задач. Орошение - это энергетика и гидравлика. Теплотех­
ника и оптика создадут благоприятный режим растению. Длн ме­
ханизации нужны механика, теплотехника, электричество. В об­
щем, без химии и физики вам не обойтись, шагу не ступить!
Мы не упоминали еще о необъятных возможностях океана. Океа­
ны в три раза обширнее суши, кроме того, они гораздо производительнее. Ведь водно­
му растению не надо тратить энергию на испарение, предохраняя себя от высыхания;
к. п . д . у него получается выше. Сейчас люди слабо используют океан. В нем выла­
вливают лишь незначительную часть рыбных богатств. Агротехника океана - дело бу­
дущего. Вы сами будете решать, как разводить рыбу, как вылавливать планктон и
перерабатывать его, как возделывать подводные пашни, засеивать их и убирать,

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
18
как пасти подводные стада. Но без физики и химии не обойтись вам и на
дне морском.
До сих пор речь шла о растительной пище. Чтобы сделать ее вкуснее и пита­
тельнее, вы будете использовать животных. Ведь коровы, свиньи, гуси, куры­
все это маленькие заводики, превращающие зеленый корм, зерно шш отбросы в
мясо, жиры, молоко, яйца. Здесь есть свой расчет и свой к. п. д. Но у растений мы
сравниваем поглощенную энергию и калорийность продуктов, а у животных - вес
корма и привес тела. Так вот, и тут для повышения к.п .д . тоже важна химия.
Чтобы усвоить пищу как следует, животное должно быть здоровым. И выгодным
оказалось добавлять в рацион и коровам и цыплятам витамины и антибиотики. Кро­
ме того, важны и химические добавки к пище. Белки животных тканей состоят из
аминокислот. Недавно выяснилось, что аминокислоты не равноценны. Среди них есть
и такие, которые организм животного сам для себя приготовить никак не может.
Это - так называемые незаменимые аминокислоты. В к ормах их мало, но организ м
животного использует их полностью. Все же остальные аминокислоты усваиваются
только в строго опредо;�енной пропорции к незаменимым. Если каких-либо не
незаменимых аминоки�лот не хватит, организм животного все же может .создать
их для себя из других не незаменимых кислот, а излишние ами­
нокислоты будут из организма выброшены. Так, при постройке
дома ведущий материал - кирпич, а известка, цемент, штукатур­
ка,. краска расходуются в зависимости от того, сколько пошло
tшрпича. Но если незаменимую аминокислоту изготовить химически
(химически!) и добавить ее в корм, тогда и излишки прочих амино­
кислот тоже пойдут в дело- на построение тканей. Животное будет
усваивать больше аминокислот, расти быстрее, к.п .д. его повысится.
Некоторые увлекающиеся ученые предполагают, что и вообще вся пища буду­
щего будет химической. Быть может, химическая пища не всем придется по вкусу.
Выше много говорилось о несовершенстве растений, но они несовершенны как
аккумуляторы энергии. Зато как повара растения на высоте, они изготовлнют из
углекис.'lого газа именно ту пищу, к которой мы привыкли. И тут техника ока­
залась бы в положении догоняющего подражателя, стремящегося и никогда не
приближающегося к идеалу, дающего только суррогаты. Так что пускай нас
кормит биология, а химия только подкармливает.
Итак, на суше и в океане с непременной помощью химии и физики вы получите
вкусную и обильную пищу для сотен миллиардов людей. Но ведь человеку нужна не
только еда. Нужны еще одежда, жилье, общественные и промышленные здания,
орудия труда, машины, аппараты, технические и ·бытовые приборы, оборудование
для транспорта и связи". Из какого материала вы будете все это изготовлять?
Вообще материал-наиболее неподатливая, наиболее косная, я бы сказал, часть
производства. Недаром историки обозначают эпохи по главному материалу: век
каменный, век бронзовый, железный век. С этой точки зрения ваш век будет веком
химическим, эрой синтетических и химически переработанных материалов.
Одежда будущего - в основном химическая. Синтетическая кожа, синтетиче­
ский мех, синтетические волокна - прочные, гибкие, непроницаемые, водооттал­
кивающие, ткани пористые, ткани несгораемые, даже нетканые «ткани», которые
надо не сшивать, а склеивать.
Металл не уйдет из вашей жиз ни, но он изменит свои свойства. Теоретически
уже доказано, что современные металлические изделпл могли бы быть раз в десять
прочнее. 'Уменьшают их прочность сверхмикроскопические неоднородности - ни­
чтожные трещинки, сдвиги, неправильности, вакансии (пустоты, не заня­
тые атомами). В лабораториях уже удалось получить тонкие нити - они назы­
ваются «усами» - однородного металла, он действительно раз в десять прочнее

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ ПЕ ОБОИТИСБ
стали. Но от этих «усов» д о монолитных брусков, д о массового
производства еще очень далекий путь. Вам предстоит пройти его ,
чтобы строить ажурные станки с осями-спицами , легчайшие авто­
машины и самолеты , переносные дома и кружевные мосты , почти
прозрачные на вид.
У керамики и стекла прочность еще дальше от теоретической,
чем у металла . Но недавно удалось повысить прочность стекла во
много десятков раз путем специальной химической обработки его по­
верхности. Придавая стеклу мелкокристаллическое , как у металлов, строение , уда­
лос ь значительно повысить и его жаростойкость.
И огнеупорные материалы понадобятся вам для высокотемпературных пече й,
для электротехники . Кое-что уже найде но: окись магния , окись тория , нитриды ,
бориды , карбиды с температурой плавления от 2500 до 3500°. Вероятно , вы захотите
превзойти эти рекорды.
Для вычислительных машин, для автоматов , для радиосвязи и телевидения ,
а также для превр ащения тепла и световых луче й в электричество вам понадобятся
полупр оводники. Современные германий, кремний , селен не совсем хороши - они
слишком чувствительны к температуре. И здес ь уже есть находки , но вам при­
дется поис кать еще , чтобы ваши машины безотказно работали и в космосе , и в
глубинах Земли , и в огненных печах , и около абсолютного нуля .
Нужны новые материалы и для квантовых ге нер аторов : лазеров и мазеров - этих
чудесных аппаратов , рождающих могучие лучи , режущие , плавящие , испаряющие ,
сверлящие и посыл а ющие сигналы хоть на Луну , хоть на Марс , хоть к далеким
звездам . В нынешних лазерах луч генерируется в кристалле искусственного рубина .
Найдено немало и других веществ для генератор ов: твердых - с неодимом , самарием,
диспрозием; газовых - гелий-неоновых, неон-кислородных , аргоновых , криптоновых,
це зиевых... Как видите , чуть не всю таблицу Менделеева приходится перебирать.
Но вед ь захочется же вам иметь в кармане этакий лучевой нож с батарейкой,
чтобы в любую минуту срезать дерево, снести мешающую скалу или выточить из
кус ка металла нужную детал ьку . Здес ь также встретитес ь вы с неи-збежной проб­
лемой к. п. д . В лазер ах электрическая энергия превращается в свет ; работать «луче­
выми резцамю) будет выгодно при небол ьших потерях. Если вы добьетесь большого
к. п. д. , то сумеете передавать энергию не по проводам , а лучами , скажем , из
Якутии на Луну или на специал ьный отражательн:юй спутник, а оттуда - в Моск­
ву. Видимо , в космическом вакууме такая передача будет возможна; но я не уверен,
получится ли она в воздухе . Для повер хности Земли есть и другая очень заман­
чивая идея - передача с помОJ:μью сверхпроводников. Напоминаю вам, что во мно­
гих металла х и сплавах при температурах, близких к абсолютному нулю , совсем
нет электрического сопротивления , ток идет без потер ь. К сожалению , свойство
это исчезает , когда температура повышается всего лишь на несколько градус ов .
И магнитное поле - а у всякого тока есть магнитное поле - тоже разрушает
свер хпроводимость. Недавно найдены сплавы магнитоустойчивые и даже более или
менее температуроустойчивые . Если бы вам удалось довести температуроустой­
чивость пусть не до комнатной температуры , а хотя бы до температуры жидкого
кислор ода , вы сумели бы передавать мощнейшие токи на лю бое расстояние и
без потер ь по самому тоненькому проводу .
Материалов в природе немало , казалось бы , хватит на все нужды . Но , к с ожа·
лению , они вас удовлетворить не смогут - выбор мал и качеств о не
то . Придется вам создавать новые , и потому все-таки чаще всего
вы будете иметь дело с искусственными , синтетическими мате­
риалами , и в особенности с полимер ами. Полимеры будут у
вас вс.�:пше : волокнистые , монолитные и со спутанными волок­
нами , как у минерала нефрита , полимеры тверже стали и
прозрачнее стекла, огнеупорные, кислотоупорные, немагнитные
и магнитные.
д.э.тз
1.7

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
1.8
• Говоря о пище , мы все время занимались расчетами: какова площадь паш ен,
да сколько поступ ает лучей, да сколько поглощается , все ли используется . Для
материалов такие проблемы не стоят ; материалы готовятся из атомо в, которые
встречаются повсеместно - в земной коре и в морской воде , а нередко и в воз­
дух е. Однако нужно не только найти их , но еще и выделить, сконцентрироват ь,
перетасовать или соединить, затратив на все это достаточное количество эне ргии.
Проблем а тут в энергии, и вы имеете право задать вопрос: где брать энергию для
всех ваших будущих дел ?
В наше время на Земле энергии добывается явно недостато чно : в среднем 0,1 квт на
одного жителя п.н:анеты. Десятая эта доля никак не может избавить людей от са­
мого грубого физического труда : от пахоты на волах , от копания земли лопатой ,
от переноски тяжестей на спине. Чтобы до вести энерговооруж енность технически
отсталых ст ран хотя бы до ур овня передовых , нужно увеличить ее раз в
сорок. Во зможен ли такой скачок? Мы знаем , что возможен ". в условиях со­
циализма. Известно, что за годы Советской власти выработка эн ергии в нашей
стране увеличил ась в 200 раз.
Сейчас-то мировая эн ергетика опирается на нефть и уг оль, в меньшей сте­
пен и - на гидроэнергию. Но запасы угля и нефти ограниченны ; далеко не все
страны так богаты ими, как наша. В будущем, даже не в очень отдаленном , вам
всерьез придетоя решать проблему источников энергии.
Самый щедрый из всех имеющихся у вас в запасе источников энергии -
обыкновенная вода. Она состоит из водорода и кислорода , а в водороде на каждые
6700 обычных атомов приходится один атом тяжелого водорода - дейтерия . Один
грамм дейтерия, превращаясь в гелий , может дать столько же энергии, сколько
дает 10 т угля. Термоядерная энергия, добытая из воды небольшого пруда ,
равноценна всей современной добыче угля. Однако пока что этот заманчивый к лад
не дается в руки. Термояде рные реакции протекают при температуре в десятки и:
сотни миллионов градусов, любая печь превратится в атомный: пар от такого жара.
Одна ко в принципе можно предохранить стенки котла с помощью мощного магнитного
поля. Техническое решение еще не найдено. Но, думаю; эта трудная за дача рано или
поздно будет решена.
Быть может, доступнее дл я нас <(ж елтый уголм: неиссякаемая эн ергия сол­
нечных лучей . Подсчитано, что на каждый квадратный километр земной поверх­
ности Солнце льет поток мощностью примерно в 100 ООО квт. Цифра примерная,
потому что ее очень заметно изменяют географическ ое положен ие' местности,
время года и дн я, состояние атмосферы - ясное небо или облака. Превращать
тепло и свет в электричество инженеры уже умеют ; со зданы термоэлементы и
фото элементы с к. п. д" равным 7-10%. Если вы до ведете к. п . д . процентов
до тридцати- сорока и покроете фотоэлектрической пленкой , ск ажем , 5% - одну
двадцатую долю суши ,- и
то вы получите энергии в десятки тысяч раз боль­
ше , чем производится сейчас во всем мире, в ты сячу раз больше, чем нужно дл я
полного избавления человека от тяжелого физического труда.
Третий перспективный источник энергии -подзем ное тепло. Недра нашей пла­
неты нагреты до 1000° и выше. Мы живем на каменной облицовке гром адной пе­
чи - планеты. Но как добыть и з-под облицовки глубинный жар? Использовать
гей зеры , теп·л ые под земные воды, горячие пары? Температура их низковата для
техники. Использовать вулк аны , эти естественные отдушины , извергающие расплав­
ленную лаву?
Но как уп равлять потоком ла вы , как и збежать ее затвердевания? Бурить 30-
километровые скважины вплоть до глубин с температурой в 1000°, спускать туда
термоэлементы? Но и эти глубины остынут со временем, вам придется перемещать
приемн ики тепла или ставить их на автоматически роющие машины. Как видите,
есть над чем поломать голову.

2*
БЕ3 ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
Конечно , получение энергии касается разделов физики: теплотехники, опти­
ки, атомной физики, электротехники.
Уже можно смело мечтать о близких временах , когда потоки до бытого из воды
электричества зальют наши дома, поля и цехи. Пол учив в руки неисчерпаемые за­
пасы энергии, вы , наверное , захотите управлять погодо й, научитесь укрощать
ураганы и што рмы , направлять их бессмысленно е буйст во на полезную работу:
пуст ь несут дож ди в пустыню !
Вода и солнце дадут силу , а работать будут машины . Машины попроще во зьмут
на себя тяжелый труд , а сложные вычисл ител ьные машины -они уже появились­
заменят вас на скучной, однообразной работе : в канцеляриях , при учете и расче­
тах , на заводах , при наблюдении за ст анками-автоматами и автоматическими линия­
ми, на транспорте , в первую очередь на рельсах , потом на водэ , под водой и в воз­
духе. Все тяжелое и скучное вы перед адите машинам.
•
Только не думайте , что самим вам придется работать каких-нибудь три-четыре
часа в сутки . Слово «коммунизм»-это не синоним безделья. Трудит ься вам п ридет­
ся не меньше , чем нам , а может быть, даже и больше , но , конечно , продуктив­
нее . При коммунизме труд для всех членов общест ва ст анет первой
жизненной потребностью , гармонически сл ивающейся с другими
потребностями человека: стремлением к искусст ву и красоте, с тя­
гой к путешест виям (наверное, и на другие планеты) и, самое гл ав­
ное , с потребностью творить .
Творческ ая жилка в че ловеке наигл авнейшая. Ничто не дает
такого удо влетворения , подлинного , глубокого и чист ого счастья,
как процесс узнавания и со зидания , как во зможность видеть де­
ло твоих рук и твоего ума. Творческая жилка есть у каждого человека , но частень­
ко она подавляется первоочередными материальными заботами, а в капитали­
стическ их ст ранах просто не все допускаются к творчеству, творчест во там до­
ступно только избранным , а угнетенные клас�ы и даже угн етенные нации во­
обще не допускаются к образованию , не го воря уже � вершинах науки . Сегодня на
земном шаре , в ст ранах колониальных и полузависимых огромное количест во
неграмотных . Но в будущем , в обществе , разумно устроенном , при щедром изо­
билии пищи, материа лов, энергии и машин , которое вы со здадите , когда все ма­
териальные нужды будут легко. обеспечиваться , первостепенными будут духовные
потребности, и гл авная из них - потребность творить.
Творить можно в любой област и: в искусст ве , в производстве , в воспитании ,
в любой науке . Мне лично интереснее всего предст авляются творческие поиски
в трех обширных и неиссякаемых направлениях : в изучении самого далекого ,
самого малого и самого сложного .
Самое далекое , конечно , в космосе . Вам предстоит изучать изъеденную кра­
терами Луну, Марс, Венеру, далекие холодные планеты с их промерзшими лунами,
угловатые астероиды , кометы, Солнце , все околосолнечное пространство , а затем
и бесчисленные зве зды , одну дальше другой. Однако вы и так все рветесь в
космос; едва ли нужно вам рассказывать, как заманчивы многообещающие кос­
мические поиски. Я только напомню вам , что космонавтика - это н ебесная меха­
ника и кинематика тел в фи зическом поле тяготения , это спект­
ральный анализ, это радиосвязь и лазерная связь , это термодина­
мика и двигател и. Это- все разделы физики и все разделы химии.
Мир самого малого принадл еж ит фи зике почти целиком . Здесь
вам предстоит разобраться в свойствах элементарных частичек -
лептонов, мезонов, нуклонов, гиперонов, таинственных нейтрино,
резонансов и особенно новых гипотетических частиц , быть может, на и­
более первичных - так называемых кварков. Кто знает , сколько их еще
1.9

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
20
откроют, пока вы будете учиться? Вы будете иметь дело с ничтожными долями мик­
рона и микросекунды, с исчезающе малыми величинами и исчезающе малыми мгно­
вениями. Пылинки микромира - это кирпичики, из которых построены окружаю­
щие нас предметы. Их свойства так или иначе отражаются в свойствах атомов,
химических молекул, а через них и в свойствах крупных тел. В ничтожно малом
внутриатомном мире таятся великие силы, оттуда приходит термоядерная энергия,
о ве.1ичине которой вообразить трудно, и энергия аннигиляции, превосходящая тер­
моядерную в десятки раз.
•
Мир самого сложного - это жизнь. Только недавно, лет 10-15 назад, уче­
;ные начали постепенно разбираться в химической стороне процесса жизнедеятель­
ности; от поверхностного общего наблюдения перешли к химически точным анали­
зам. И сразу же изменилось наше отношение к биологии. Прежде считали: техни­
ка давным-давно превзошла природу, природа-нечто отсталое, устаревшее, слабое,
учиться там нечему. Оказалось, что это совсем не справедливо. Да, мы, люди, да­
леко превзошли природу мощностью, скоростью, температурой, размерами наших
установок. Но природа безмерно превосходит любой завод необыкновенной сла­
женностью процессов, ювелирной точностью результатов, экономичностью и ра­
циональностью.
Привычный пример - связывание атмосферного азота. На химических заводах
для этого берут чистый азот, добытый из воздуха, соединяют его с чистым водоро­
дом
,
, извлеченным .из природного газа; процесс ведут при высокой температуре и вы­
соком давлении. А клубеньковые бактерии, те, что сидят на корнях гороха и фа­
соли, умею т получать связанный азот из обычного неочищенного воздуха, чистым
водородом не пользуются, не применяют ни высокое давление, ни повышенную тем­
пературу, ведут реакцию на своих «Микрозаводах» - внутри клетки, где наряду с
азотсвязующими молекулами существуют миллионы других, занятых своими делами.
Изумительная целенаправленность и точность в чрезвычайно сложной обстановке!
Интересна и загадка зеленого листа, основного производителя пищи на нашей
планете. О том, что зеленый лист добывает углеводы из углекислого газа, используя
энергию солнечных лучей, известно давно. Но вот что еще обращает внимание: ведь
кванты света сами по себе не способны разбить ни молекулу углекислого газа,
ни молекулу воды. В клетках .'IИста существуют для этого особые «микрозаводы» - так
называемые хлоропласты, которые собирают лучи, накапливают их энергию и при
обычной температуре решают проблему, как расщепить прочные молекуJ1ы угле­
кислого газа и воды, получить крахмал и другие питательные вещества.
Перед вами стоит грандиозная задача: раскрыв тайну фотосинтеза, научиться
самим проводить реакции, осуществляемые природой в химических комбинатах
зеленых листов, в подземных лабораториях корней. Нужные продукты вы будете
получать непосредственно из углекислого газа, из воды и из азота воздуха. И быть
может, я даже уверен в этом, вы сумеете это делать лучше, экономичнее и мас­
штабнее, чем зеленый лист. Ведь технике не нужно приспосабливаться к сложней­
шей обстановке живого организма со всеми его запутанными связями.
В мышцах есть нечто сходное с зеленым листом. Там энергия, полученная при
сжигании пищи в кислороде, тоже накапливается постепенно. Ее собирают молеку­
лы адезинтрифосфорной кислоты. По прю>азу, полученному от нерва, они одним
ударом растягивают или сжимают гибкие белки мускулов. К . п . д .
здесь очень велик, процесс рационален, и вам, искателям буду­
щего, надо будет задуматься, не стоит ли жесткие рычаги, валы
и оси машин, привычные вам с детства, заменить для ряда машин
мускулоподобными гибкими тяжами с химическими двигателями
внутри них?
Но можно ли повторять живое в технике, спросите вы. Ведь
есть же принципиальная разница между живым и неживым-мо-

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИ МИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЪ
лекулы живого организма как-то отличаются от простеньких молеку.11 неживого
мира. Вот тут-то и во зникает вопрос: верно ли это ? И недаром сейчас ученые
особенно интересуются тем , что леж ит на границе живого и неживого. Существуют
ли живые моленулы? Существуют ли живые организмы , состоящие всего из несколь­
ких моленул? Вы, конечно , слышали о вирусах. В насто ящее время известно ,
что размерами вирус не отличается от крупнейших молекул. И в то же время
вирус - это простейший организм , который живет , размнож ается. Нужно еще и
еще работать, чтобы лучше понять тайны процессо в, которые превращают слож­
ную молекулу в организм с его уд ивительными экономич11ыми, рациональными и
точными устройствами.
Основа жизни - белок. Тайна строения белка начала открываться в последние
годы. Выяснилось , чт о белки - это нити, состоящие из аминокислот всего лишь
двух десятков типов.
Молекула белка как бы написана двадцатью литерами, но все го зн аков в этом бел­
ковом сло ве десятки тысяч, целая брошюра нужна , чтобы записать буквами строе­
ние одного белк а. И вот эту длинную, перевитую , местами склеенную нить орга­
низм штампует с уд ивительной быстротой и точностью , бе зош ибочно вставляя нуж­
ные «буквы» - аминокислоты - в нужные места. Ведь если мы в белке поменяем
местами хотя бы две аминокислоты , т. е. две буквы , то получим другой белок , с
другими свойствами, ин аче регулирующий жизненный процесс , и такая замена
иногда даже приводит к неизлечимым заболеваниям, в частности к зл окачественным
опухолям , к психическим расстройствам...
Значит , как правило , организм не ошибается ни в одной букве. Мы , химики ,
можем только завидо вать и руками разводить. Мы умеем тоже изготовлять «мно­
гобуквенные» нити - полимеры (нейлон , капрон и пр.) , но наши полимеры все со­
стоят из одинаковых букв, в лучшем случае написаны двумя буквами, а это
го раздо легче.
Попробуйте перенять у природы ее типографское искусство , научитесь изго­
товлят ь нужные вам любые вещества любой сложности при нормальной температуре
и в хаосе посторонних молекул.
Нам известно уже , что живое тело «печатает» белки по матрицам нуклеиновых
кислот. Нуклеиновая кислота -это и есть та брошюра , где записано непомерно
длинное сло во - белок. Каждый организм получает от своих родителей полный
набор этих брошюр , целую библиотечку. В них условными молекулярными знаками
(всего лиш ь че тырьмя) записан план построения организма, в.ся полученная от
родителей наследст венность.
·
И когда вы разберетесь в этой биологической грамоте , когда вы сумеете рас­
ставлять атомы по своему желанию и с той точностью, с какой делает это нуклеи­
новая кислота, тогда , возможно , вы даже 'н аследст венность сумеете регулировать,
будете по своему плану изменять формы животных и растений, даже со здавать
совершенно новые.
•
Проектирование новых типов организмов, проектирование молекул , накопление
квантов, выявление новых физических сил , поиски в самом далеком , самом малом
и самом сложном , «умные» машины , до быча энергии, материалов
и пищи - все это необходимо для всеобщего изобилия ! Кажется ,
я перечислил достаточное количество проблем , что бы каждый вы­
брал дорожку по своему вкусу , с удвоенным интересом взялся бы
за изучение нужных ему разделов физики и химии. Если же кто­
нибудь из читателей мечтает отыскать свои, принципиально но­
вые , непредвиденные дорожки, могу обещать, что и непредвиден­
ные пути тоже (и даже особенно) понадо бятся.
2:1

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
Поясню на примере энергетики. Ваши деды и прадеды отапливали дома дрова­
ми, дрова сж игали в топках паровых котлов на фабриках и в паровозах . Но если
бы мы вздумали сейчас питать нашу промышленност ь дровами , то свели бы все леса
под корень задолго до конца ХХ в.
Дров не хватило , и мировая промышленность перешла на уголь , на н ефть.
Выше го ворилось , одна ко , что для наших энергетических планов угля тоже хватит
ненадолго . И ука зывались во зможные повороты с уг ольной дороги на солнечн ую
и термоядерную . Просторные эти пути по зволяют увеличит ь энергопроизводст в о в
десятки тысяч раз...
А что есл и вам понадо бится увеличить их в миллион раз? Тогда даже широчен­
ные гелиошоссе и атомо-страды окажутся непригодными.
Дело в том , что чел ове1< стано в ится сейчас , при вас станет окончательно, су­
щест вом космического масштаба . Я го ворю здесь не о путешест виях в космос , а о
том , что человек будет способен изменять природу на всей своей планете. К энер­
гетике все это имеет прямое отношение .
Запасы термоядерно й энергии нео бъятны. В одном толЬl\о озере Байкал хватит
дейтерия, чтобы на цел ый год заменить Солнце . А сколNoо же Байкалов вме­
щ ается в океане\ Но , оказывается , нельзя выпуск ать в атмосферу такое количест во
теп_ла безнаказанно . К солнечным лучам можно добавить 3-5, от силы 7 % . У ве­
личив количест во тепла на Земле процентов на десят ь, мы уже нарушим климат ,
перегреем нашу планету, засушим умеренные зоны , растопим полярные льды и
переполним океаны . . то· же относится и к подземной энергии; это тепло дополни­
тельное , его надо вносит ь с осторожностью . Значит , дойдя до некоторого предела,
вам придется сворачивать с уже проторенных дорог энергетики : то ли отводить
излишки т�пла в космос , охлаждая атмосферу, как мы охлаждаем паровые котлы ,
отводя тепло в во здух , то ли выводить в космос энергоемкие производства , как
сейчас вредные производст ва мы выводим из людных городов.
Видимо , у космоса будет в следующем тысячелетии сложная
роль. До наших дней он в осно вном был астрономическим музеем :
мы обращались к небу, чт обы изучать и у читься . Сейчас космос
постепенно ст ановится лабораторией физико-х имико-биологичес кой,
там мы ст авим и будем ст авить опыты . В перспективе же космос
превратится в «деловой двор» человечества , в пригород планеты­
сада , именуемой Землей , в космос будут выведены производства
опасные , вредные , пыльные , жаркие".
Конечно , это проблемы очень отдаленного будущего; их начнут решать к концу
XXI в" а может , и позже." Но я назвал их , чтобы вы не думали, что все задачи
уже решены ва шими дедами и жизнь оставит вас бе з творчест ва .
В свое время вы решите и эти проблемы , кто-нибудь из вас сам напишет статью
для будущ его издания Детской энциклопедии о проблемах дальнейшего освоения
космоса и закончит ее примерно так: «Нам трудно представить все поразительное,
что вы , дети, сот ворите на Земле и в космосе . В одном мы уверены твердо : все,
что вы сотворите , будет сделано из материало в, предоставленных вам химией, с
помощью сил , открытых дл я вас фи3икой ». Так что без физики и химии вы не
обойдетесь и тогда.

ДВИЖЕIIИЕ
и анЕРГИЯ
ОСНОВА МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕЙ
РАВНОМЕРНОЕ ДВllЖЕНИЕ
Механика изучает движение тел и действие
сил между ними. Главное свойство всякого
движения - перемещение тела в пространстве.
Наблюдая движущийся по шоссе автомобиль,
мы прежде всего замечаем, что его положение
относительно нашего «наблюдательного пунк­
та& меняется. Если мы, начиная с некоторого
момента, каждую секунду станем определять
расстояние от автомобиля до нас, то получим
представление о его движении. Действительно,
при движении изменяются сразу две величи­
ны - расстояние и время. Расстояние отно­
сится к пространству, в котором происходит
движение; время - независимая от движения
величина, измеряемая часами. Чтобы описать
движение тела, обычно рисуют график, на ко­
тором показано, как далеко ушло тело в каж­
дый момент движения (рис. 1).
Одно и то же механическое тело, наблюдае­
мое из разных пунктов, совершает неодинако­
вые движения. Два человека, одновременно сле­
дящие за одним и тем же автомобилем и опре-
28

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
t
х
Рио. t.
деляющие расстояние до него , могут утверждать,
что от одного наблюдателя автомобиль убегает,
а к другому прибли жается, расстояние от ав­
томобиля до первого наблюдателя увеличивается,
а до второго уменьшается. Так кто из них
прав?
Или вот еще пример . Два автомобиля дви­
гаются друг за другом с одинаковой скоростью;
наблюдателю, сидящему в одном из них, дру­
гой автомобиль будет казаться неподвижным.
Из всего этого следует очень важный вы­
вод : движение тел относительно разных наблю­
дател ей различно , а само движ ени е относитель­
но. Поэтому, когда хотят точно описать движе­
ние какого-либо тела , заранее уславливаются,
какой именно наблюдатель его видит.
На первый взгляд кажется , что такое усло­
вие только меш ает изучать движение. Дейст ви­
тельно , что можно сказать о движении тела , если
отно сительно одного наблюд ателя оно удаляет­
ся , к другому приближается, а для третьего
и вовсе стоит на месте . Нельзя ли выбрать
такой «на блюдательный пункт» , относительно
которого движение тела выглядело бы «настоя­
щим», «абсолютным »?
Ответ на этот вопрос ученые искали с тех
времен , когда Ньютон построил стройное зд а­
ние так называемой классической мех аники.
И эти поиски привели к тому, что в на чале ХХ в.
кл ассическую механику пришлось допол нить
новой, так называемойрелятивистской
:мех аникой , кото рую со здал Эйнштейн .
До Эйнштейна классическая механика отве­
чала на этот вопрос так . Если тело двигается
равномерно и прямолинейно , то на прямолиией"
ном пути оно проходит за равные отрезки вре­
мени одно и то же рассто яни е. График такого
движения изображен на рисунке 2. Каждая
точка графика показывает , какое расстояв11е
прошло тело от наблюдателя, находящегося в
точке О за время t. Этот путь выражается фор­
мулой:
x=vt,
(1)
где v - скорость тела. Можно построить гра­
фик движения и для наблюдателя в точке 01'
находящейся на расстоянии s от первого на­
блюдателя. Если обозначить расстояние тела
от этого второго наблюдателя через Xi, то легко
получим:
Х1=Х-S=Vt-S.
(2)
Таким образом, з ная , к а к двигается тело
относительно одного наблюдателя , можно оп­
ределить , как оно будет двигаться относитель­
но любого другого , находящего ся на пути дви­
жения тела. В нашем случае , когда vt < s, тело
будет ко второму наблюдателю приближ аться и
s
в момент t0 = v поравняется с ним, а при
vt > s начнет от него удаляться.
Что же будет, если вто рой наблюдатель са:м
двигается со скоростью v0? Это значит , что рас­
стояние s между неподвижным и подвижным
наблюдателями зависит от времени и выра"
жается формулой:
S=V0t.
Подставив это вы раж ение в формулу (2), мы
получим
х1=х-v0t=(v-v0)t.
(3)
�
х
Рио. 2.

Из этой формулы видно, что движение тела от­
носительно подвижного наблюдателя сущест­
венно зависит от соотношения скоростей.
Если скорость наблюдателя меньше скорости
l'ела, оно от него удаляется, если больше -
приближается, и, наконец, если скорости на­
блюдателя и двигающегося тела равны, то они
относительно друг друга неподвижны.
Таким образом, формулы (2) и (3) легко поз­
воляют нам определить график движения отно­
сительно любых наблюдателей, подвижных или
неподвижных, и это сразу снимает все неудоб­
ства при описании относительного движения.
Во всех этих рассуждениях мы предполагали,
что у всех наблюдателей время течет одинаково,
т. е . часы идут совершенно синхронно, и их
относительное движение не влияет на их ход.
Если к формуле (3) добавить утверждение, что
(4)
т. е . ч.то время у обоих наблюдателей одно и то
же, то мы получим формулы, которые называ­
ютсяпреобразованиями Галилея.
Галилео Галилей жил в XVII в. Он первым сфор­
мулировал в классической механике принцип
относительности движения.
Галилео ГалиJ1ей.
У преобразований Галилея более глубокий
смысл, чем это кажется на первый взгляд.
Классическая механика утверждает, что эти
формулы справедливы не только на Земле, но
и во всей Вселенной. Следовательно, нужно
предположить, что пространство обладает свой­
ством однородности, т. е . оно всюду одинаково.
Ееμ эти формулы справедливы при движении
в любом направлении - вверх, вниз, направо,
на�ево и т. д ., - то пространство должно обла­
дать исвойстnом изотр опности, т.е
.
его
свойства ·во всех направлениях одинаковы.
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕИ
Образно говоря, для пространства не сущест­
вует ни верха, ни низа, ни правого, ни левого
направления. Именно этими качествами и на­
деляет пространство классическая механика.
Итак, изучая даже самое простое механи че­
ское явление - прямолинейное и равномерное
движение тела,- мы должны признать очень
важные гипотезы, чтобы не запутаться в описа­
нии движения относительно различных наблю­
дателей. Время универсально (едино для всех),
пространство однородно и изотропно, и во всей
Вселенной справедливы преобразования Га­
лилея.
ПЕРАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ
Равномерное и прямолинейное движение
редко встречается в природе. Если говорить
точно, то на Земле его вовсе нет. И тем не менее
первый закон Ньютона утверждает, что вся­
кое тело сохраняет состояние покоя или пря­
молинейного и равномерного движения, пока
на это тело не подействует внешняя сила.
Правда, относительно покоящихся тел у нас
не возникает никаких сомнений, потому что отно­
сительно Земли многие тела действительно на­
ходятся в состоянии покоя. Но зато они дви­
жутся вместе с Землей. А что касается равно­
мерного прямолинейного движеню1, то дело
обстоит сложнее. Трудно в условиях Земли
поставить эксперимент, в котором на тело не
действовали бы внешние силы. Даже если иск­
лючить все механические силы, то и тогда на
любое материальное тело будет действовать
притяжение Земли. Значит, на Земле нет тела,
на 'которое не действовали бы силы. Тогда как
же Ньютон мог сформулировать свой закон?
Во-первых, он заметил: чем слабее сила,
действующая на тело, тем меньше изменяется
его скорость. А во-вторых, на Земле все-таки
существуют движения, очень близкие к равно­
мерному и прямолинейному. Например, равно­
мерное и прямолинейное движение парохода
по гладкой поверхности озера.
Правда, на пароходе работают двигатели
и на него действует тяговая сила винтов. Но
эта сила всего лишь преодолевает трение паро­
ходного корпуса о воду. Во время равномерно­
го движения трение и тяга двигателей полно­
стью уравновешиваются и пароход движется
по инерции, равномерно и прямолинейно, в
соответствии с первым законом Ньютона. То
же можно сказать и о прямолинейном движе­
нии автомобиля, поезда, самолета. Главное
25

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ.
х,
х,
х
Рис. 3.
назначение двигателей у всех видов транспорт­
ных машин - сообщить такую скорость, при
которой была бы скомпе:hсирована сила трения.
Как только этот момент наступает, тело начи­
нает двигаться равномерно.
Неравномерное движение изображается гра­
фиком, примерно таким, какой дан на рисун­
не 3. На нем видно, что в равные промежутки
времени тело проходит неравные расстояния.
В связ и с этим понятие скорости для неравно­
мерного движения несколько иное, чем для
равномерного. Например, можно ввести так
называемую среднюю скорость за время дви­
жения. Она будет равна, как и в случае равно­
мерного движения:
х
Vcp= -
t
-
•
Можно ввести среднюю скорость за некото­
рый промежуток времени, она уже не будет
равна средней скорости за все время движения.
И наконец, в механике для неравномерного дви­
жения вводится мгновенное значение сRорости.
Она получается из средней сRорости, если про­
межуток времени сокращать до нуля:
(стрелка� означает «стремится R...»).
Простейший пример неравномерного движе­
ния - равномерно ускоренное движение. При
атом скорость тела в равные промежутRИ времени
увеличивается на одну и ту же величину. При­
рост величины скорости за одну секунду назы­
вается у с к о рением. При равноускорен-
26
пом движении J1егко для любого момента вре­
мени вычислить мгновенную скорость: v = at.
Зная ускорение а, можно определить путь,
который проделает тело за время t:
at2
Х=
-
2-·
(5)
На примере равномерно ускоренного движе­
ния можно установить, как будет выглядеть лю ­
бое неравномерное движение тела относитель­
но подвижных и неподвижных наблюдателей.
Путь, пройденный: те.1
1
ом при равномерно
ускоренном движении, выражается форму­
лой (5) . Эта формула справедлива для непод­
вижного наблюдателя, который в момент време­
ни t =0 на ходится рядом с движущимся телом.
Найдем, как выглядит равномерно ускорен­
ное движение
относительно
наблюдателя,
который движется по тому же пути, что и равно­
мерно ускоренное тело, но с постоянной скоро­
стью v0• Для этого нужно формулу пути уско­
ренного тела, как говорят, «подвергнуть пре­
образованиям Галилея». В формуле
(3)
at2
заменим х. на Т• тогда путь относительно под-
вижного наблюдателя выразится так:
'
at2
at•
Х1=2-Vot=2-Votl.
Мы замени.тrи t на t1, чтобы подчеркнуть,
что теперь формула относится R подвижному
наблюдателю. Но не забывайте, что t1 =t.
Теперь .1
1
ег1ю вычислить мгновенную ско­
рость и мгновенное ускорение тела относитель­
но подвижного наблюдателя. Для этого по гра­
фику 3 определим расстояние, пройденное телом
1
1
к моментам t1 и t2, и разделим этот путь
t1
1.
на интервал 2 -t1•
а(t1
+t'
)
v=
'
t-v.
t
2
о
Мгновенное значение скорости получится,
если этот интервал уменьшать до нуля. Тогда
t1 = t�. И, значит, мгновенное значение скоро­
сти тела относительно подвижного наб.1
1
юдателя
будет: v = at1 - v0, т. е. от мгновенной скоро­
сти тела относительно неподвижного наблюда­
теля нужно лишь отнять (или прибавить R
нему) скорость наблюдате.11я .
Чтобы определить ускорение относительно
подвижного наблюдателя, воспользуемся преж­
ним приемом и вычислим мгновенное значение
ускорения а, оно равняется приросту скорости
тела за единицу времени:
1
1
t-t
а
±
=а
'
·
• =а.
1
t'
-
t'
•
1

Получается интересный резу.'lьтат: ускоре­
ние тела относительно равном ерно двиг ающего­
ся наблюдателя в точности равно ускорению
относительно неподвижного наблюдателя. Зна­
чит , все неподвижные наблюдатели и все на­
блюдатели, двигающиеся прямоJiпнейно и равно­
мерно относительно друг друга, изучая равно­
мерно ускоренное движение , будут определять
раз.11ичные мгновенные скорости теда , но одно
и то же ускорение . Если скорость тeJia в.клас­
сической механике относительна , то ускорение
абсолютно , т. е. не зависит от равномерного
движения наблюдателя.
Это очень важный вывод , особенно если
вспомнить, что , согл асно второму закону Нью­
тона, сила , действующ ая на т ело , пропорцио- ·
нальна массе тела, умнож енной на ускорение.
Так как масса тела не зависит от наблюдателя ,
значит , сила в классической мех анике ведичина
абсолютн ая, она не зависит от равномерного
и прямол инейного движения наблюдателя.
В этом смысле все покоящиеся относител ь­
но тел а наблюдатели, а также все наблюдатели,
двигающиеся равном ерно и прямолинейно , рав­
ноценны . Изуча я движение тел и определяя
дейст вующие на них с илы , все эти наблюдатели
Подучат ОДИН И ТОТ Же резу.'lьтат .
Мы предполагаем , что наблюдатели снабже­
ны хорошим и часами и измерите.11ьными при­
борами. Изучая движен ие тел , они измеряют
расстояния до них , а при расчет ах по,1ьзу­
ют ся формул ами мех аники . Поэтому вместо
того , чтобы говорить «наблюдател ь» , часто при­
меняют термин «система
отсчета».
Сами системы отсчета принято называть ине р­
ц и а льн ы ми, потому что прямол инейное
и равномерное движение тел во змож но лишь
по инерции .
Полученный вывод можно сформуди ровать
так: ускорени я и силы, действ ующие на тела
относительно инерциальных систем от сче та ,
имеют одно и то же значение .
ЗАКОНЫ ПРИРОДЫ И CllCTEMЫ
ОТСЧЕТА
Мы очень подробно остановили сь на изуче­
нии движения тел относите.11ьно различных
наб.'Iюдателей потому, что это имеет фундамен­
тал ьное зна чение не только для механики, но
и для всей физики . Фи зика изучает раз.'lичные
явлени я природы и стремится подметить законы,
управляющие этими явлениями. Наприм ер,
утверждеl!ие Ньютона, что сила равна массе,
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕП.
умноженной на ускорение ,- это закон приро­
ды . Закон приро.в;ы потому и на зывается за ко­
ном , что он действует всегда н езависимо от
того , кто и как наблюдает его проявления .
Физики условились на зывать «настоящими»
законами природы только таки е, которые не
зависят от состояни я и движения системы от­
счет а. В этом смысле утверждение «сил а равна
массе, умноженной на ускорение>) есть закон
природ ы, спр аведливый для всех инерциальных
си стем отсчета.
Поясним это на примерах . При падении
на зем,'lю .'Iю бого тела проявляется закон сох­
ранения энергии. Приращение кинетической
энергии в .'Iюбой момент равно убыпи потенцпап ь­
ной энергии . Для набпюдател я, стоящего на
земной поверхности, в течение всего времени
справедли во соотношени е:
mv2
-
2
-+mgh=E,
где т - масса тела, v - его мгновенная скорость
относ ительно земного наблюдателя, g - ко эф­
фициент ускорения, h - расстояние от Зем­
ли , Е - постоян ная энергия падающего тела.
Для наблюдател я, двигающегося равномер­
но вверх , формулу этого за кона следует пре­
образовать, как это показано в формудах (3) и
(4):
(mv �v )2
--
1
'-
2
--"
•
- +mgh= Е.
Здесь v0 - постоянная скорост ь движения
наблюдател я , а v1-мгновенная скорость тела от­
носительно движущегося наблюдателя .
Это ур авнение подт верждает закон сох ра­
нения энергии, он, как говор ят физики , инва­
риантен, т. е. остается неизменным при преобра­
зованиях Гал илея . Таким обра зом , закон сохра­
нения энергии - «настоящ ий» закон природы ,
не зависящий от наблюдател ьного пункта .
Рассмотрим также другой закон природы -
закон сохранения количест ва движения , или ,
как он иначе называется , закон импульса
(ри с. 4) . Предста вим себе , что из лодки , дви-
Рис. 4. По закону о сохранен1ш движения (m +M)v = mv,+Mv,.
27

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
гающейся со скоростью течения реки v, пры­
гает в воду пловец с начальной скоростью Vi­
Ma cca лодки и масса пловца соответственно
равны т и М. Тогда относительно неподвиж­
ного наблюдателя закон сохранения количества
движения можно записать формулой:
(т+M)v=тv1+Mv2•
(до прыжна)
(после прыжна)
1\ этой лодке приближается другая-с наблюда­
телем. Если скорость лодки относительно тече­
ния реки будет v0, наблюдатель запишет закон
сохранения импульса в таком виде:
(т+М)v1=mv;+Mv'.
•
1
1
б
Скорости v1, v1, v2 для подвижного на лю-
дателя получаются после простых преобразова­
ний по формулам Галилея. Итак, для подви»\­
ного наблюдателя закон сохранения импульса
имеет такой же вид, как и для неподвижного.
Такой же способ прцменяется во всех слу­
чаях, когда надоопределить, возможно ли назвать
законом природы экспериментально обнаружен­
ную или выведенную теоретически законо­
мерность. Для этого нужно написать соотно­
шение между физическими величинами для
неподвижного наблюдателя и применить к нему
преобразования Галилея. Если соотношение
не из менится, значит, закономерность - закон
природы. Если соотношение физических вели­
чин при переходе от одной инерциальной систе­
мы отсчета к другой из менится радикальным
образом, то эта закономерность представляет
собой лишь частную зависимость, свою для
каждой инерциальной системы отсчета.
CИ.JIA
Понятие силы имеет очень важное значение
для всей физики, потому что именно сила -
причина, которая изменяет движения физиче­
ских тел. Хотя мы очень часто чувствуем на
себе действие различных сил, определить, что
такое сила, довоJ1ьно сложно. Механика изу­
чает различные силы главным образом по их
действию на тела. Если мы замечаем, что какое­
либо тело изменило скорость или направление
движения, то мы говорим, что на него подей­
ствовала сила. Поэтому наиболее употребитель­
но определение: сила - это действие одного
тела на другое. Но в этой формулировке очень
мало положительного содержания, так как она
не вскрывает механизм действия.
28
То, что у сил различная природа, видно
хотя бы из следующих примеров. Мускульным
усилием мы сдвигаем нагруженную тележку,
и она, достигнув определенной скорости, ка­
тится равномерно. Здесь проявляется действие
одного тела (наших рук) на другое (тележка).
Сила трения постепенно останавливает желез­
нодорожный вагон, который двигается по инер­
ции.
Но вот пример другой силы: камень падает
на землю с равномерным ускорением. На него
действует сила тяготения. Эта сила несколько
необычна, потому что здесь одно тело (Земля)
действует на другое (камень) на расстоянии
без какого-либо промежуточного контакта. Силы
всемирного тяготения распространяются на всю
Вселенную и действуют между всеми материаль­
ными телами, как бы далеко они друг от друга
ни находились. Силы электростатичесного и
магнитного притяжений похожи на силу тяго­
тения потому, что эти силы тоже действуют на
расстоянии.
Существует и третий вид силы, она называет­
ся силой инерции. Ее мы особенно хорошо чув­
ствуем, когда автобус сильно тормозит или де­
лает резкий поворот.
Мы уже говорили, что силы, действующие
между различными телами,. одинаковы относи­
тельно инерциальных систем отсчета. Здесь
уместно сказать несколько слов о неинерциаль­
ных системах отсчета. Можно себе представить
наблюдателя, который двигается не равномер­
но, а с ускорением. Тогда весь физический мир
будет ему казаться совершенно иным, и он об­
наружит, что на тела действуют силы, которых
фактически пет.
Пусть, например, некто ведет свои наблюде­
ния сквозь стеклянные стенки кабины лифта,
которая свободно падает в глубокий колодец.
При таком падении наблюдатель будет в состоя­
нии невесомости; следовательно, он может счи­
тать, что сила тяжести на него не действует!
Измеряя скорость движения различных тел
относительно себя (например, скорость движе­
ния стены шахты, в которой происходит паде­
ние), он установит, что стена двигается равномер­
но ускоренно и, значит, по закону Ньютона
па нее должна действовать сила.
Но здравый смысл подсказывает парашю­
тисту в затяжном прыжке, что Земля все бы­
стрее и быстрее приближается к нему не пото­
му, что ей сообщает ускорение какая-то сила.
Он знает, что закон Ньютона здесь следует
понимать так: именно он, парашютист, па"
дает с равномерным ускореаием.

В земных условиях сравнительно просто
определить, к какому телу приложена сила.
Но представим себя в космическом простран­
стве. Мы набщодаем за какой-нибудь далекой
звездой и обнаруживаем, что она ускоренно
движется к нам. Предположим, что нам известна
ее масса. Тогда мы определим действующую на
нее си,лу и на основании этого можем сделать
несколько различных предположений:
1. Звезда неподвижна, никакая сила на нее
не действует, а мы падаем на ее поверхность.
2. Мы двигаемся равномерно и прямоли­
нейно, а звезда - это гигантский космический
корабль, набирающий скорость.
3. И мы и звезда двигаемся под действием
разных сил. Может быть, звезду притягивает
к себе какое-то огромное, невидимое материаль­
ное тело.
Решить, какое из предположен ий правильно,
очень трудно, пока не будут проведены допол­
нительные исследования. Эти трудности воз­
никают потому, что в неинерциальных системах
отсчета, кроме «обычных» сил, появляются еще
«Фиктивные» силы как внутри системы отсчета,
так и вне ее. Пример действия фиктивной силы­
ускоренное движение стен шахты, наблюдае­
мое из свободно падающей кабины лифта. Фик­
тивные силы мы определяем только на основа­
нии измерений. Однако внутри неинерциальной
системы обычные, нефиктивные силы не менее
реальны, чем и вне этой системы.
Вспомним, например, силу переrрузки, ко­
торую испытывает космонавт на активном участ­
ке траектории космического корабля. Двигаясь
ускоренно против силы тяжести, можно создать
перегрузку в несколько раз большую, чем си­
ла тяжести на поверхности Земли. Недаром
перегрузки обычно измеряются в единицах
g (g - ускорение силы тяжести на поверхно­
сти Земли). Если космонавт испытывает пере­
грузку в 5g, то это значит, что его вес стано­
вится в пять раз больше, чем на Земле.
Эти силы вызваны инерцией: тело, в соот­
ветствии с первым законом Ньютона, стремит­
ся сохранить ссэстояние покоя или равномер­
ного и прямолинейного движения. Изменение
этого состояния приводит, по закону действия
и противодействия, к «сопротивлению» тела.
Вот почему иногда закон действия и противо­
действия записывают в форме:
·F-ma=О,
где F - действующая сила, а та - сила инер­
ции. Силр. ю�ерции пропорциональна массе тела.
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕИ
В механике, по существу, приходится иметь
дело с двумя видами массы. Чтобы в этом ра­
зобраться, запишем второй закон Ньютона и
закон всемирноrо тяrотения:
F= ma,
тМ
f=rfi2·
Вторая формула выражает силу взаимного
притяжения между массами т и М, R - рас­
стояние между телами, а r - так называемая
гравитационная
постоянная.
В одном случае тело находится под действием си­
лы F, а во втором - под действием силы при­
тяжения f. Должны ли мы в обоих случаях под
массой т понимать одну и ту же величину?
Считается, что обе массы одинаковы, хотя
в классической механике это ниоткуда не сле­
дует и никак не доказывается. Действительно,
во втором законе Ньютона масса т - это мера
«сопротивляемости» тела действию силы или
мера инерции. Чем больше масса, тем больше
она сопротивляется воздействию силы и поэ­
тому при одном и том же значении действующей
силы приобретает меньшее ускорение.
В законе же всемирного тяготения масса т
участвует в некоем «таинственном» взаимодей­
ствии с другой массой, отделенной от нее рас­
стоянием R. Здесь масса «активна» в ее дей­
ствии на другую массу, в отличие от «пассивной»,
сопротивляющейся массы инерции. Эту актив­
нуюмассуназываютгравитацисэнной.
Она «имеет право» быть отличимой от инер­
ционной массы. Эйнштейн рассматривал все­
мирное тяготение не как свойство, присущее
материальным телам, а как свойство простран­
С'fВа вблизи материальных тел. Он исходил
из того, что гравитационное притяжение не
зависит от внутренней структуры вещества.
А в природе существуют силы, для которых
внутренняя структура тел не безразлична. Маг­
нит, например, притягивает далеко не каждое
тело. Диамагнитные вещества магнитное поле
даже отталкивает. Причина этого в глубоких
особенностях атомной и молекулярной стру1•­
туры.
Гравитационное же притяжение масс не за­
висит от их химической и физической природы.
Кроме того, доказано и опытным путем, и тео­
ретически, что скорость падения различных
тел на Землю не зависит от их массы. В вакууме
пушинка и килограммовая гиря будут падать с
любой высоты с одинаковой скоростью.
Утверждая справедливость преобразования
Галилея (см. стр. 26), мы выдвинули гипотезу
29

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
об изотропном и однородном пространстве.
Такая гипотеза верна , если предп оложить , что
свойства пространства не зависят от при сут ­
ст вия в нем материальных тел. Эйнштейн , исхо­
дя из тождественности инерционн ой и грави­
тационной масс, выска зал предположение , что
пространство изменяет свои свойства вбли зи
материалы1ых тел , что оно перестает быть од­
нородным и изотропным , а траекто рии движения
других тел в таком пространстве искривляются.
Наблюдател ь восп ринимает такое изменение
пространственных свойств как дей ствие зако­
на всеми рного тяготения. Предположение Эiiн­
штейна впоследствии было неоднократно под­
тверждено на опытах .
Чтобы закончить рассказ о силах , мы рас­
смот рим один интересный класс сил , которые
дей ствуют не в направлении движения тел.
Скорость и уско рение тел а и расстояние
до него от исходной точки отсчета - все
это величины вектор н ы е, т. е. у них
есть направление. Если тело свободно пе­
редвигается в пространстве, направление его
движения совпадает с направлением действи я
силы.
Однако это происходит иначе, если движе­
ние тел а «связанно». Например , движение по
круговой траектории обладает замечател ьным
свойством : направление ск орости движени я и
направление действия центростремительной си­
лы вза имно перпендикулярны. Пл анеты , дви­
гаясь по эллипти ческим орбитам вокруг Солн­
ца , испытывают дей ствие центростремительных
сил , которые направлены под углом к вектору
их движения . Цент ростремител ьная сю1а урав­
но веши вается силой притяжени я к Солнцу,
так что результир ующая сила равна нулю и
пл анеты движутся по инерции.
«Колесо смеха".
30
.,.__--
-._
Ю�с
!SIJ:�
��:-
--.
.r.;_
_.
.;:
-'�
1
..
..
..
..
..
.
;'i
i=i�rL.t
i
�\
Рис. 5. Вра щение Земли заст авляет воду подмыват ь пр11вый
берег у рек, текущ11х с севера на юг и с юга на север.
Может пока заться странным , что мы гово­
рим об инерции на крjjfволинейной орбите,
вед ь инерци альное движение, согласно уче­
нию Ньютона , во зможно лишь по прямым
лини ям. Именно здесь-то и ска зывается выд ви­
нутое Эйнштейном положение о том , что пря­
мые , по которым могут двигаться тел а по инер­
ции , становятся вбли зи материальных тел кри­
выми. Опыты пока зали , что вбли зи Солнца
даже свет исRрив.11яет свой путь. А ведь его
прямолинейное распространение раньше не вы­
зывало сомнения.
Существует инерционная сила , дей ствие ко­
торой не проявляется , пока тело неподвижно ,
но она сра зу же обна руживает се бя , как тол ько
тел о начинает двигаться . По радиусу вращаю­
щег ося диска ( «Колеса смеха» ) передвигает ся
тело за время t из точки А в точкуВ. Есан
точка А находится от цент ра на рассто янии R1,
а точка В - на расстоянии R2, то линейная
скорость вращени я этих точек будет w R1 и w R2,
где w - круrовая частота вращения диска.
Значит , за врем я t скорость тел а в направлении,
перпендикулярном радиусу, изменит ся на ве­
личину w (R2 - R1). Следовател ьно, н а него.
будет дейст вовать ускорение
или сила F = mwv.
Если скорость тел а v вдоль радиуса ди ска�
равна нулю , сила F тоже равна нулю. Дей ству­
ет эта сила перпендикулярно движению тела
по.диску.Называетсяонасилой I\орио-.

лис а. На Земле эта сила, например, проявляется
при течении рек вдоль меридианов (рис. 5) .
Если река течет с севера на юг, то вследствие
вращения Земли с запада на восток действует
си ла Кориолиса и вода подмывает западный
берег; если с юга на север - то восточный. В юж­
ном полушарии все это происходит наоборот .
RО.ЛЕБАНИЯ
.Колебани я - очень распространенный вид
механических движений, и не только мех аниче­
ск их. Колебательное движение настолько все­
обще в природе , что часто его очень трудно от­
делить от поступательного , особенно в движе­
нии эл ементарных частиц· (электронов, атом­
ных ядер и др .). С понятием «колебания» у вас
ассоциируется предст авление либо о волнах
на поверхности озера , либо о качании маятни­
ка . О волнах подробно расска зано в статьях
«Свет» , «З вук» и «Электромагнитное поле».
Здесь мы остано вимся лишь на механи ческих
колебаниях , особенно на колебаниях маятника.
Маятником на зывается тяж елое тело , под­
вешенн ое на нити к одной точке. Отклоняя
_/
1\
м 1'._"
Рис . 6. Маятник .
маятни к от положени я равновесия, мы сооб­
щаем ему потенци альную энергию величиной
mgh (рис . 6). Оп усти в маятник, мы разрешаем
ем у падать, но не сво бодно , а по круговой тра­
ектории , р.ддиус которой равен длине нити.
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕИ
За время движения по участку M1N потенциаль­
ная энергия тела постепенно переходит в ки­
нетическую и в точке N переход полностью
завершится . Здесь скорость маятни ка можно
оп ределить, сравни вая его потенци альную и
кинети ческ ую энергии . Скорость в этой точке
наибольш ая, и тело не останавливается , а дви­
гается дальше по инерции , взбираясь все выше
и выше , пока снова в точке М2 вся его кинети­
ческ ая энергия не перейдет в потенци альную .
Здесь скорость равна нулю . С этого момента
все начнется снача л а. Таким образом , колеба­
ни я маятника обусловлены периодическим пере­
ходом потенци альной энергии в кинети ческую ,
и обратно .
Время полного :колебания , т. е . время , за
которое тело , покинув какую-то точку траекто­
рии, вернется в нее снова, называется п е р и о­
д о м колебания. Наибольшее отклонение тела
от точки равновесия называют а м п л и т у­
д о й колебания.
При очень малых отклонениях период коле­
баний не зависит от массы маятника и равен :
/ = 27tif:.
В эту формулу входят ускорение силы тяже­
сти g и длина маятни ка l. Эти вели чины не
изменяются при преобразованиях Галилея. Зна­
чит , период колебаний одного и того же маят­
ника, н аблюдаемый в различных инерциальных
системах отсчета , ест ь величина инвариантная,
т. е. не зависящая от ,цвижения наблюдателя.
С колебаниями мы вст речаемся и тогда ,
когда оттянем от положения равновесия груз,
укрепленный на конце пружины . В этом сл у­
чае· потенци альн ая энергия сж атой пружины
также периодически переходит в кинети ческую
эне ргию груза , и обратно .
Колебания маятника или колебани я груза
на пружине , если на них не действуют ни какие
силы , на зываются свободными или собствен­
ными, в отличие от вынужденных колебаний,
которые со вершают эти тела , если на них дей­
ст вует периодически меняющаяся сила. При
длительном действии периодическ ой силы маят­
ник и груз начнут , в конце концо в, колебаться
с частотой действия этой силы. Явление , ко­
торое при этом можно наблюдать , называется
резонансом.
Если периоди ческ ая сила действует на маят­
ник с частотой его свободных колебаний, амп­
литуда его колебаний очень быстро растет .
Даже незначительных сил достаточно , чтобы
сильно раскачать маятник.
31

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Собственные колебания ме ханических тел­
очень важное понятие . Почти у любого тела и
любой конструкции, с которыми мы встречаем­
ся в технике и в повседневной жизни, есть свое
собственное колебание (рис . 7) . Часто эти коле­
бания очень сложны, и их нель зя представить
так наглядно, как колебание маятника или
пружины. Более того, у сложного механическо-
Рис. 7 . У сяожиоrо кеханнческоrо тела может быть
квоrо собственных колебаний.
го тела может быть много собственных колеба­
ний . Если конструкция или прибор находится
под действием внешних периодических сил, то
очень важно, чтобы период их действия не
совпадал с периодом какого-либо из собственных
колебаний. В противном случае может наступить
резонанс, амплитуда колебаний конструкции
выйдет за допустимые пределы, и она разрушит­
ся. Были случаи, когда рушился мост, по кото­
рому в ногу шла большая группа солдат . От­
талкиваясь от моста с частотой его собственных
колебаний, они раскачивали его, как качели,
и он в конце концов обрушивался.
ОТ МЕХАНИКИ RJIACCИЧECROil
К МЕХАНИ КЕ PEJIЯTИBHCTCROii
В этой статье мы не пересказываем школь­
ный курс механики. У нас задача другая: по­
казать, как следует рассматривать движения
механических тел в пространстве и во времени .
Особое внимание мы обратили на некоторые
интересные случаи механических движений.
Хотя механика самый старый разде.1
1
физи­
ки, в ней за последние полвека появилось много
нового и неожиданного. Это новое и неожидан­
ное возникло в связи с углубленным изучением
таких важнейших физических понятий, как
пространство 11 время. Разбирая силы тяготения,
32
мы уже отметили, что Эйнштейн объяснил их
не столько свойствами притягивающихся мате­
риальных тел, сколько свойствами окружаю­
щего их пространства . По существу, Эйнштейн
воедино свя зал пространство, время и материю.
Это вполне соответствует принципу диалектиче­
ского материализ ма : пространство и время -
формы существования материи и от нее не­
отделимы.
Зависимость свойств пространства от при­
сутствия материи Эйнштейн обнаружил позже,
чем зависимость от движения наблюдателя. Вот
как это было. Ньютон в своей <( Механике>) до­
пускал существование абсолютного простран­
ства и абсолютного времени. Он писал: <( Абсо­
лютное пространство по самой своей сущности ,
бе зотносительно к чему бы то ни было внешнему,
остается всегда одинаковым и неподвиж ным)) ;
«Абсолютное, истинное математическое время
само по себе и по самой своей сущности, бе з
всякого отношения к чему-либо внешнему,
протекает равномерно и ива че называется дли­
тельностью)).
Ньютон не указал, откуда берутся абсолют­
ные пространство и время и как их обнаружить.
Просто предполагалось, что вся Вселенная
погружена в некую неподвижную пустоту, ко­
торая и есть абсолютное пространство, и в этой
пустоте равномерно течет абсолютное время.
Если это так , то тогда следовало бы найти спо­
соб, как измерять движения тел, используя сис­
тему отсчета, связанную с абсолютным прост­
ранством. Такая система выгодно отличалась
бы от инерционных систем, которые, как мы
видели, все относительны. Но как обнаружить
это абсолютное пространство? Какое явле­
ние природы может указать на то, что оно
существует?
Предполагалось, что на это указывает рас­
пространение света в пустоте . Действительно ,
чтобы свет звезды дошел до земного наблюдате­
ля, он должен пройти миллионы и миллиарды
километров в космическом пространстве, где
плотность материи ничтожна. Свет лучше всего
распространяется там, где ему не мешает не­
прозрачное вещество, и можно думать, что <(род­
ная стихия» для света - именно пустое про•
странство.
Это предположение надо было проверить экс­
периментом. Если луч света распространяется
в абсолютном пространстве, то можно устано­
вить , что его скорость различна для разных
наблюдателей . Другими словами, здесь также
должны быть справедливыми преобразования
Галилея, как и для всякого ме ханического дви"

ИСАЛ:К НЬЮТОН

АЛЬВЕРТ ЭЙВШТJфВ

жения. Двигаясь навстречу световому лучу,
мы должны измерить большую скорость, чем
при движ ении вдоль него. Тогда ·, по аналогии
с механическим движением , мы сдел али бы
вывод , что при движении вдоль луча со скоро­
стью света наблюдатель увидел бы этот луч
неп одвиж ным.
В конце прошлого века было поставлено
мноа-;ество опытов, определявших скорость света
при разных условиях : и когда он идет навстре­
чу к наблюдателю и когда он уходит от него.
Нюrболее точный опыт впервые поставил амери-
1\ансю1й ученый Майкельсон в 1881 г. В этом и
во всех дальне йших эксперимент ах результат
был один и тот же: скорость света остается
по стоянной и не за висит от движения наблю­
дателя (или источника света).
Этот вывод резко противоречил всему , что
было известно в классической механике. Если
мы двигаемся навстречу автомобилю, его ско­
рость с1шадывается с нашей; если двигаемся от
него , то вычитается .
А вот со светом пол учается иначе. Двигаем­
ся ли мы навстречу световому лучу или убегаем
от него , в любом случае его скорость относи­
тел ьно нас остается одной и той же : округлен­
но - 300 ООО км/сек ! Было сдел ано много попы­
ток объяснить такое странно е явление , но все они
оказа лись неудовлетворител ьными.
Только у Э йнштейна хватило научного му­
жества заявить, что здесь мы имеем дело с но­
вы м за коном природ ы: ско рость света есть
инвариантная величин а, не зависящая от дви­
жения наблюдателя. Простые алгебраические
расчеты показывают , :к каним революционным
изменениям в наших предст авлениях о про­
ст ранстве и времени привело это , казалось ,
<< Простое>) ут верждение.
•
П усть, как и раньше, мы имеем две системы
от счет а : одну - неподвижную и вторую - двига­
ющуюся относительно первой со скоростью v;
ка�\ толь.ко подвижный и неподвижный · на­
блюдатели оказываются рядом , вспыхивает све­
то вой сигнал .
Согл асно Эйнштейну, скорость распростра­
нения этого сигнала од инакова и в первой и
во вт орой системе отсчет а.
П уть , пройденный светом в первой системе
отсчета, будет: х = ct, путь , пройденный светом
в подвижной системе, будет: х1 = ct1 (с =
300 ООО км/сек).
.
Легко по казать, что преобразования Галилея
несо вместимы с законом постоянства распро­
странения света . Действительно , по Галилею ,
х1 = х -vt1' и,следовательцо,х1 =(с - v)t1, т.е.
о3д.э.т.3
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕЙ
в подвижной системе отсчета скорость света
получается иной , что противоречит закону неза ­
висимости скорости света от скорости наблю­
дателя.
Предположение Эйнштейна, что скорость
света не зависит от скорости исто чника или
наблюдателя , было тщательно проверено. Вы­
воды оказались почти фантастическими. Ока­
зывается, преобра зования Галилея верны лишь
приблизит ельно, их мож но применять, когда
скорост ь наблюдателя во много раз меньше
скорости света. Но если наблюдатель будет дви­
гаться с ог ромной скорост ью , приближающейся
к скорости света, начнут проявляться такие
явления , о которых классическая механика и
не подо зревал а,- так называемые релятивист ­
ские эффекты .
Во -п ервых , с точки зрен 11я непод в ижного
наблюдателя геометрические ра змеры всех про �
летающих мимо него тел изменяютс я: в направ ­
лении движения они сокра ща ются , «сплющивают­
С Я>) . Например , при очень бол ьшо й скорости про­
летающий мимо шар превратится в плоски й
блин. Во-вторых, и это , пож алуй, самое неож и�
данное, время у двигающегося наблюд ателя идет
медленнее , чем у неподвижного (рис. 8) , при
Рис. 8. Время у движуще­
г ося набл юдателя идет мед ­
леннее, чем у непод вижного.
этом чем бол ьше ско рость, тем больше замед­
ляется время. Если бы можно было дост ичь
скорости света, время в полном смысле этого
слова остановилось бы! В-третьих , масса дви­
гающихся тел то же оказывается не постоянной ,
а растет вместе со, с1шростью .
Из теор ии относительности следует важный
вывод о предельном . значении скорости света.
Тела не моrут двигаться быстрее света .
Не следует думать, .что выводы теории отно­
сительности ..
..
..
.,
фантастика. Увел ич.ение массы
дзигающих ся. тел на чинает играть суще ствен­
ную роль в ускор,итедях ядерных ча стиц . При
конструированип .этих , ускорителей уж е прини­
мают специальные меры , чтобы преодолеть
88

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
во зрастающую инерцию разгоняемых ядерных
частиц , им придают дополнительную энергию .
В ядерной физике было доказано и замедление
nремени. Оказалось, что неустойчивые части­
цы - мю-мезоны , которые обнаружи ваются в кос­
мических лучах, живут дольш е, чем .мю-мезоны ,
полученные в ускорителях . Удл инение их жизни
объясняется тем , что из-за большой скоро­
ст и движения их время те чет медленнее , чем
время у их земных двойни ко в.
В эпо ху космиче ских поJ1ето в вывод теории
относительно сти о замедлении времени для
быстро двигающихся тел может приобрести прак­
тическое значение. Вед ь есл и двигаться доста­
точно быстро , то за врем я тизни человека мож­
но по сетить самые отдаленн ые уголки Вселен­
ной ! Подсчитано , что при скоростях , близких
к скорости света , можно побывать у дащ�­
ких звезд , находящихся от Земли на расстоя­
нии в несколько миллионов световых лет , на­
пример в туманности Андромед ы, и вернуться
обратно . Самым уд ивительным окажется то ,
что за время путешествия такого (< субсвето­
вого)> космического корабля на Земле время
будет течь обычным темпом и пройдет несколь­
ко сотен, тысяч и даже миJ1лионо в лет ! Вп олне
мыслима и такая ситуация , когда отп равивший­
ся в (< ближний» зве здный полет отец вернется
на Землю и обна ружит , что его сын старше его .
Теория отно сител ьности предсRазывает , что
не только ход часов, но и скорость течения всех
физических процессов на скоростном космиче­
ском корабле будет замедлена . А это значит ,
что путешественник и никак не см огут заметить
те удивител ьные превращения , которые про­
изо йдут с ними и со всем , что их окружает .
Правда , ученые все еще спорят : замедлится
ил и не замедлится в космическом корабле ,
двигающемся с фантастической скоростью , само
течение жизни. Сейча с ответить на этот вопрос
очень трудно . Будущие эксперименты в кос,ш­
ческом пространстве , может быть , прояснят
и эту интересную проблему.
Многие вооi:нующие загадки , связанные с
выводами теории относительности, были бы
реш ены , если бы удалось построить аппарат ,
двигающий ся с оиолосветовой сиоростью . На
Земле нет еще топлива , иоторое могло бы таи
разогнать иорабль . Таиая сиорость была бы у
иосмичесиого иорабля , если бы силу его тяги соз­
давал ". потои света. Э то таи называемые фо­
тонные, или аннигиляцвонные, двигатели. Их
ионструицию и принцип действия поиа что
пытается предсиа зать тольио научн ая фанта­
стииа.
(• ROJIЧOK»
Кто n детст ве не увлекался
зам ечател ьной пестро раскра­
шенной игрушкой - волчком?
Она зачаровы вает своим удиви­
тел ьным поведением : стоит ее
раскрутить- и она «как живаю>.
В мага зине можно купить
большой красивый волчои; он состоит из двух
соединенных полуионусов, по оси которых про­
пущен стержень со сп иральной навивкой. П од­
нимая и опуская за водную ручку, волчок l\Юа> ­
но сил ьно раскрутить. Однако это не обязател ь­
ная конструкция волчка . Можно просто выре­
зать диск из плотного картона и в его центр
вставить спичку. Очень хорошие волчки п олу­
чаются из массивных металлических дисков с
тонной осью и острой нож кой. Старые ча сы -
это целый илад волчков, больших и малень­
иих . Там что ни зубчатое иолесико с осью ,
то и волчок .
До того , поиа волчои не раси рутил и, он
ничем не интересен . Никаиие попытии заставить
волчои .(<Стояты , когда он неподвижен , не
увенчаются успехом . Но стоит сообщить ему
вращательное движение , и он п.1ючно стоит на
своей ножке, причем тем прочнее и устойчив ее,
чем быстрее вращается и чем острее его ножка ,
т. е. чем меньше сила трения в точке упора.
Именно вращательное движ ение - причина его
устойчивости. Из-за трения скорость его по­
степенно падает , он начинает качаться и, на­
ионец , остановивш ись , валится на бок .
Если волчок хорошо раскрутить , то он обя­
зательно стремится стать вертииально, даже если
первоначально его ось была наилонена . Более то­
го , стоит легонNoо то линуть его , он качнется раз­
другой и снова примет вертииальное положе­
ние . По за конам своего движ ения волчок уста­
навливается всегда так , чтобы направление
силы тяжести и ось вращения совпадали.
Если ножиа волчиа недостаточно остра ил и
если сиорость вращения мала , волчок не стоит
иаи виопанный, а совершает своеобразные коле­
бания , иоторые называются п рец е с с и ей:
ось волчиа описывает в пространстве ионус
воируг вертииальной линии.
Волчои - это лиш ь один из многочисленных
примеров враща ющих ся тел . В общем виде за­
ионы вращения тел очень сложны , но , если у
тела правильная геометричеси ая форма , его
вращение подчиняется довольно простым заио­
номерностям . Гл авная из них - устойчив ость
вращающегося тел а относительно оси вращения.

Чтобы пуля при полете не «кувыр1<аласы в
воздухе , ей придается вращательное движение .
Это дост и гается винтовой наре зкой в ружейном
стволе (от сюда и название - винтовка) . Вр а­
щающаяся пу.1я на протяжен ии своего полета
сох раняет направление своей оси .
Вида ли ли вы в цирке , как эквилибрист вра­
ща ет на тон ких палочках тарелки? Вр ащаясь,
онп приобретают ту же самую устойчивост ь,
что и вол чо1 с Эквилибристу остается лишь
с .1 едит ь, чтобы ось вращения в точности про­
ходила че рез центр тяжести тарелочк и (рис. 9) .
Рис. D. Самое сложное в
работе этого аквилибрнст а­
координировать движения
рук, ног и головы. А вра­
щать тарелки на палочках
сра внительно несложно : на­
до лишь следить, чтобы ко­
нец палочки был точно в
центре дна тарелки.
Во.1чок - это не тол ько игруш1ш . Уди­
вител ьн ая устойчивость вращающегося диск а
широко применяется в науке и технике . В так
называемом rироскопическом стабилизаторе вра­
щающийся диск придает устойчивость всей
системе , в которой он закреплен . Быстро вра­
щаясь, диск активно «соп ротивляется» измене­
нию оси вращения . На этом принципе на мор­
ских судах работают механизмы , гасящие
качку.
Изобретен и такой волчок : его ось заключе­
на в специальной подвеске и может свободно
в ней вращат ься . Диск волчка раскручивается
электромотором . Это так н азываемый rиро­
скоп (рис . 10). Гироскоп, оказывается , может вы­
полнять роль компаса ! Если его сил ьно рас-
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
крутить, ось его прини­
мает направление зем­
ного меридиана , т. е.
будет направлена с юга
на север . Такой волчок
называется rиро1юмпа­
сом . У него ряд преим у­
ществ перед магнитным
компасом . В частности,
магнитные силовые ли­
нии Земли направлены
не строго по меридиа-
нам , и, следовательно ,
Рис. 10. гирокомпас
магнитная стреJi ка пе
с злектри чсск 11м при вод ом .
всегда правил ьно пока-
зывает север ИJIИ юг. Особенно это заметно
вблизи полюсо в Земли. Здесь-то лучше всего
пользоваться гирокомпасом .
Кстати, сама Земля - гигантский во.л чо1< ,
который делает один оборот за сут.1ш. Любо­
пытно , что вра щение Земли вок руг оси подвер­
жено прецессионным коле бали.нм , как будто бы
ее ось «тол кнулш>. Сол нце - тоже гигантский
вол чок; скорость вращени я его экваториаль ных
областей - один оборот за 25 дней и 9 часов.
По-видимом у, все звезды во Вселенной вра ­
щают ся вокруг своей оси, и пе тол ько звезды ,
но и зве здные скопления - туманности и га­
лактики .
Вращение физических тел распространя ется
не тол ько на космические тела, но и в г.1
1
убь ма­
терии, на молекулы , атомы и элемента рные ча­
ст ицы (электроны , протоны , нейтроны и т. д.) .
У элементарны х �дерных частиц это вращение
получило специальное название - с п и н (по­
английски to spin значит вращаться) . Мног ие
�войства вещества объясняются вращением
элемента рных частиц , атомов и молекул .
Глядя на кан бы неподвижный поющий
волчок , к ото рый так прочно сто ит , опираясь
на одну точку, вспомни, что он воспроизводит
явление , присущее всей природе .
•
ПО.ЛЕТ В КОСМОСЕ
ФОРМУ.JIA ЦИОе11КОВСКОГО
В 1903 г. в Петербурге была опубликована
статья Константина Эдуардовича Циолковского
«Исследования мировых пространств реактив­
ным и приборами» . В статье доказывалось , что
единственный летательный аппарат , способный
з•
проникнуть за атмосферу и покинуть Землю , -
это ракета . Циолковский разработал теорию
ракеты , дал ей математический расчет , ука зал
наиболее выгодное топливо для нее , произвел
расчет «ракетных поездов• (многоступенчатых
ракет) и пришел к выводу о целесообразности
искусственных спутников как стартовых пло-

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
86
щадок для ра1{ет , отп равл яющихся к планетам
солнечной системы .
Почем у же тол ько ракета может покинут ь
Землю? Давно утратили значение дирижабли и
воздушные шары - летательные аппараты лег­
че воздух а. Огромные , неуклюжие , боящиеся
ветра и с трудом поддающиеся уп равлению ,
они не годил ись для покорения воздушной сти­
хии. Но , может быть, на пих можно просто под­
няться ввысь и улететь, например , к Луне?
Нет , наполненный газом шар всплывает в
воздушном океане, как кусок дерева в воде .
На высоте нескол ьких десятков ки.тюметров
плотность воздух а падает , и шар ст ановится тя­
желее воздуха. А за атмосферой шару просто
не в чем плавать.
Люди давно пон яли это и принялись совершен­
ствовать летательные аппараты тяжелее возду­
ха - самолеты . Принцип планирования, скол ь­
жения по воздуху подсказали людям птицы , ко­
торые тоа\е тяжелее воздух а. Но крыло мож ет
быть поле зным тол ько в воздушной ст их ии. Jlе­
тательные аппараты , опирающиеся на подъем­
ную силу крыла, беспомощны в сил ьно ра зре­
женной атмосфере. Остается одно - обратиться
R реаRтивным двигателя м.
Выстрел из ружья соп ровождается отдачей .
Если бы вес пули равня.'Iся весу ружья, они
разлетались бы с од ина1ювой скоростью на
равные расстояния. Отдача произойдет и при
холостом выстреле , правда , значит ельно мень­
шая, но не потому, что струя пороховых га зов
оттолкнется от воздуха; отдача произош ла бы
и на Jlyнe, где воздуха нет.
Раска:1енные газы, вытекающие пз ракет.­
это мельчайшие частицы , имеющие массу и вес .
:Каждая молекула подобна пуле . Разница в
весе и в массе , между модекулоii п ракетой , ко­
нечно , огромна, но количест во непрерывно от­
брасываемых частиц га за колоссально , так что
скорость ракеты может прибли зиться к ско­
рости газов и даже превысить ее .
Отбрасываемые газы и со зд ают реа ктивную
силу, благодаря которой ракета мож ет двигать­
ся и в во здух е, и в безвоздушном прос транст ве.
Она как бы <ютт алкиваетсш от ст руи га зов. Чем
больше вес и скорост ь истекающих газов , тем
больше реактивная сила, толкающая ракет у.
Любая ракета состоит из корпуса, двигателя
и отсека с полезным грузом. Ббльшая часть
Rорпуса заполнена топливом. Двигатель в основ­
ном состоит из камеры сгорания и сопла, кото­
рому по ряду причин придается форма растру­
ба . Горючее мощет располагаться прямо в Rор­
пусе или в отдел ьных банах . Соп ло - это

выходное от верстие дл я га зов , образующихся
при сгор ании топлива .
Циошювский вывел математичес.к ую форму­
лу, позво.ляющую рассчитать максим альную
скорост ь, которую может развить ракета:
v=C·lnMi
= C·lnl.
М2
Эта скорость за в исит в первую очередь, конеч­
но , от скорости истечения га зов (с) из сопла
ракеты , а скорость га зов - от вида топлива и
температуры в камере сгорания. Значит , для
ракеты нужно наиболее калорийное топливо,
т. е . топливо , дающее при сгорании наибольшее
кол ичество тепла. И з формулы следует , что
скорост ь зависит также от начальной (М1) и
О б щая схема ракеты.
:кон ечной (М2) :массы ра�\еты , т. е . от того , ка­
кая ча ст ь массы ракеты приходится на горю чее ,
а ка кая на конструкцию - корпус , механизмы
управления , рули, камеру сгорания и сопло .
На формуле Циолковского зиждется весь
расчет современных ракет . Один из основных
элементов этой формулы - отношение общей
стартовой массы ракеты .к массе ракеты в конце
работы двигателя (Z) - в честь великого уче­
ногоназванчислом Циолковского.
Из этой формулы следует вывод : в безвоздуш­
ном пространстве скорость ракеты тем больш е,
чем бол ьше скорость истечения газов при той же
массе топлива и чем бол ьше отношение началь­
ной массы (веса) ракеты к конечной , т. е . число
Циолковского. Чтобы уменьшить коне чную
массу ракеты , Циолковский предложил раз­
бить ракету на несколько самостоятельных
ракет. Ракетный «пое зд» будет двигаться сначала
с помощью самой нижней ракеты , которая раз­
гон ит его до определенной скорости и после
того , как топливо выгорит , будет отброшена.
Втор ая ступень еще бол ьше увеличит скорость
и также отделится от ракеты . Масса (вес)
ракеты будет уменьшаться, а скорость - расти .
На первый взгляд может пока заться , что
выгодно делать в ракете как можно бол ьше
ступеней. Но расчет убеждает , что зто пе так:
после шести ступеней максимальная скорость
практически ост ается постоянной .
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
Циолковский, на много лет оп ередив своих
современников , предск азал на точном я зыке
математики, .как челове.к овладеет безбрежными
далями .космичес.к ого пространства. Он ук азал
.конкретный путь , по которому должна идти
техника межпланетных сообщений.
ОТ ОГНЕННЫ Х CTPEJI
ДО БАЛ.ЛИСТИЧЕСRИХ РARET
Первые ракеты были построены .китайцами
около двух тысяч лет назад. Это были «огнен­
ные стрелы» - небольшие бамбуковые труб.кн ,
набитые пороховой массой и з акрепленные на
палке , служившей стабилиз атором. Их приме­
няли для поджога .крепосте й и прот ив нонницы .
Иногда ранеты прикреплялись к стрелам, по­
дожженная ракета увеличивала дальность и по­
ражающее действие стреды. У ракет было и
мирное назначение : их з апускали в дни боль­
ших торжеств.
С течением веков китайцы перестали поль зо­
ваться ра.кетами , но в Индии продолжади приме­
нять ракеты как боевое оружие. Тут с ними впер­
вые и стол.кнулись европе йцы . Вп ечатление было
сильным : в Европе такое оружие было неизве­
стно - древние греки и римляне применяли
метательные орудия совсем другого типа. Их
катапульты использ овали упругую силу туго
скрученных волокон. Ба.11листа была еще про­
ще : огромны й лу.к , укрепленный: на деревян­
ной раме . Катапульта и баллиста просущест­
вовали в Европе вплоть до XIII в., т. е. до вто­
ричного и зобретен:Ия пороха, ногда на смену
.каменным ядрам пришли разрывные гранаты .
Командующий английскими войск ами в Ин­
дИ:и гене рал Конгрев , убедившийся в силе
ракет , вывез в Англию образцы и организ овал
их прои з водство. В первой половине XIX в.
реактивная артиллерия была принята на воору­
жение большинством европейсних государств .
Значительного раз вития этот вид оружия до­
стиг в русс.кой армии. Первые образцы русских
боевых ракет были созданы генералом А. Д . За­
сядно. Их применяли в 30-х годах XIX в.
в войне на Кав.казе и в войне с Турцией.
Ракета была легче и подвижнее пушки , да
и стоил а гор а здо дешевле. А по дальности
и точности огня гладкоствольная артиллерия
ненамного превосходила ра.кеты. Каз алось ,
будущее принадлежит ракете . Но случилось
иначе: на смену гл адкоствольным пушRам по­
явились нарезные орудия ; был и з обретеn бе з­
дымный порох , намного увеличивший дальность
37

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИ Я
и мощь огня артиллерии. Соперничать с мощ­
н ыми орудиями боевая ракета не м огла. К на­
чалу ХХ в. она была з абыта.
Н о ракета верн улась в строй. В начале
Великой Отечественной войны на полях сра­
жений проз вучал грозный голос советских
гвардейских минометов - (< Катюш )) . (< Катю­
ша» представляла собой ракету с бе здымным
порохом , в головной части ее укреплен боевой
за ряд . Несколько ракет од на за другой стартова­
л и при залпе по направ,1яющим полозьям - рель­
сам , установле нным на подвижном авто,1 афете.
Залп с нескольких автолафетов накрывал боль­
шую площадь , уничтожал живую cи.JJy и выво­
дил и з строя боевую технику врага.
Это оружие выз ваJ1 0 многочисленные по­
пытки подражания как у наших союзников , так
и в стане врагов .
Еще в 30-х годах , подготавливаясь к з а­
хватническ ой войне , фашисты начали работу
над созданием боевой ракеты на жидком топ­
Jrиве . Испытав на себе соt<руiпительные удары
Советской Армии , гитлеровцы удесятерили по­
пытки создать «новое секретное оружие» , с по­
мощью которого можно было бы выигра ть вой­
ну. Так появились реактивные самолеты-снаряды
дальнего действия (<Фау)>, которые обрушились
на Лондон.
Первый образец получи.J
J
наз вание Ф ау-1 .
Это была 8-метро вая воздушная торпеда ве­
сом 2,2 т с пульсирующим воздушно-реактив­
н ы м двигателем. Строго говоря , Фау-1 еще
нель зя наз вать р акетой. Это был самодет-сна­
ряд с небольшими крьшьями , да и скоростью
Фау-1 не превосходил лучшие истребители тех
лет . После первого замеш ательства английские
летчики научились расстреливать его в воздухе .
В 1944 г. в ночном небе появились пикирую­
щие со скоростью 1,5 км /сек ракеты Фау-2 . Это
была уже настоящая ракета. Без крыльев ,
с небольшим хвостовым оперением 12-метровая
сигара , снабженная жид1<остным ракетным дви-
Залп «Катюш » •
38
гателем , р а з вивала на некоторых участк ах
сверхз вуковую скорость и з абиралась на вы­
соту д о 100 км . Дальность ее доходила до
320 км . Если и з всех Фау-1 треть вообще
н е долетала до Ангдии и только треть доби­
ралась до Лонд она , то уже половина Фау-2
попадала в к руг радиусо�1 8-10 км .
Пoc.JJe создания атомной бо111Gы внимание
военных кругов Запада было обращено на страте­
гическую авиацию . Но к концу 50-х годов
у стр атегичес кой авиации появился могучий
соперник - межк онтинен т а льн ы е
баллистические ракеты.
Межн онтипент альная ракета , как правило,
многоступенчатая . В головной ее части р а з­
мещается боевой з аряд , поз ади него - прибо­
ры управления , баl\И и двигате ль. В з ависи­
мости от топлива стартовый вес ракеты может
в 100-200 раз превышать вес полезного груза.
Совре�1енная межк онтинентальная ракета -
огромное сооружение . Аме риканская ракета
«Атлас-С)> весит , например, 92 т при длине
в 30 м, т. е. дости гает высоты десятиэтажного
дома .
1-\онструкция ракеты должна отвечать ряду
требований. Например, необходимо , чтобы сила
тяги всегда проходил а через центр тяжести
ракеты . По мере сгорания топлива центр тя­
жести должен перемещаться строго по оси
симметрии ракеты , иначе она начнет откло­
няться от курса 1ш и вращаться. Приде ржи­
ваться 1\урса раnета может с помощью аэроди­
на111ических (обычных самолетных) рудей, а
в разреженной атмосфере - применить пред­
ложенные еще Циолковским газовые рули,
о тклоня ющие направление газовой струи. Но
аэродинампческие рули хорошо действуют только
в п.1отной атмосфере, а газовые делают­
ся из графита иш1 керамики и потому хруп ки.
1-\онструкторы пришли к выводу, что проще
поставить несколько дополнительных сопел с
регулируемой силой тяги или, что еще резуль-
тативней, поворачив ать сам дви­
гатель внутри р акеты . На аме­
риканской ракете , наприме р
построенной по проекту «Аван­
гард» , двигатель подвешивают
на шарнирах , и его можно от­
клонять в сторону от оси ра­
кеты на 5-7°. Автопил от сле­
дит з а курсом и, как только
поя вляется откл онение , дает
сигнал , который приводит в
действие так наз ываемые серво­
моторы . Они поворачив ают дви-

Схема многоступенчатой ракеты : 1 - кор­
пус первой ступени; 2 - корпус второй
ступени; 3 - корпус третьей ступени;
4 - поJJеаный груа; 5 - реактивный дви­
гатеJJь третьей ступен и; б - система уп­
равJJения ; 7 - бак со сжатым гааом;
s - бак с окисJ1итеJ1ем, 9 - бак с горю­
чим ; 10 - жидкостнореактнвный двига­
теJJь; 11 - сопло; .12 - насос ДJJЯ пода­
ч и топJJива; 1:1 - насос ДJJЯ подачи окие­
J1итеJ1я; 14 - газовая турбина, вращаю-
щая насосы.
.
'
гатель так , что его тяга направляется под уг­
лом к оси и ракета возвращается на правиль­
ный курс .
Каждая ступень ракеты р аботает в р а з­
личных условиях , которые и определяют ее
уст ройство. Мощность и время работы каждо­
го следующе го двигателя должны быть мень­
ше , а з начит , и конструкция может быть про­
ще . Двигатели баллистических ракет работ ают
как на твердом топливе - порохе , так и на
жидк ом. В качестве жидкого горючего обычно
применяют керосин , спирт , а также гидра зин,
анилин , а в качестве окислителей - а з отную
и хлорную кислоты, жидкий кислород , пере­
кись водорода. Как окислители еще активнее
фтор и жидкий озон, но они очень в з рыво­
опасны . Горючее и окислитель подаются к дви­
гателю под высоким давлением по раздельным
трубопровода м , впрысниваются в камеру сгора ния,
смешиваются и , сгорая, вырываются из сопла .
Наиболее ответственная часть ракеты
двигатель, а внем- камерасгорания
ПОЛЕТ В КОС МОС Е
Некоторые типы современных боевых ракет .
и сопло. Их и з готовляют из особо жаропроч­
ных материалов и в них применяют сложные
методы охлаждения , так как температура при
сгорании топлива доходит до · 3500°. Обычные
счши и сплавы не выдерживают такую жару.
Сложны и агрегаты, обсл уживающие дви­
гатель; например, насосы , которые подают го­
рючее и окислитель к форсункам камеры сго­
рания , уже в ракете Фау-2 были способны
перекачивать 125 кг топлива в секунду. Часто
вместо насосов применяют баллоны со сжа­
тым воздухом или д ругим газ ом, который выте­
сняет горючее и з баков и гонит его в камеру
сгорания .
Запускается балшютичес1(аЯ ракета со
стартового устройства. Частоэто
металлическая мачта или башня , около которой
ра1.;ету собирают . Площадки на башне разм�­
щаются против смотровых люков , через кото­
рые проверяют и налаживают оборудование .
После наладки ракету з аправляют топливом
и башня отъез жает . Ракета остается стоять на
39

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Наладка боевой ракеты.
40
«столе» - массивной железобетонной- плите , в
центре которой сделан канал для равномер­
ного отвода газовой струи.
Чтобы обеспечить безопасность и неуяз­
вимость боевых раRет , все стартовое устрой­
ство размещают иногда под зеJ1;iлей, в стволе
вертикальной шахты. Почти так ще неуяз­
вимы. ранеты подводных лодон , ста ртующие
и з-под воды .
Подводный старт ракеты - величественное
зрелище. Ровная поверхность моря вдруг начи­
нает бурлить , и вот возникает бурун - кло­
кочущий холм и з белой пены. Из его центра
стремительно вылетает длинный блестящий
корпус ракеты . Еще мгновение - и бурун осел ,
вместо него в воде образуется воронк а, кото­
рую роет столб пл амени , рвущийся и з сопел
ракеты ...
По поверхности воды р асполз аются бурно
растущие клубы дыма, а ракета сначала мед­
ленно, как бы нех отя , а потом все стреми­
тельнее вертикально устремляется в небо. Ре в
двигателя затих ает , и одновременно тает в воз­
духе пламя - след огненного хвоста . ..
По з аранее рассчитанной траектории раке­
ту ведет система управления . Одн а з а другой
сбрасываются от работавшие ступени, и, когда
подается команда о выключении последнего
двигате.11я , головная часть р анеты уже приоб­
рела з аданные скорость и направление . Даль­
ше ракета летит по инерции , описывая почти
строго эллиптическую траекторию. Значитель­
ная часть траектории проходит там , где сопро­
тивление воздуха праRтически отсутствует , -
на высоте больше тысячи километ ров над
Землей.
Первый запуск межконтинентал ьной бал­
л истической ракеты был осуществлен в СССР
в августе 1957 г. Пройдя несколько тысяч ки­
лометров , р акета попала точно в з аданный
район. Неодн ократные запуски наших меж­
континентальных ракет в район Тихого океан а
поRаз али исключительную точность систем на­
ведения . П ролетев около 12 500 км , предп ос­
ледняя ступень ракеты отклонялась от р асчет­
ной точки всего на несколько километров .
Стратегические ракеты з а 30 -35 минут покры­
вают расстояние свыше 10 тыс . км - совре­
менному бомбардировщику на это потребу­
ется минимум 10 часов. Чтобы лучше предста-
1 Автомат ическая космическая станция исследует
одну 11з планет , п роходя вблизи ее поверхност и •
�а� м��:о
р
п�:д��авить себе мягкую посадку косми­
ческой ра11еты на поверхность далекой планеты .
..
..
.

вить себе скорость полета современной ракеты,
достаточно сказать , что она более чем в 10 раз пре­
вышает начальную скорость пушечного_снаряда!
ИСС.ЛЕДОВАТЕ.ЛЬСКИЕ РАКЕТЫ -
ОРУДНЕ Н,<\.УКИ
Еще в 20-е годы ученые нашей страны
начали создавать ракеты для исследования
атмосферы. В 1933 г. была запущена первая
ракета с жидкостным двигателем.
С 1949 г. у нас регулярно ведется исследо­
вание атмосферы метеорологическими ракета­
ми. В 1957 г. такая ракета вызвала восхищение
всех участников Международной конференции
ученых-метеорологов .
:Метеорологической ракете практически не­
з ачем подниматься выше 90 км . Для изучения
же фи зики верхних слоев атмосферы приме­
няют специальные исследовательские ракеты.
Это более «солидные» аппараты. Они должны
подняться как можн о выше и получить данные
обо всех слоях атмосферы и даже о з аатмосфер­
ном пространстве .
На первых ракетах исследовательская ап­
паратура весила всего 120-130 кг. Ракета ,
стартовавшая в мае 1957 г. , несла на борту
аппа ратуру весом уже в 2200 кг и поднялась
на высоту 212 км .
В феврале 1958 г. мощная советская р а­
кета несл а более полутора тонн научной аппа­
ратуры , достигла высоты 473 км и установила
мировой рекорд высоты для одноступенчатых
ракет . В течение всего полета ракета ста­
билизироnалась специ альными устройствами,
к оторые не давали ей вращаться. Это увели­
ч ило точность измерений ; их ре з ультаты не­
прерывно передавались по радио или з аписы­
вались на магнитную пленку.
Большая грузоподъемность советских ракет
поз волила , кроме аппаратуры , поднимать и
подопытных животных. :Контейнер с жи вот­
ным снабжали устройством для регенерации
(вос
с
тановления) состава воздуха , киноаппа­
ратом и приборами , контролирующими пове­
дение животного в полете .
На первом этапе этих опытов герметическ ая
кабина с собакой спускалась на парашюте
с высоты 100-210 км . Исследования показали,
чт о ускорения , возникающие при взлете р аке­
ты и при вхождении кабины в плотные слои
атмосферы, жив отные переносят без вреда для
себя . Т ак же перенесли они и состояние не­
весомости, которое длил ось 6 минут .
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
Старт стратег ической ракеты.
Второй этап исследований должен был дать
ответ на более сложный вопрос : сможет ли
жnв отное покинуть ракету на большой ско­
рости и большой высоте? Ученые разработали
герметические кабины и скафандры, в которых
автоматически подде рживались необходимое
давление воздуха и нужное содержание кис­
лорода. В нихживотные катапульти­
р о в али с ь, т. е. как бы «выстреливалисы,
с высоты до 110 км при скорости полета 1-
2 км /сек. :Катапультирование произ водилось в
наиболее сложных условиях: на нисх одящих
траекториях и даже во время беспорядочного
падения ракеты . Опыты уд ались . Даже у тех
животных , которые поднимались в верхние
слои атмосфе ры несколько раз , не обнаружено
никаких вредных последствий от такого при­
з емления .
Ракеты нужны для исследования атмосферы,
даже если существуют искусственные спут-
41

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
пики Земли. Спутник
летит , как правило, зна­
чительно выше 200 км ,
поэтому сл ои, лежащие
ниже его орбиты , оста­
ются
неизученными.
И роме того , ракеты поз­
воляют сдел ать «высот­
ный разрез)> атмосферы ,
т . е . провести наблюде­
нияводноитожевремя
н а разных высотах. Ра­
кетные
исследования ,
искусственные спутни­
ки, а также изучение
ионосферы радиометода­
ми в з аимно дополняют
д руг друга .
Программа Между­
народного
геофиз иче­
ского года предусматри­
вала · обширные ракет­
ные исследования . Раке­
ты стартовали в средних
широтах , и с Заполярья,
Исследовательска я ракета .
с Земли Франца-Иоси фа,
и в Антарктиде , где пер­
вая ракета была з апущена с зкспеД иционного
судна «Обы. Все зт о дало возможность накопить
ценнейшие сведения о физических явлениях в
верхних слоях атмосферы и сделать интересные
биологические наблюдения .
II ЕРВЕНЦЫ КОСМОСА
4 октября 1957 г. на Земле началась кос­
мическая зра. Советская ракета превысила пер­
вую космическую скор ость и вывела на орбиту
первый искусственный спутник Земли. Вес его
был сравн ител ьно мал , но его знаменитые
поз ывные «бип-бию> разнеслись по всей пла­
нете . В те нез абываемые дни блестящий ме­
таллический шар с усиками антенн стал симво­
лом человеческого гения .
Первый спутник весил всего 83 ,6 кг, н о
вывести на орбиту его могл а только огромная
ракета невиданной до той по.ры мощности.
Последняя ступень космическ ой ракеты со­
ставляет 4-5 % ее общего веса, а вес самого
спутни ка должен быть в несколько раз мень­
ше . Если увеличить его вес только на 1 кг,
то ракета должна стать тяжелее на 250-300 кг.
Тем з начительнее успех советских ученых и
инженеров , запустивших второй спутник ве-
42
сом более 500 кг, а третий - свыше 1ЗОО кг!
Вес наших спутников красноречивее вся­
ких слов свидетельствовал , что была создана
и уд ачная :конструкция баллистической ракеты ,
и мощные , но в то же время легкие двигатели,
найдено прекрасное топливо и раз работана
точнейшая систеl\fа управ .11 ения .
Наш первенец был одет в легкий «костю1Ф>
из алюllfиниевых сплавов. Защитная оболочRа
спутника прежде всего должна быть достаточно
прочной , чтобы пред охранить приборы от гроз­
ного врага - метеоритов .
Когд а спутник освещается Солнце м, он
сильно нагревается ; когда находится в тени,
ре зко охлаждается . Разность темпе ратур мо­
жет достигать примерно 1()()0• А ведь для при­
боров необходим нормальный тепловой режим.
Это не только сложная , но и совершенно новая
з адача . И ее решили! Поверхность оболочки
спутника обработали так , что она отражала
основную массу солнечных лучей, а в тени
не давала теплоте спутника и злучаться в про­
странство. Чтобы распределить теплоту по все­
му спутн ику равномерно, его з аполнили а з о­
том. При помощи вентиляционных устройств
азот циркулировал между приборами и обо­
лочкой, нагреваясь у более теплых частей и
отдавая теплоту более холодным .
На первом спутнике были уст ановлены два
р адиопередатчика. Обычные любительские при­
емники принимали их сигна.1
1
ы на расстоянии
в сотни и даже тысячи километров . Эти сиг­
налы не только рассказывали, где именно нахо­
дится спутник и какова траектория его полета.
Едва приметные и з менения частоты и длитель­
ности сигналов сообщали ученым о том , что
происх одит со спутником , и в первую очередь
о величине и колебаниях температуры внутри
его оболочки.
Первый иску сствен·
вый спутник Земли.
Для сложных приборов , особенно для си­
стемы терморегулирования и д вух передатчи­
ков, нужны были достаточно мощные , а зна­
чит , и тяжелые источники питания . Позтому
много места и, очевидно , веса был о отведен о

Первый космический пассажир - Лайка - в раскрытом
контейнере.
батареям химических источников электропита­
ния . Они иссякли примерно через 20 дней,
и сп утник умолк .
Запуск второго спутника 3 ноября 1 957 г.
ознаменовал новый этап разведки космическ ого
пространства: была создана заатмосферная науч­
ная лаборатория со сложной аппаратурой и
живым существом - собакой Лайкой.
Сам контейнер с собакой весит не так уж
много, но живому сущест ву нужна подходящая
температура , свежий воздух , питание , и, чтобы
сн абдить его всем эт им , нужны сложные уст­
ройства. Автоматические приборы вовремя про­
ветривали ионтейнер, перемешивали воздух ,
подде рживали нормальную температуру, кор­
мили и поили собаку и уд аляли продукты жиз­
недеятельности животного. Вмест о тяжелых
баллонов с жидким кислородом в контейнер
поместили высокоактивные химические соеди­
нения , выделяющие кислород . Другие соеди­
нения погл ощали избыток водяных паров , угле­
кислоту и аммиак. Так , в кабине с помощью
особых устройств-системы регене­
рац·ии
-
поддерживалось содержание кис­
лорода в пределах 20 -40 % , углекисл ого га­
за - не выше 1 % и обеспечивалос
'
ь нормаль­
ное атмосферное давление . Первое космическое
жилье оказалось надежным и уд обным.
Лайка был а обеспечена и едой и питьем.
Воду в состоянии невесомости нель зя налить
в блюдечко: она соберется в шар и будет ви­
се ть в воздухе или растечется , смачивая стенки .
Из ре зервуара ее нужно выдавливать. Если
прост о положить пе ред Лайкой мясо , оно нач­
нет свободно перемещаться по всему контеi!:­
неру, а если собака ст анет прыгать за мясом,
она разоб�ется о стенки или потолок. Поэтому
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
движения Лайки ограничили, а поили и кор­
мил и ее специальные приборы по расписанию.
В корпусе ракеты расп олагались также
приборы для изучения космическ их луче й и
основная часть источников эне ргии . Одно лишь
помеще ние для собаки со всеми вспомогатель­
ными приборами и механизмами требовало
значительного
количества
эл ектроэн ергии.
Кроме того , батареи должны были питать
физические изме рительные приборы и аппара­
туру телеметрии . Поэтому мощные передатчик и,
расходовавшие мног о энергии , перест али рабо­
тать на втором сп утнике гораздо быст рее , чем
на первом .
15 мая 1958 г. на орбиту вышел третий
советский искусст венный спутник Земли. Га­
зеты все го мира запестрели волнующими заго­
ловк ами : «Красн ая луна весом в полторы тон­
ны» ; «Россия выст релила гигантск им спутни­
ком»; «Спутник в ст о раз больше нашего» . Этот
новый блестящий триумф советской науки -
яркое свидетельст во неоспоримых успе хов
прежде всего нашей ракетной техники и радио­
электроники.
Третий советсRий спутниR принципиально
ничем не отличался от первых двух . Но с тех­
нической и научной точки зрения эт о был
огромный шаг впе ред . Прежде всего были под­
няты в космос и выведены на орбиту 1327 кг
полезного веса (вес автомобиля «Вол га»). Ор­
бита сп утника охватывала еще большую часть
околоземного прост ранства; сразу после запу­
ска высш ая ее точка находил ась в 1880 км над
Земле й - в два раза· выше , чем у первого
спутника.
Каждый новый спутник , даже самый ма­
ле.е:ький, обогащает науку. Но для фундамен­
тального изучения Rосмическ ого простр анств а
единст венное радикальное средство - эт о ис­
кусст венные спутники большого веса . Третий
советский спутниR, большой и тяже лый, вме­
стил в се бя приборы для измерения давления
и ионного состава воздух а, концентрации поло­
жительных ионов , напряженности магнитного
поля , интенсивности корпускулярного излу­
чения Солнца и другую а ппаратуру. Все эт о
могло быть поднято в Rосмос благодаря огром­
ной мощности ракеты .
Для вычисления координат любых спутни­
ков используют эле ктронно-счетные машины .
Данные с наблюдательных пунктов передаются
в
общий
Rоординационно-вычислительный
центр, там их автоматически вводят в Gыст ро­
де йст в ующие счетные машины , которые и вы­
числяют осн овные параметры орбиты . Слож-
43

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Третий
советский
спутник.
ный комплекс электронных и радиотехниче­
ских устройств обеспечивает быстрое и точное
определение координат летяще й лаборатории.
ЗAllYCK СПУТНИ КОВ В США
31 января 1958 г. , через четыре месяца
после запуск а первого советского спутник а,
с полигона на мысе Rанаверал (ныне мыс Rен;
неди) стартовала 30-тонная ракета. Ее чет­
вертая ступень с приборным отсеком стала
первьш американским спутником.
Свой первенец американцы назвали «Эксп­
лорер» (<1ИсследователЫ>) . Это был тонкий ме­
таллический цилиндр, похожий на артилле­
рийский снаряд , длиной 2 мидиаметром 15 см .
Весил спутник чуть больше 13 кг, а его науч­
ные приборы - 4,5 кг. <1 Эксплорер» нес на
борту два слабых радиопередатчика, счетчик
Гейгера для ре гистрации космических лучей,
те рмопары дл я измерения внутренней и наруж­
ной температуры , пьезопластиню1 для реги­
страции метеоритов и батареи эле.ктропитания ,
которые должны были обеспечить двухнедель­
ную работу одн ого передатчика и двухмесяч­
ную работу другого.
Второй аме риканский спутник весил всего
1,5 кг и предст авлял интерес в основном для
конструкторов ракеты ((Авангард )> , доказав­
ших , что эта ракета все-таки J\fожет вывести
спутник на орбиту. Третий спутник был точ­
ной копией первого , правда, весил он на 600 г
больше. Лишь восьмой а111ери.канский спутник
имел ощутимый полезный вес - 67 ,5 кг, но и он
не превысил размеры первого советского спутника.
В 1964 г. , создав мощную ракету-носитель
(<Сатурн)> , американцы смогли, наконец, вы­
вести на орбиту два многотонных спутни.к а.
АВТОМАТ ИЧЕСКИЕ
МЕЖПЛАНЕТНЫЕ СТАНЦИИ
2 января 1959 г. наша страна изумила мир
новым поразительным достижением: была запу­
щена ракета в сторону Луны.
Пробив в вертикальном полете наиболее
плотные слои земной атмосферы, ракета стала
постепенно отклоняться от вертикали , выходя
на заданную ей траекторию . В конце участка
разгона последняя ступень ракеты набрала
расчетную скорость и автоJ\fатическая система
управления выключила ракетный двигатель.
Скорость ракеты расходова лась на то , чтобы пре­
одолеть притяжение Земли. На высоте 10 ООО к.м.
эта скорость упала до 3,5 км /сек и продолжала
уменьшаться , пока не начала снова расти
под влиянием возраст ающего притяжения
Луны.
Через 34 часа полета, пройдя 370 тыс . км,
ракета пересекл а орбиту Луны и. вышла в меж­
планетное пространств о. Так как 2 января
Лун а находилась впереди Земли с внутренней
стороны ее орбиты , ракета, миновав Луну ,
некоторое время также находилась внутри ор­
биты Земли. Внутри земной орбиты ракета
пробыла больше двух месяцев и прошла около
900 млн . км. Затем она пересекл а земную
орбиту и стала первым искусственным спутни­
ком Солнца , двигаясь вокруг него со ско­
ростью 32 км/сек. Плоскость орбиты этой llfа­
ленькой <шл анетьн> почти совпадает с плоско­
стью орбиты Земли. Но орбита новой <шл анетьш
не так симметрична относительно Солнца , как
орбита Земли ; приближаясь в перигелии (бли­
жайшая к Солнцу точка орбиты) на 146 мл н. км,
она в афелии (наиболее далекая от Солнца
точка орбиты) удаляется на 197 млн . км.
Искусственная планета подх одит в четы ре
раза ближе к Марсу , чем Земля ,- до Марса
остал ось бы лететь всего 15 млн . K.Jlt. Стоит еще
немного вытянуть орбиту этой новой планеты ,
и она дойдет до орбиты Марса. Это означает ,
что советские ученые уже тогда могли обеспе­
чить такую скорость , которая необходима для
полета ракеты к Марсу или к Венере .
Орбиты ЗеJ\fЛИ и .м аленькой <шл анеты» пере­
секаются . Значит ли это , что они могут встре­
титься? Новая «планета» обращается вокруг
Солнца мед.Леннее , чем Земля. Так как ракета
и Земля движутся вокруг Солнца с разными
скоростями, расстояние между ними будет то
увеличиваться , то уменьшаться . Если бы на
полет ракеты влияло только притяжение Солн­
ца , то , облетев вокруг него по :эллипсу, она
вернулась бы в ту же точку и встреча ее с Зем­
лей
.
была бы возможна. Но так как ее уже от­
клонила Луна, а в дальнейшем ее движение ,
.как говорят астрономы , будет подвергаться
возмущениям под влиянием других планет,
она уже не ве рнется к месту старта.

Эта ракета был а оснащена научной и изме­
рительной аппаратурой: и имела 4 мощных
радиопередатчика . Все приборы и батареи электро­
питания были размещены в шарообразном контей­
нере , установленном в носовой части последней
ступени ракеты .
l\огд а кончился участок разгона ракеты ,
автоматика выключила двигатель последней
ступени и подала сигнал об отделении контей­
нера от ракеты. Специальный механизм вытолк­
нул контейнер впе ред . Толчок был не очень
СИJIЫ1ым, контеi'ше р отдалился на небольшое
расстояние от ракеты , и они продоткалп свой
путь по намеченной орбите . Этот контейнер и
стал спутником Солнца .
Отделить контейнер от ракеты нужно было
для того , чтобы исключить влияние ее металли­
че ских конструкций на показания прибора ,
предназначенного для измерения магнитного
поля Луны . l\орпус последней ступени ракеты
мог бы стать пом ехой и в работе антенн , так как
для ультракоротких волн (1 ,6 м) он оказался
бы экраном и создал бы своеобразную радио­
тень. Приборы нужно защищать не только от
метеоритов, но и от резких колебаний темпе­
ратуры ; если контейне р не отделить от ракеты ,
пришлось бы регулировать температуру и ее
корпуса.
12 сентя бря 1959 г. в нашей стране была
запуще на в сторону Луны вторая космическая
ракета. l\онструкцией и оснащением она была
похожа на свою предшест­
венницу . В приборном кон­
тейне ре ракеты находился
вымпел с изображением
Герба Советского Союза.
Он был доставлен на Лу­
ну как памятник велико­
му подвигу советского на­
рода , проложившего чело­
вечеству путь в косм ос.
Чтобы составить себе предст авление о сте­
пени точности , которую необх одимо было вы­
де ржать при запуске этой ракеты, достаточно
привести несколько цпфр. Ошибка в скорости
ракеты всего на 1 м/сек, т. е. на 0,01 % от вели­
чины полной скорости , от1шонил а бы точку
встречи с Лу ной на 250 км. Если вектор ско­
рости откл онился бы от расчетного направ­
ления на одну угловую минуту, точка встречи
сместил ась бы на 200 км. Существенно влияли
на точку встречи и координаты места, где дви­
гатель был выключен. И наконец, опоздание
со стартом на 10 сек отклонило бы точку встре­
чи также на 200 км. То, что ракета успеш-
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
но достигла Луны , убедительно свидетельство­
вало о том , что 1\ этому времени наша страна
располагала не только самыми мощными в мире
ракетами, но и самой совершенной системой
автоматического управления .
Прошло 20 дней, и в Советском Союзе во
вторую годовщину запуска первого спутник а
была запуще на третья космическая ракета.
•<Луна-3>• весила 2,5 т. На этот раз ракета,
оснащенная
фототе.'lевизионной
аппаратурой,
обогнула Луну и вернулась в район Земли.
Эта станция весила 278 ,5 кг. Она сфотогра­
фировала и передала на Землю фотографию
невидимой нам стороны Луны (подр обнее об
этом полете см. в т. 2 ДЭ, в ст. •<Человек вы­
шел в КОСМОС» ) .
Полеты к Луне продолжаются . В 1965- . 1 966 гг.
на советских станциях •<Луна-6>•, •<Луна-7>•, (( Лу­
на-8>•, достигших поверхности Луны , отрабаты­
валось взаимодейст вие устройств, обеспечивающи х
мягкую посадку на эту планету . •<Луна-9>• совер­
шшш мягкую поса дку и передала первые дета.'lь­
ные снимки лунного ландшафта.
Дальний космос начали изучать в нашей
стране с автоматической станции (<Венера-1>•.
Затем был запущен (<Марс-1>•. Сейчас изучение
ведет ся станциями типа (<Зонд-1>•. Все они стар­
туют с тяжелых спутник ов , выведенных на про­
м ежуточную орбиту. В этих полетах отрабаты­
ваются различные системы станций в условиях
длительного пребывания в космосе: системы
ориентации и коррекции полета , радиосистемы,
обеспечивающие передачу многочисленных сооб­
щений через громадное космическое расстоя­
ние . !\роме того , накапливается опыт в фотогра­
фиров ании пл анет и проводятся научные иссле­
дования .
18 июня 1965 г. была запущена в направле­
нии к Марсу автоматическ ая станция •<Зонд-3>•.
Она оснащена аппаратами для изучения кос­
моса , проверки новых систем ориентации , от ­
работки плазменных двигател ей , испыта ния
различных металлов , сплавов и пластмасс п ри
воздействии космическ ого пространства .
Проходя мимо Луны , станция сфотографи­
ровала на ее невидимой стороне те уч астки ,
которые не попали в снимки 1959 г. Траекто­
рия полета мимо Луны была выбрана так ,
чтобы лунная поверхность находилась в опре­
д еленных условиях освещенности , когда горы
отбрасывают большую тень .
Ст анция начала фотографировать Луну с рас­
стояния в 11,5 тыс . км, а закончила на
расстоянии в 9,9 тыс . км. Наибольшее ее при­
ближенИ:е к Луне - 9,2 тыс .· км . Метод фото-

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
«Луна-3».
графиров ания был такой же , какой приме­
нялся на станции «Луна-3», но передача шла
с разложением кадра на 1100 строк (в обычном
телевидении чет1.-ость соответствует 500-600 стро­
кам) .
С «Зонда-3» бьшо получено 25 снимков .
Качеством эти фотографии не уступают лучшим
снимкам вид и мой стороны Луны , получае­
мым с помощью телескопа на наземных обсерва­
ториях .
Астрономы , изучив снимки, оценил и коли­
чество и размеры кратеров и «морей». Выводы ,
сдел анные на основании снимков 1959 г.,
подтвердились: на обратной стороне мало
«морей )> и вся она более светлая и гористая.
Вдоль гигантских трещин расположены цепоч­
ки кратеров . Таких образований на видимой
стороне Луны нет .
16 сентября на «Зонде-3)> была проведена
коррекция полета . Система астронавигации со­
риентировалась по Солнцу и звезде Канопус
и развернула с танцию в заданное пол ожение.
По команде с Земли был включен двигател ь,
и направление полета изменилось , как и было
предусмотрено .
Зондирование космоса продолжается . Пос­
ланцы чел овеческого ра зум а все дальше про­
«3овд-3» в момент фото­
rрафирования Луны.
46
ник ают в космос и под­
готовляют пути дл я по­
л етов человека .
Разведку Луны ве­
дутивСША.Вмарте
1959 г. ракета <(Пио­
нер-IV )) прошла на рас­
стоянии 60 ООО к.м от
Луны ( вместо расчетных
25 ООО км) и вышла на
орбиту вокруг Солнца .
Из девяти попыток за­
пуска ракет к Луне по
проекту «Пионер» толь­
ко две увенчались отно­
сительным успехом. Бо­
лее удачными были за­
пуски двух аппаратов
<(Рейнджер)>
(«Страннию>) .
«Ре йндже р-III)>
упал на обратную сторону Луны, причем вся
радиоапп аратура вышла из строя задолго до
этого. «Рейнджер-IV» сфотографироваJI Луну,
но снимки оказались не годными. И только
полеты «Peliнджep-VII» и «Рейнджер-VIII)> увен­
чались успехом . Сближаясь с Луной, а ппа­
раты беспрерывно вели телевизионную съемку
и передавали на Землю изображение .'Iyннoii
поверхности. «Ре йнд11\е р-V11)> падал на Луну
со скоростью 2 к.л�!сек. Его телеl\амера схва­
тывала все более мелкие детали - отдельные
вершины, глыбы, т1эещи ны. Пот ом у же сни�1-
ки, пе реданные на Землю , были смонтирова­
ны в виде юшоленты. И ученые , просматри­
вая этот фильм , получили полную и ллюзию ,
будто они сами падают на Луну. Ракета упала
и разбилась. Но в последние моменты работы
ее телек аме рами можно было различить на
поверхности Луны детали размером около 50 .м.
К ВЕНЕРЕ И МАРСУ
Советские ракеты приобрета ют все большую
и большую мощность , а вместе с эт им растет
и возможность познавать окружающее нас кос­
мическое пространство. Ракета-носитель вто­
рого советского спутника могл а бы доставить
на Луну груз в несколько нилограммов , а уже
через два года 1\ Луне была послана автомати­
ческая межпланетная станция ( АМС) «Луна-3» с
общим весом ракеты 2,5 т.
Но не только мощность двигателей опреде ­
ляет возможн ости космических кораблей , не
менее важно совершенствовать систему управ­
ления . Оно должно быть чрезвы:чайно точным.
Если полет ракеты рассчитан на 8- 10 км/сек,
ошибка в скорости даже на несколько метров
в секунду считается недопустимой. Также
недопустима и ош ибна на доли градуса в направ­
лении полета. Но мало эт ого. Чтобы посл ать
к Марсу или к Венере насыщенную прибора­
ми автоматическую станцию , нужно увеличить
мощность ракеты или резко усложнить схе­
му старта, т. е . стартовать со спутник а, как
предлагал еще Циолковский.
Эта задача была блестяще решена советски­
ми учеными и инженерами . 12 февраля 1961 г.
с тяжелого спутника, выведенного предвари­
тельно на орбиту вокруг Земли, стартовала
космическая ракета с автоматической станцией
<(Венера-1)>. Когда ракета достигла заданной
точки пространства с заданными направлением
полета и скоростью , ее двигатель выключили.

В тот же момент автоматическая ет анция от­
делилась от ракеты и начала свой свободный
полет к Ве нере.
Смысл такого сложного запуска в том , что
затр ата энергии на полет ракеты зависит от
ге ографической широты , на кото рой дан старт.
Запуск ракеты с промежуточной орбиты позво­
лил выбрать оптимальную (наивыгоднейшую)
точку старта , а эт о дало возможность умень-
1
«Венера-1>>.
шить вес топлива и соответственно увеличить
вес станци и.
1\роме того, в этом случае ракета может до­
статочно дол го находиться на круговой орбите.
При нратко временном наблюдении удаляющей­
ся ракеты даже электронно-счетная машина
не может достаточно точно вычислить ее ор­
биту. Если же ранета сделает до старта не­
сколько витков , можно провести достаточное
количество измерений ее пол ожения в прост­
ранстве и по ним вычислить орбиту ракеты
с очень больш ой точностью. Тогда и оптималь­
ная точк а старта с орбиты будет определена
точнее .
При подх оде к выбранной оптимальной точ­
ке тяжелый спутник был стабилизирован -
«успок оен» ; система ориентации так развер­
нул а его , что ракета приняла положение , соот­
ветствующее направлению старта. В точно рас­
считанной точке пространства включился дви­
гатель, и с плывуще го в состоянии неве�омости
космического «ракетодрома» стартова.11а ракета,
несущая к Венере автоматическую станцию
весом 643,5 кг .
Орбита Венеры проходит между орбитой
Земли и Солнцем. Поэтому ракета должна ста-р­
товать в сторону, противоположную днижению
Земли, т. е . уменьшать свою скорость , чтобы
«падать» в сторону Венеры.
Через каждые 5 дней проводились сеансы
свя зи со станцией, было получено мн ого новых
све дений об околосолнечном пространстве . 27 фев­
раля 1961 г. ,ногда наступил о время оче редного
сеанса, войти в связь по неизвестной причине
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
не уд алось . 19 -21 мая станция прошла при­
мерно в 100 тыс . км от Вене ры и стала искус­
ственной планетой - спутником Солнца.
Из ближайших планет , кроме таинственноii:
Венеры, покрытой сплошным облачным покры­
валом, наибольший интерес всегда вы зывад
Марс. В сил ьные телескопы можно увидеть на
Марсе белые полярные шапки , линии «каналов»
и огромные различно окрашенные области.
Окраска и форма пятен на Марсе изменяются
в зависим ости от времени года . Новейшие
спект рографические исследования дают воз­
можность предпола гать , что на планете во·1 -
можно существование живых орга низмов.
Разгадать тайны Марса, тольно наблюдая
его в телескоп , нельзя . Нужны полеты ракет.
1 ноября 1962 г. в Советском Союзе была
запущена автоматическая межпланетная стан­
ция <(Марс-1 » . Полет был осуществлен тем же
способом , что и при запуске станции к Венере .
Только орбита ее была иной. (Возможные ор­
биты полетов к Марсу описаны в т. 2, в ст.
«Человек вышел в космос» .)
Осуще ствить полет к Марсу было сл ожнее,
чем к Венере, из-за большего расстояния до
Схема старта космической ракеты с окоJ1оэемной орбиты.
планеты , да и вес станции был больше -
893,5 кг.
Первые космические станции, начавшие ис­
следовать околосолнечное пространство ,- это
полностью автоматизированные космические
роботы. Они умеют регулировать температуру
вн утри приборных отсеков, разворачиваться
и лететь в определенном положении , ориен­
тируясь на Солнце или какую-либо звезду,
направлять свои радиоантенны к Земле, а сол­
нечные батареи - к Солнцу. В сторону иссле­
дуем ой пл анеты станция направляет объективы
47

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
фотоаппаратов и телевизионных Rамер, антен­
н ы радиотелескопов и исследовательских радио­
локаторов и щупальца других приборов . Стан­
ция может , получив Rоманду с Земл и, запом­
нить ее и выполнить в заданное время . По
Rом анде с Зel'IIJIИ на расстоянии в сотни миллио­
нов километров на таRой станции можно вRлю­
чить реа ктивный двигатель и тем самым подпра­
вить орбиту, чтобы станция подошла ближе R
заданной планете .
«Марс-1» оснастили обширным Rомплексом
аппаратов. Телевизионное устройство долж­
но был о получить снимки с поверхности
пл анеты, спеnтрорефлексометр - обнаруживать
органические покровы, спеRтрограф - изучить
полосы погл ощения озона в атмосфере М арса,
магнитометры - обнаруживать магнитные по­
ля Марса и измерять магнитные поля в Rосми­
ческом пространстве . Кроме того , на станции
были два вида счетчиRов космичесних частиц,
радиотелескоп , чтобы изучать космичесное
радиопзлучение,
протонные
ловушни
и,
на1юнец , датчюш для регистрации минроме­
те оритов .
Корпус станции состоял из двух ге рметич­
ных
отсеков - орбитального и планетного.
В первом была аппаратура, работающая во
время полета к Марсу; во втором - научные
приборы , которые должны были вю1ю читься
в непосредственной близостц от планеты . Авто­
матическая станция напоминает огромного жу­
ка, раскинувшего во все стороны Rрылья сол­
нечных батарей, усы и зонтики антенн, ш а ры
ионных ловушек и трубки ма гнитометров.
Блестят зрачки-объективы фототелевизионной ап­
паратуры и корпуса других приборов . Этот
«жук» ощетинился своими усами сразу же пос­
ле отделения от ракеты , стартова вшей со
спутника.
48
Наибольшую нагрузку на станции несли при­
боры орбитального нонтейнера . Система ориента­
ции обеспечивала такое положение станции,
чтобы сол нечные бата реи все время пол учали
энергию от Солнца .
Сложная жидкостная система терморегули­
рования состояла из теплообменник ов , распо­
ложенных внутри отсеR ов , и полушарий-радиа­
торов вне Rорпуса станции . Разноцветные по­
лосы полусферических радиаторов - это раз­
личные покрытия бачков , по-разному отражаю­
щие солнечные лучи , а значит , и по-разному
нагреваемые Солнцем . В завпсшюсти от тем­
пературы
внутри станции нагнеталась из
внеш них радиаторов во внутренние холодная
или теплая жидкость . Переданные из космоса
измерения свидетельствовали о том, что в
ст анции поддерживалась практически «комнатнаю>
температура: 20 -30°.
Напряженно работал радиоRомплекс стан­
ции . С Земли шли десятки радиосигналов , ко­
торыми последовательно включались те или
иные приборы. Три радиопередатчик а, работаю­
щих в метровом (1 ,6 м) , дециметровом (32 см)
и сантимет ровом диапазонах (5 и 8 см) , сооб­
щали нам о скорости, направлении и местона­
хождении станции. Сеансы радиосвя зи со стан­
цие й могли производиться через 2, 5 и 15
суток. Эти интервалы были выбраны с та­
ким расчетом , чтобы обеспечить подзарядку
бортовых аккумулят оров от солнечны х ба­
тарей и чтобы радиосвязь устанавливалась в
то время , Rогда «радиовидимосты станции
наилучшая .
Многие сведения , переданные с «Марса-1»,
по-новому осветили физические процессы , про­
исходящие в околосолнечном пространстве. Не­
которые сведения были неожиданными. Отме­
чен чрезвычайно интенсивный поток солнеч­
ных корпускул , как бы порыв «солнечного ветра».
Установлено, что нескольRо возросла интенсив­
ность Rосмического излучения со времени по­
лета лунников. На сравнительно небольшом
расстоянии от Земли датчики станции зареги­
стрировали неоднократные столкновения с ми­
Rромете оритами; когда же ст анция удалилась
на несRол ько сотен тысяч нилометров , числ о
соударений резко сократил ось.
21 марта 1963 г. был проведен очередной
сеанс радиосвязи на расст оянии в 106 млн. км.
Но это был последний сеанс . Станция начала бес­
порядочно вращаться , и ее антенна не ориен­
тировалась больше на Землю. Как показали
расчеты, станция должна был а пройти около
Мар�а на расстоянии 193 тыс . км . Есл и бы

ic.JIJ'HA-9)
)
НА ОКЕАНЕ БУРЬ
События, отмечающие знаменатмьвые этапы космической эры, следуют одно
за другим: запуск первого спутника Земли - первой ракеты, преодолевшей земное
притяжение и ставшей «планетой• солнечной системы; первый человек, стартовав­
ший на ракете в космос; первая ракета, достигшая Луны; первый человек, вышед­
ший из космического корабля и шагнувший в космос; первая фотография обратной
стороны Луны. И, наконец, мягкая посадка станции «Луна-9• на поверхность Луны.
Впервые аппарат, созданный человеком, не только достиг Луны, но и совер­
шил на нее посадку. Впервые на другую планету опустилась автоматическая лабо­
ратория, созданная на Земле, передала научные сведения, полученные непосредст­
венно с лунной поверхности, и сфотографировала детали этой поверхности.
Лvn•
Рио. 2. Схема попеrа автоматиqее1mй стnп11r1п «Лупn-9"
на учаотке торможения 3 фенраля 1966 r.
На Луне различают два основных типа поверхностных структур: сильно изре­
занные кратерами «материки• и сравнительно ровные «моря•. Момент для запуска
автоматической станции «Луна-9• был приурочен к наступлению лунного утра в
типичном для Луны районе - на Океане бурь. Это - крупнейшая равни1111ая
область на видимой части ЛуНЬI.
Лунное утро обеспечивало наиболее выгодные условия, чтобы распознавать
и расшифровывать детали на фотографи'я:х лунной поверхности. Камни и неров­
ности почвы в это время отбрасывают длинные тени. Кроме того, утром на Луне
благоприятвы и температурные условия: промерзшая за двухнедельную ночь поверх­
ность только что начала отогреваться. Через несколько дней она должна была раска­
литься под лучами Солнца более чем до ста градусов.
31 января 1966 г. ракета-носитель вывела автоматическую станцию на орбиту
спутника Земли. Радиосигналом был включен ракетный блок, который обеспечил
станции разгон с орбиты спутника и выход на траекторию полета к Луне.
С наземных пунктов была измерена траектория полета автоматической станции
и установлено, что станция движется по траектории, удаленной от центра Луны
на 10 тыс. км . Затем были определены величина и направление корректирующего
импульса, т. е. было вычисJ1ено, на какое время нужно включить ракетный двига­
тель, находящийся на автоматической станции, и в каком направлении должна
действовать тяга этого двигателя, чтобы подправить полет и обеспечить станции
встречу с Луной в заданном районе. 1 февраля 1966 г. эти данные, соответствующим
образом закодированные, были переданы по радио на uорт станции. После радио­
команды с Земли работа всех систем станции проходила автоматически и последова­
тельно по заранее предусмотренной программе, заложенной в бортовую автоматику.

Автоматическая стаиция ва ооверпости Лукы (рисунок).
Сначала станция «нашла» Солнце, затем, не «теряя• его, начала поиск Jlуны.
Когда оптическая система станции «поймала& Луну в свои объективы, автоматика
повернула корпус станции так, чтобы ось оптической системы соответствова.11а дан­
ным, полученным с Земли, а сопло двигателя заняло бы нужное положение. После
ориентировки была включена двигательная установка, скорость автоматической
станции уменьшилась на 71,2 м/сек, и она перешла на траекторию, которая практиче­
ски проходила через расчетную точку в районе Океана бурь.
Новые сеансы измерений nозволили уточнить, когда должно начаться тормо­
жение. Поправки бы�и введены в систему ориентации и был уточнен момент, когда
включить тормозной двигатель. Все эти данные были переданы на борт станции
к 16 часам 3 февраля. А примерно за час до сближения с Луной корпус станции был
ориентировав так, чтобы сопло двигателя оказалось направленным на Луну, а траек­
тория полета проходила бы точно через центр тяжесm Луны. Такое положение стан­
ции поддерживалось все время, оставшееся до прилунения.
На высоте около 75 км до поверхности Лувы, за 48 секунд до посадки, была вклю­
чена по команде радиовысотомера тормозная двигательная установка. А перед этим
от станции были отделены два отсека с аппаратурой, ненужной при посадке,
чтобы не тратить горючее на мягкое прилунение лишней тяжести.
Тяга тормозного двигателя затормозила полет станции и снизила ее скорость
с 2,6 километра до нескольких метров в секунду. Когда аппарат коснулся поверх­
ности Луны, шарообразная станция вместе с системой амортизации (дополнительно
смягчающей удар о почву) была отделена от всей установки и прилунилась отдельно
поблизости.
На схеме видны примерные контуры станции «Луна-9». Опа состояла из трех
основных частей: .т1упной автоматической станции, двигательной уставовt<и и отсеков с
приборами. Контейнер яйцеобразной формы, расположенный на стороне, противопо­
ложной двигателю, и есть лунная станция. В ее герметичном корпусе размещены
приемники и передатчики, система терморегулирования, источники питания, научная
аппаратура и автоматическое программно-временное устройство, которое обеспечило
в заданной последовательности выполнение всех операций при ориентации и после
прилунения. Верхняя часть шара прикрыта четырьмя металлическими «лепестками».

В слоЖеввом ви
-
де ови образуют замкнутую поJiусферу, а в раскрытом форма «лепе­
стков• хорошо видна ва рисунке.
Шар, отброшенный в сторону в момент соприкосновения двигательного отсека
с лунной поверхностью, упал невдалеке. Яйцеобразная форма станции и <mепестки»,
раскрытые сильными пружинами,- все зто обеспечило устойчивое вертикальное
положение для объектива телевизионной системы.
Через 4 минуты 10 секунд после прилунения раскрылись автеввы станции и
начался первый сеавс радиопередачи с поверхности ЛуЯЬI. Радио сообщило, что
все системы станции работают вормальво и что радиоаппаратура надежно управ­
ляется радиокомандами с Земли. 4 февраля в 4 часа 50 минут по московскому вре­
мени «Лупа-9» по команде с Земли начала обзор лунного ландшафта и передачу его
изображения. За трое суток было проведено 7 сеансов радиосвязи общей продолжи­
тельностью 8 часов 5 минут.
Телевизиоввые изображения позволили вам, землянам, рассматривать Луну
как бы «стоя на ее поверхности». Объектив телевизионной камеры давал изображе­
ние круговой панорамы, т. е . местности вокруг всей станции. Прилунившись на
сравнительно пологом склоне, станция оказалась слегка наклоненной. Детали на пе­
реднем плаве панорамы телевизионная камера просматривала с разрешающей способ ­
ностью 1: 2 мм, т. е. различала предметы величиной в несколько миллиметров. О раз­
мерах камней и впадин, видимых на снимке, можно судить по кончику «лепестка»
на переднем плаве сви:мка. Наружный край этого «лепестка>> - 4 см. Линия гори­
зонта на снимке очень четкая, без переходов в полутона, так как на Луне практиче­
ски полностью отсутствует атмосфера и небо там воспринимается как совершенно
черное.
Свой первый сеанс станция начала сразу же после восхода Солнца, когда его
высота была всего лишь 7 градусов. Поэтому все выступы, камни и бугорки отбра­
сывали длинные тени, примерно в десять раз превышающие высоту предметов. При
втором сеансе длина теней уменьшилась вдвое, а 5 февраля Солнце находилось уже
на высоте в 27 градусов и длина тевей сократилась в четыре раза по сравнению
с первым сеансом. Таким образом была получена серия фотографий одних и тех же
Фотоl'раф•чес11
11А
ОllНМОК п оверХВОС'l'и Лувы, сдеааввыi те.
.
еобъективо11 автоматической станции «Лува·ll•.

участков лупной поверхности, но при рааной нысоте Солнца. И э то предоставило
ученым возможность детально изучить структуру лунной поверхности.
Анализ снимков показал, что поверхность Лупы очень шероховата, опа покры­
та бугорками и углублениями, и па ней разбросаны редкие отдельные камни. Некото­
рые из этих камней хорошо видны па снимках. Один иа них находится рядом со стан­
цией. Его величина около 15 см. Несколько далее видны небольшие впадины шири­
ной от десятка сантиметров до нескольких метров. В районе обзора «Лупы-9" нет
ни больших кратеров, ни гор, только на горизонте заметны невысокие холмы. Тща­
тельное изучение снимков дало астрономам богатейший материал, чтобы уточнить,
какова структура поверхностного слоя Лупы.
Один из важнейших результатов рейса ((Луны-9» - это успешное прилунение
аппарата весом в 100 кг без ааметного погружения в грунт. Это убедительно свиде­
тельствует, что посадка космического корабля на лунную поверхность возможна.
Представления писателей-фантастов и многих ученых о том, что Луна покрыта
зыбкой, всепоглощающей толщей пыли, окааались несостоятельными.
Прилунение советского космического аппарата открыло новый этап в раз­
витии космонавтики. Оно вселило уверенность в том, что полет человека на Луну
будет совершен в очень близком будущем. Человек начал осваивать ближайшие
к Земле планеты.
Симы, рисун.01' и фотографии езяты иа .Ni 37(17954) гааеты сПраедаt от 6 феера.А.Я 1966 г
Райов посадки С'l'авцпп "луиа-9". Ст)lеJ!кой указано место прн"увення.

система ориентации работала нормально , по­
. 11ет ст анции бьш бы подправлен ракетным дви­
гателем.
Од новременно с советс кой ракет оii , ид ущей
к Марсу , двига,1ась к Венере американская
ракета (<Маринер-11 �) . Это бы.� космическ ий
автомат та кого же типа, и предназнача лся он
для решения те х же проблем. Когд а еще
работал двигате.1ь последней ступени, ракета
неожида нно начала вращаться, приобрела лиш­
нюю скорость и отклонилась от курса. Но аме­
рик анск им ученым уд алось на расстоянии
2,4 млн . км включить корректирующий дви­
гатель и подп равить полет ; «Маринер-11» про­
ше л в 37 ООО км от Венеры и передал на Землю
результаты научных измерений .
В США в конце ноября 1964 г. з апустили в
ст ор ону Марса автоматическую станцию «Мари­
нер-IV>> . Ориентиром служила ей звезда Кано­
пус. В работе системы астро ориентации воз­
никли се рьезные непол ад1ш : система «хваталась>)
з а звез ды менее яркие , чем Канопус. Кроме того ,
неск олько раз система ориентации начинал а пов­
торный поиск звезды. По предположениям уче­
ных это происх одило из-за того , что мик роме­
тео риты выбивал и из корпуса ст анции ме;1ьчай­
шую мет аллическ ую пыль. Светясь в солнечных
лучах , эта пыль давала яркие вспышки, которые
Снимок иовер.rностн планеты Марс, сделвнныJi ав:rонаrяvе""
екой станцией «Марннер-IV».
·
о4д.э.т.3
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
На земной наб.1
1
юдательной стаuц1111. На ЭJ
J
ектронно-счетной
машине рассчитывают орбиту космической автомат11ческой
станции.
з аст авлял и срабатывать систем у ориентации.
Радиокомандами с Земли уд алось иск л ючит ь
вл ияние этих факторов и з аставить автоматы
(< ухватитьсю) з а нужную звезду.
В сер едине июля 1965 г. космический аппарат
прошел примерно в 10 тыс . км от Марса,
прове л ряд физических и з мерений и сф отогра­
фировал загадочную пл анету.
Десят ь дней (< Маринер-IV» передавал по ра­
дио 21 снимок пл анеты. Передача каждого из
них шла 8 часов 20 минут . Фотографии поверх­
ности Марса показали , что ее ст руктура весьма
схожа с лунной . Знаменитые марсианские (<Ка­
налы» пока не обнаружены . Научные приборы
передали, что , как и у Луны, у Марса нет за­
метного магнитног о поля , нет и поясов ради­
ацин . Не обнаружены также у Марса и новые
спутники,,к роме и звестных Деймоса и Фобоса .
За 228 дней полета было з арегистрировано
10 солнечных вспышек , а в корпус ст анции
уда рились 190 метеоритов . Все это говорит о том,
что полет чел овека к Марсу неизмеримо с л ож­
нее , чем пол ет к Луне , в котором можно руко­
водствоваться прогноз ами и выбрать пе риод,
свободный от сол нечных вспышек. Вероятность
в стреч же с метеоритами з а несколько дней
полета весьма мала .
12 и 16 ноября 1965 г. в СССР были запуще­
ны в ст орону Венеры две АМС - (<Венера-2 >)
и ((Венера-3 >) . Аппа р атура станций была п ред­
назначена для широких на учных исследований
в .космическом пространстве, особенно вблизи
Венеры. Rонстру.кция и состав аппаратуры
otfeяx АНС различались веавачлтельво.
49

ДВИЖЕ НИЕ И ЭНЕРГИЯ
ОБОРУДOBAHllE KOCltlИЧECRИX
�JIAБOPATOPИJi
Осн овная часть научной аппаратуры на
.космических ра.кетах н сп утн.и.ках размещается
в отсе.ках и контейнерах , расположенных внут­
ри герметичного .корпуса. Здесь же находят­
ся и радиопередатчи.ки, .которые передают на
Земл Ю данные научных измерений. Они же
контролируют положение ракеты , давление и
температуру внутри контейнера и на его по­
верхности. Внутри корпуса находится и аппа­
ратура для изучения газового состава среды
в межпл анетном пространстве . Протонные же
ловушки этой аппаратуры размещены на по­
верхности внешней стороны оболочки. Вне
корпуса установлены также счетчики косми­
ческих лучей и «чувствующие)> элементы аппа'­
ратуры , изме ряющей магнитное поле . Эти эле­
менты расположены на .:конце длинной алюми­
ниевой трубки , чтобы ис�лю
.
чить влияние маг­
нит ной массы контейн ера .
Физики уже давно доRазали , что косми­
ческие лучи - это не лучи и не электромаг­
нитные волны , а поток заряженных частиц
с самыми различными энергия ми, намного пре­
восх одящими энергию частиц , разогнанных
даже в мощнейших ус.корителях.
На советс.ких .космичес.ких раRетах были
установлены разнообразные приборы , позво­
ляющие всесторонне изучать состав .космиче:
с.ких лучей в межпланетном пространстве . Эти
приборы делятся на две группы: газоразряд­
ные счетчики космических частиц и люмине­
сцирующие кристаллы с фотоумножптелями­
сцинтилляционные счетчики.
Газоразрядные счетчики - это обычно не­
большие стеклянные трубочки, наполненные
смесью газов. Внутри кажд ой из них натянута
проволочная нить , а поверхность стеRла по­
крыта проводящим слоем . Это катод . Между нитью
и катодом подают напряжение в нес.коль.ко
тысяч вольт , и в трубочRах образуется сильное
электричесRое поле.
Заряженная космическая частица , попадая
в счетчик , ионизирует моле.:кулы газа, разби­
вает их на электроны п пол ожительные ионы ,
которые разгоняются элекхрическим полем и
в свою очередь ионизируют другие молекулы.
Так образуется лавина заряженных ча стиц,
возник ает импульс тока.
Радиосхемы усиливают эти импульсы во
мн ого раз и с помощью телеметрического
устройства передают их на Землю . Сигн ал на
Землю идет лишь в то1
1
1 случае, когда через
60
счетчики пройдет определенное количество им­
пульсов . Поэтому легк о подсчитать и число
.:космических частиц, пронизывающих опреде­
ленную площадь за секунду , 'J:'. е . узнать ин­
тенсивность космиче ских лучей.
Работа другой группы приборов - сцинтил­
ляционных счетчиков - основана на том , что
частицы , летящие с космическими .ск оростями,
при прохождении через кристаллы некоторых
веществ вызывают в них вспышку света. Эту
«Протон-1»
вспышку улавливают фото элементы - электро­
вакуумные приборы , способные <m ойматы д аже
ничтожное количество лучистой энергии . Фото­
умножитель «умн ожает)> в несколько миллио­
нов раз слабую вспышку света. и создает ощу­
тимый импульс тока.
Чтобы изучить процентный состав частиц
с различными эне ргиями, устанавливают три
«барьера)> . Через самый низкий проходят им­
пульсы от слабых частиц, через средний -
от более энергичных , через самый высокий -
от самых быстрых частиц, в том числе и импуль­
сы от частиц, летящих почти со скоростью
света .
ПocJie усиJ1ения сигналы поступают в бло­
ки радиотелеметрии и передаются на Землю.
Подсчитав число импульсов на разных уров­
нях , уче ные устанавливают, в какой пропор­
ции находятся в космиЧесRом излучении ча­
стицы с различными энергиями.
Кроме частиц межзвездного газа , в меж­
планетном пространстве двигаются потоки ча­
стиц, излучаемых Солнцем. Для их изучения
на ракетах устанавливают протонные ловушки.
Каждая ловушка состоит из трех полусфериче­
ских ,Эл ектродов . Два внвшних электрода сде­
ланы из ме таллической сетки, а внутренний -
сплошной; он служит коллектором, собирате­
лем протонов. Чем больше протонов попадает

в ловушку, тем бол ьший ток течет через ее
коллектор.
Над, поверхностью контейнера первой совет­
ской космическ ой ракеты находились четыре
ловушки . Две из них собирали все протоны
межзвездного газа , а две другие ул авливали
только протоны с большой энергией , летящие
от Солнца.
Для исследования мете оритного вещества
были установлены на космических ракетах
баллистические пьезоалектрические датчини.
Что такое пьезод атчик?
НеRоторые крист а:шы обладают так назы­
ваемы111 пьезоэффе:nт о111 : при сжим ании , растя­
гивании или ударе на гранях кристалла возни­
кают электрические заряды . Метеоритная части­
ца ударяется в поверхност ь пьезод атчика , и на
нем появляется электрический импульс, вели­
чин а которого зависит от массы и скорости
частицы . После усиления и111пульсы разделя­
ются по величине на три «сортю>. О числе
импульсов каждого «сорта» со общается на
Землю .
Подробное исследование 111етеоритных част иц
проводя т амерш.;анские ученые . Для этого слу­
жат сп ециальные спут ники <(Пегас-1 )) и <(Пе­
гас-11», с огромным и крыльями-створками. П ри
ст арте эти :nрылья были сложены «гармошкой» ,
а в косм осе развернул ись на полный р а змах�
30 �t. На крыльях мнотество датчиков, кото­
рые обнаруживают метеоритные частицы.
Каждыi'I датчик - это заряженный элек­
трический конденсатор , ме;кду пл астинами ко­
торо го проло;кен специал ьный материал. Если
метеоритная част ица пробьет конденсатор ,
прокл адка между пластинами в этом месте
мгновенно испарится .
Облачко ионизированного газа з амкнет
обю1адки конденсат ора , и он раз рядится .
Импульс тока отм етпт попадание част ицы .
Электро- п р адиосист емы «Пегаса» рассч ита­
ны на действие в течение года. Но американ­
ские интенеры предполагают, что через несколь­
ко лет , когда будет отработана техника сбли­
жения кос мическпх аппаратов, удастся под­
вести к «Пегасу» :nорабль ,
сл ожить его
крылья п спустит ь н а Землю для тщательного
изучения.
Продолжая научные эксперименты в кос­
мосе , советские уч еные создали уникальную
космическую ст анцию «Протон-1» весом в
12, 2 т. 16 июля 1965 г. эту станцию вывел а
в космос ракета-носитель мощност ью свыше
60 млн. лошадиных сил (свыше 44 мл н. квт) .
Большие размеры станции поз волили раз-
4*
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
местить в ней приборы для исслед ов ания
космических лучей со с�:;срхвысокими энер­
гиями . Для и зучения частиц с энергиями в
1011- 1015 электрол-вольт вес спутника должен
быть более 10 т, так нак основная деталь слу­
жащей для этого аппаратуры - ионизационный
калориметр - состоит из большого количества
стал ьных плит . Между ними распол ожены
пластмассовые сцинтилляторы (см . ст . «Как
впдят невидимое ») . И чем выше энергия и зу­
ч аемых частиц , тем больше д олжно быть в
калориметре ст альных плит .
Проходя сквоз ь ст альную пластину, ча­
стица ст алкивается с яд рами железа и рождает
вторичные частицы , которые в свою очередь
рождают частицы сл едующих поколений. В ре­
зультате вся энергия первичной частицы пере­
ходит к большему числу вторичных частиц,
которые поглощ а ются в толще ионизационного
калориметра .
Поглощение энергии сопровождается св ето­
выми вспышками в сцинтилля торах . Чем боль­
ше энергия первичной частицы , тем ярче эти
световые вспышки . Вспышки регистрируются
электронными фотоумножителями , импульсы
тока от них и з меряются, и ре зул ьтаты пе ре­
даются по радио на Землю .
Кроме устр ойства для и з мзрения заряда
частиц , на косми ческ ой станции «Протон-1>>­
уст ановлена аппаратура для измерения энер­
гии электронов , регистрации гамма-квантов.
изучения энергетического спектра и химиче­
ского состава космических лучей солнечного
происх ождения и для· решения ряда других
з адач . Такое же оборудование уста новлено на
космической ста нции «Протон-2», запущщшой
в конце т ого же год�·
Тяжелые спутники типа «Протон» необ­
ходимы , чтобы проникнуть в структуру
элементарных частиц . Д лЯ подобных исследо­
ваний в з емных усл овиях нужны мощней­
шие уск орители частиц . Современный , еще
не достигнутый пред ел таких уск орителей огра­
ничивается м ощность ю в 1012 электрон-в ольт.
Но уЧеные и инженеры блестяще обошли этот
предел - они вывели приборы туда, где ра­
ботают природные «ускорители».- в космос.
НА KOCl\IOДPOME
Люди бережно храня'!' и.мена героев и даты
великих событий, которыми гордится все чело­
вечество. Не111н огие подвиги , . совершенные
людьми .за тысячелетия, оставят Ta.Iioй глу-

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
бокий след , как первый полет человека в
космос.
12 апреля 1961 г. с космодрома Байконур
ст артовал первый космонавт человечества
Юрий Гагарин.
Могучая советская ракета вывела на орбиту
вокруг Земли первый космический корабль ,
пилотируемый человеком.
Вслед за Га гариным , сдел авшим виток во­
круг нашей п:1анеты на корабле ((Восток�>,
стартовали другие советские космонавты , уве­
личивая от полета к полету время пре­
бывания на орбите . С каждым полетом все
совершеннее становил ось оборудование кораб­
ле й, усJrожнялись научные наблюдения, про­
водимые космонавтами в полете . Гагарин и
Титов летали в одиночку, Николаев· и Попо­
вич, Быковс1шй и Терешкова соверши­
ли групповые полеты , а !\омаров , Феокти­
стов и Егоров летели в трехместном космиче­
ском корабле .
Гагарин вел первый телефонный разговор
из космоса . На корабле «Восток-2 1> испыты­
валась высок оl\ачестnенная телевизионная си­
стема , а с последующих кораблей изображения
космонавтов транслировались на весь мир .
1\осмодром Байконур раскинул свои служ­
бы на просторах южной степи . Сердце космо­
дрома - стартовая площадка. На некоторо.,r
уд алении от нее - командный пункт , располо­
женный в защитном железобетонном бункере .
Оттуда ведется дистанционное управление
ст артом и наблюдение (через
,,
,,_
,.
..
..
_..
..,.
..,
,
,_.
.
..
..
.,
_..,..
._
___,_., перископы) за первыми секун­
дами полета. Еще дальше от­
несены открытые наблюдатель­
ные пункты , монтажный кор­
пус , служебные здания , жилые
домики.
Общий в11д стартовой п.nощадки на одном на американских ракетодромов.
Идет сб орка ракеты.
В монтажном корпусе ве­
дется сборl\а ракеты , здесь же
соединяют космиче ский корабль
с последней ступенью ракеты­
носителя. Могучий кран легко
поднимает
многотонный ко­
рабль, и кран овщик точно под­
водит его к ракете. Надежно
затянуты крепежные болты -
корабль занял свое место. Пос­
ледним закрепляется защитный
колпак. Сборка закончена.
Нажатием кнопки раздвига­
ются в сторону ворота , и ране­
та с кораблем выезжает из мон­
тажного корпуса . Электровоз
мед.'lенно тянет «космический
пое зщ>. Вот и стартовая пло­
щадк а. Ракета уже стоит на
своем «рабочем 11
1
есте1>, ее строй­
ный све ркающий корпус сере­
бряной свечой устремлен в небо.
Перед полетоАr все системы
ракеты подвергают тщатель­
ной проверке . Государствен­
ная комиссия слушает докл&д
гепе р а.r�ьного конструктора о
готовности техники и утве рж­
дает командира корабля и его
дубле ра, который займет мес­
то в кабине , если первый пилот
внезапно заболеет.

За полтора-д ва часа до стар­
та проводится последний меди­
цинский осмотр космонавта.
Его облачают в RосмичесRие
«д оспехю>.
На :космонавта надевают
д атч и :к п, :которые будут
регистрировать
темпе ратуру ,
пульс, ритм дыхания , снимать
:кардиограмму сердца и другие
данные о состоянии организма
в полете. Затем надевается теп­
лозащитная одежда, в :которую
вмонтирована система вентиля­
ции . В :кармаш:ках эт ой оде жды
устанавливают усилители сиг­
налов , поступающих с медиц11н­
сю1х датчи:ков. После этого на­
девается прочная серо-голубая
герметичес:кая оболоч:ка. Это ос­
нова
с:кафандра,
она
сш ита пз прочного и эластич­
ного лавсана . Сверху натяги­
вается оранжевый комбинезон с
:карманами, гермошлем , перчат­
ЮI - :космонавт готов.
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
Автобус быстро доставляет
:космонавта и его дублера к
ст артовой площадке . l\осмонавт
направляется :к председателю
Государственной комиссии . .Ко­
роткий рапорт , прощание с
друзьями. Поднявшись по не ­
большой лесенке к площадке
у лифта , Rосмонавт еще раз
приветствует провожающих и
На одном 11з американских ракетодромов. Сборка ра1<сты закончена , фермы обслу­
живания отъеха.1и по редьсам , идет пос.1еднян проверка аппарат�·ры черс3 кабс.1ь,.
подведенный к последней ступе1111 ракеты.
проходит в лифт . Мимо ажурных метал­
лических конструкций плавно ползет кабин а
R самой вершине ракеты . Люк корабля открыт .
Космонавт занимает свое место.
На командном пункте за толстыми стенами
бунке ра прохладн о. В опе раторской сотни при­
боров непре рывно сообщают о самочувствии
Rосмонавта , о состоянии устройств ракеты-но ­
сителя и космического корабля . Объявлена
«пятиминутная готовносты>. Это значит , что
еще раз проверены все устройства , космонавт
к полету готов и до старта осталось 5 минут .
У одного из перископов , нацеленных на
ракету, заме ститель генерал ьного конструктора.
Сп рава от него огромный хронометр, ведущий
точный счет секундам. Около хронометра лист
с предписанием о точном времени ст арта.
И вот .нажата кнопк а, дающая волю 20 млн .
лошадпных сил . Сразу доносится гром рабо-
тающих двигателей. Дрожат стены бункера.
Пл авно поднявшись , огромная ра«ета быстро
набирает скорость , и вот уже исчезла яркая
точка, растаяв в бездонной небесной синеве.
Проходит 15 -20 минут, и коою навт ради­
рует: «Чувствую себя хорошо . Вижу Землю !)>
После старта на космодроме вступает в
жизнь новый график работы. Он подчинен
теперь другой задаче - следить за полетом
корабля и состоянием космонавта. На ко:.1анд­
ном пункте дежурят оперативные группы Госу­
дарственной комиссии. Каждая группа докла­
дывает комиссии о том, как протекает полет.
УСТРОЙСТВО ItOPAБJIЯ «BOCTOlt»
Опыт , накопленный советскими учеными и
конструкторами при запусн ах спутников , лун-
53

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
нинов и автоматичесних 11Iе жпланетных стан­
ций, ПОЗВОЛИJI создать RОСМИЧеСRИЙ Rорабль
для полета человена. В марте 1961 г. были
произведены два последних нонтрольных пу­
сна норабля «Востою>. В нресле пилота сидел
маненен, облаченный в носмичесний снафандр.
Кроме того, n набине находились собани. Оба
полета прошли 11 точном соответствии с про­
граммой и подтве рдили Iiысоную надежность
нонструнции и ncex систем, а танже полную
безопасность полета для чел овен а.
Корабль «ВостоR» состоит из кабины сфе­
ричесной формы, рассчитанной на одного пило­
та, приборного отсека и отсека с тормозной
двигательной установной. После выведения
на орбиту корабль-сп утниR отделяется от по­
следней ступени ракеты-носителя.
Внешняя поверхность кабины понрыта сло­
ем тепловой: защпты , предохраняющим ее от
высок ой температуры , которая развивается от
трения при спусне в пло'l'ных слоях атмосферы .
Через три иллю11Iинатора с толстыми жаро­
прочными сте1-:лами космонавт видит Землю
и зве зды , фотографирует. Наблюдая за ли­
нией горизонта и направлением «бе га>> поверх­
ности Земли, космонавт может ориентировать
норабль в пространстве с помощью двига­
телей системы ориентации. Для предохранения
глаз от лучей Солнца , которое , по словам
Гагарина, настольно ярко , что на него нельзя
смотреть даже зажмурившись , иллюминаторы
снабжены mторнами.
Кресло пилота - это и его рабочее место,
и своеобразный домик, в котором есть все для
жизненных нужд. В нресле находится запас
кислорода и вентилирующее устройство для
отвода тепла из скв.фандра. В кресле разме­
щены приемо-передающие радиост анции , запас
продукт ов и предметов первой необходимости,
.к оторые могут понадобиться после приземле­
ния . Поверхность кресла точно соответствует
форме тела космонавта и выложена мягкими
пластмассовыми подуmнами.
При аварийной ситуации на старте или
в процессе вывода на орбиту кресло с косм онав­
том автоматически катапультируется через
люR , б�.rстро открывающийся в корпусе каби­
ны. Парашютные системы кресла обеспечивают
плавный спуск на землю или воду. При спуске
на воду автоматически разворачивается надув­
ная лодка. Но и без нее поддерживать космо­
навта на воде может скафандр. Теплоизоляция
сн афандра и его герметичность таковы , что
Rосмонавт не ощути т холод , даже находяс ь
12 часов в ледяной воде.
При возвращении на Землю совсем не обя­
зательно отделяться от корабля катапульти­
руясь и спускаться на парашюте . Система ме ха­
низмов обеспечивает безопасное приземление
всей кабины корабля «Востою>. Оба эти способа
были успешно опробовайы при запуске тяже­
лы х нораблей-спутников.
Кабина корабля «Восток» значительно про­
сторнее кабины пилота на современном военном
самолете . У космонавта, пристегнутого к крес­
лу ремнями, уд обный доступ ко всем приборам:
он может вести наблюдения · через 1ш люмина­
торы , подде рживать радиосвязь с Землей,
управлять ориентацией корабля , вк лючать
систему приземления , регулировать темпера­
туру в кабине и т. п.
ltlH OГOl\IECTHЫii RО С1'1ИЧЕСR11 Й
ROPАБ.JIЬ (<В ОСХОД))
12 октября 1964 г. ракета-носитель вывела
в космический орбитальный полет советсний
трехместный корабль (< Восход» . Это был пер­
вый в истории пон орения космоса многомест­
ный космический корабль. От полетов мужест­
венных одиночек советсние космонавты пере­
шли к коллективным полетам специадистов
разных профессий. Экипаж корабля состоял
из командира корабля летчю\а-космонавта Вла­
димира Михайловича Комарова , научного ра­
ботника юшдидата технических наун Констан­
тина Петровича Феоктистова и врача Бориса
Борисовича Егорова.
В новом корабле уже можно различить
черты будущих космических лабораторий и
космических стратопланов . Если в нем пока
еще не очень просторно, нельзя , например ,
ходить , нет спальных мест и письменных сто­
лов , то нет уже и катапультируемых кресел и
космонавты не одеты в стесняющие движения
ск афандры ...
Три спе циалиста разных профилей вели
одновременно номплексные физиl\о-техниче­
ские и медино-биологические исследования ,
помогая и дополняя друг друга
Врач проверял на себе действие невесомости
и сравнивал свои впечатления с ощущениями
других членов экипажа ; ученый наблюдал за
горизонтом , полярным сиянием , светящимися
частицами за окнами иллюминаторов ; а 1\оман­
дир экипажа оценивал управляемость корабля,
проверял ориентировку по звездам и наблюдал
ориентиры на Земле . Все трое могли проверить
и сравнить свои впечатления , обменяться мне-

ниями , посоветоваться друг с другом и, нако­
нец , поспорить.
Сбор научной информации в космосе не
прекращался ни на минуту. Их предше ствен­
ники вынуждены были часть времени в полете
тратить на сон , на прием пищи и прерывать
исследования . А на «Восходе» постоянно рабо­
тали два члена экипажа , а один отдыхал.
За сутки полета ракета сделала 16 витков
вокруг Земли , и трое космонавтов провели
обширные наблюдения и даже исследования .
Программа полета полностью выполнена.
Испытаны конструкция и эксплуатационные
характеристики нового пилотируемого кораб­
ля , его системы и оборудование ; исследованы
работоспособность и взаимодействие в полете
группы космонавтов ; проверены в полете их
режим труда и отдыха и взаимозаменяемость
на некоторых эт апах полета; проведены науч­
ные исследования в условиях длительного кос­
мического полета ; продолжено изучение , как
влияют различные факторы космического поле­
та на че ловеческий организм. .
На корабле «Восход» было установлено
новое , более совершенное и разнообразное обо­
рудование . Кроме исполь зовавшихся ранее
систем ориентации , была применена новая .
позволяющая точно определять распоJiожение
корабля в про стр анстве и уточнять положение
его относительно поверхности Земли . Кос!\ю­
навты располагали llfВ огочисленнымп средст­
вами радиосвязи и новой, более совершенной
систеllfой телевидения .
От всех своих предшественников «Восход»
качественно отличался принципиально новой
системой мягкой посадки. Самый трудный уча­
ст ок полета - спуск и приземление - пере­
стал быть трудным. Многотонный кораб.'!ь кос­
нулся земли практически с нулевой скоростью ,
т. е. повис в воздухе , как вертолет, 11 неслышно
опустился на поверхность Земли. Именно так
рисуют обычно писатели-фантасты посадку ра­
кетопланов в грядущих веках на неведомые
п ланеты . Даление , казалось бы , мечты о коllf­
фортабельном космическом полете советские
ученые и инжене ры уже се годня воплотили
в жизнь .
Старт «Восхода» ощущ ался космонавтами
также намного более мягким и споl\ойным , чем
в предыдущих ра.кетах. Вот ка.к описы вает его
К. П. Фео.ктистов: «Шум не слишк оl\1 сильный
(сравним с шумом в .кабине современного реак­
'I'Ивного самолета) ; вибрации не слишком боль­
шие ; легкое по.качиnание ракеты, напоминаю­
щее покр.чиванпе поезда в пути; легкl'}перено-
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
сящиеся перегруз.кн. К .концу работы .каждой
ступени они увеличиваются и в начале работы
последующе й падают почти до обычного уров­
ня. В общем, полет на ракете переносится
легко» .
Создание корабля «Восход» впервые по.ка­
зало, что космический многоме стный корабль­
стратоплан - орбитальный корабль-лабор ато­
рия , на котором выйдут в KOC]l[OC «обычные»
люди, кос]l[онавты-пассажиры , космонавты-уче­
ные и космонавты-строители,- дело ближай­
шего будуще го.
З А БОР ТО1'1 RОС1'1 ИЧЕС КОГО
КОРА Б.Л.Я
Выделяя основные вехп освоения .космоса
человеком, 11ш огие ученые в один ряд с запу­
ском первого советского спутюш а и полетом
Ю. А. Гагарина ставят выход человека из ка­
бины корабля в космическое пространство .
Этот эксперимент подтвердил , что ст ало воз-
11ю жным активное пребывание человека в от­
крытом космосе - пере садка с корабля на ко­
рабль , монтажные работы при сборке лабора ­
торий и орбитальных станций и, конечно, вы­
ход на поверхность других планет и Луны.
Человек перестал быть пленником 1ю смичес1юй
ракеты.
Этот замечательный полет начался 18 марта
1965 г. Двухместный космический корабль
«Восход-2» вышел на орбиту вокруг 3е11fли ,
имея задание провести новый эксперимент -
выход челове1щ нз корабля в КОС]l[Ическое про­
странство. Ко мандир корабля Павел Иванович
Rеляев и летчик-к осмонавт А.'Iексей Архипо­
вич Леонов прошли спе циальную трен иров.ку,
до автоматизма отработа.'lи взаимодействие
друг с другом , особенно на самых ответствен­
ных этапах - в момент выход а в космос и воз­
вращения обратно в корабль .
Выход космонавта похож на выход водо­
лаза из подводной лодюr . Сначала человек,
одев ск афандр, из основного отсека переходит
во вспомогательную ка:\1еру - ш.11юз - и з а­
крывает входной люк . В подводной лодке пос.'Iе
этого в шлюз постепенно напускают воду , а
в космосе - выпускают , «стравливают» воздух ,
т. е. образуют в шлюзе вакуум. и в том и в дру­
гом случае шлюз заполняется той средой, Rото­
рая окружает корабль . Выравнив давление ,
можно открывать выходной люк шлюза. Когда
«Восход-2», совершая второй виток , пролетал
на высоте 460 км над Черным морем, Леонов
55

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
вошел в шлюз. 1\онечно, космонавт чувствует
себя иначе , чем моряк :в подводн ой лодке.
Леонов не вошел , а, паря в невесомости , «вплыл»
в шлюзовую камеру. Дав давление в скафандр,
космона вт проверил его герметичность и пода чу
кислорода . Затем он проверил положение ·
светофильтра на гермошлеме . Это было необ­
ходимо: когда командир корабля отк рыл
крышку выходного люка, ослепительно яркий
солнечный свет заполнил каме ру.
Выбравшись из люка, Л1:юнов легким толч­
ком отделился от корабля и плавно отплыл
в сторону на длину троса-фала, соединявшего
его с кораблем . Медленно вращаясь , человек ,
впервые оказавшийся лицом к лицу с бе ско­
нечной Вселенной с восторгом осматривался
вокруг. 1\ак и предсказывали ученые , нак мно­
гократн о описывали писатели-фантасты , яркое
солнце и немигающие звезды сияли на «фоне
темно-фиолетового с переходом в бархатную
черноту бе здонного неба ...». 1\осмон авт отчетли­
во различал оче ртания Кр ымского побережья ,
голубую линию ·Волги, хребет Урала, Обь ,
Енисей - огромная красочная карта нашей
планеты медленно открывалась его взору.
Выполняя программу , Леонов совершал
различные эволюции : разбросав руки, парил
в космосе , подтягивал ся за трос к кораблю
и отталкивался от негоо
Перед возвращением на корабль космонавт
снял с кронште йна киноаппарат, намотал на
руку фал и вошел в шлюз. 1\омандир закрыл
люк, выравнил давление в шлюзе и кабине ,
и Леонов сн ова оказался в своем кресле.
1\акие же осн овные физические особенн ости
пребывания в космосе удалось наблюдать в этом
полете?
Два небесных тела - корабль и чел овек -
это такая же пл анетная система, как , напри­
мер, Земля - Луна , и так же подчиняются
закон ам космичес1юй механики. Они движутся
по своим орбитам , вращаясь вокруг обще го
це нтра масс. Этот центр всегда остается на ор­
бите , предн азначенн ой кораблю . Но массы ко­
рабля и чел овека сравнительно ненамного от­
личаются друг от друга , значительно менее ,
чем , скажем , Земля и Луна. Поэтому , когда
космонавт отталкивался от корабля , был о
заметн о, что и корабль «отталкиваетсю> от
космонавта - любое перемещение Леонова вы­
зывало соответствующее перемещение корабля .
Леонов , рассказывая о своих впечатлениях ,
подчеркивал, что очень заметно ощущение
упругости при отталкивании от корабля -
при толчке космонавт чувст вует , каR весь ко-
66
рабль мягко отх одит в против опол ожную сто­
рону.
Интересно также, что при малейшем сме­
щени и направления сплы тол чка космонавт
начинал вращаться вокруг своей собственной
оси . Остановить вращение каними-либо дви­
жениями невозможно, так как для этого нуж­
но от чего-то оттолкнуться , куда-то приложить
силу , а точки опоры нет . Единственный вы­
ход - использовать реактивную силу. В буду­
щем для стабилизации своего пол ожения вне
корабля космонавтам , очевидно , придется при­
бе гать к крошечным ре активным двигателям,
или, как пишут фантасты , к реактивным писто­
летам .
При перемещениях в невесомости крайне
не обходим о соразмерять и силу толчков. Вот
чт о, наприме р, рассказал Леонов : «Я довольно
энергично подтянул ся за фал и был вынуж­
ден руками обороняться от начавшего стреми­
тельно надвигаться на меня корабля . Прежде
всего подумал о том , каR бы не удариться
иллюминатором гермошлем а о корабль . Но,
подлетев к шлюзу , я самортизировал удар ру­
ками. Это оказалось очень легко сделать . ..»
1\омандир все время наблюдал за действи­
ями Леонова с помощью телевизора , вел с ним
телефонный разговор по проводам , прол ожен­
ным в фале , по приборам в кабине контроли­
ровал пульс , дыхание и работу системы жизне­
обеспечения . Кроме того , все прикосновения
к внешней оболочке корабля хорошо прослу­
шивались внутри. Это использовал ось как
своеобразная дополнительная система звуко­
вого контроля . Звук в космиче ском вакууме
не распространяется , но каждое прикоснове­
ние 1\ обшивке корабля отчетливо слышно
внутри его . В случае необх одимости коман­
дир мог прийти на пом ощь косм онавту , нахо­
дившемуся за бортом корабля .
За вых одом Леонова в космос следил а вся
страна. Телевизионная кам ера, установленная
на внешней поверхности кораб.1я , позволила
миллионам людей стать свидетелями косми­
ческого подвига. АвтоматичесRая кинокаме ра
вела съемку непосредственно в космосе .
Очень интересно было проверить , можно­
ли работать з а бортом корабля , ведь в буду­
щем предстоят огромные монтажные работы.
Леонов подтверждает, что работать в космосе
можно : он намотал на руку фал , убрал крыш ку
с объектива киноаппарата , пе ред возвраще­
нием сам снял киноапп арат со стойки и т. п .
Но он отметил , что двигаться и работать
в надутом воздухом скафандре трудно. В част-

вости , войти обратно в люк оказалось не таки:м
уж легким делом. Прогулк а в I> осмос потре­
бовал а значительных физических усилий.
Многих интересует так называемая метео­
ритная опасность . Ведь Леонов вышел в кос­
мос · в легком скафандре , а не в рыцарских
доспехах . Степень опасности не так уж велика.
Подсчитано , чт о, если стальная броня кораб­
ля равна 1,3 мм , один поражающий удар ме­
теорита может происходить в среднем в каждые
180 лет. Однако метеоритная опасность увели­
чивается , если уменьшается толщина защиты .
Поэтому , прежде чем выпустить в космос
чел овека, од етого в легкий скафандр, нужно
был о детально изучить действие мельчайших
метеоритных тел и выбрать соответствующий
материал для скафандра. Общая масса микро­
частиц , падающих каждую секунду на коомо
навта, равн а всего стомиллиардной доле грам­
м а. Такая бомбардировка, конечно, не опасна.
Н аши ученые создали условия , при которых
кратковременный выход в космос не опаснее
городской автомоби:1ьн ой поездю1.
Первые шаrи челове­
ка в кос11ическо11
пространстве.
Так
быJ1 виден ва экране
те.1евизора
выход
А. А. Леонова 11з ко ­
рабJ1я в космос. На­
право от KOCllOHBBTB
открытая
крышка
JllOKB.
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
Гораздо серьезнее радиационная опасность.
Орбиты космических кораблей пока пролегают
ниже земных поясов радиации , и за неделю
полета доза облучения (около половины рент­
гена) не превышает допустимую норму . Однако
прп ядерных взрывах на Солнце - хромосфер­
ных вспышках - космонавт и вблизи Земли
может получить смертельную дозу облучения.
Например, при одн ой из мощных вспышек,
отмеченных в фе врале 1956 г., космонавт полу­
чил бы дозу радиации около 10 ООО рентген,
чти в десятки раз превышает с:чертельную дозу.
57

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Однако , находясь внутри корабля со стальной
стенкой , например, в 18 мм, космонавт полу­
чил бы около 100 рентген , что не смертельно ,
но значительно выше .допустимой нормы.
Чтобы исключить вероятность чрез!l
l
ерных
облучений , советские ученые разработалп ме­
тоды заблаговре!l
l
енного прогнозирования хро­
мосферных вспышек на Солнце , и это значи­
тельно увеличил о безопасность полетов .
Через неско.'Iько дней после знаменатель­
ного полета корабля «Восход-2» мир узнал
о значительном успехе американских космо­
навтов Гриссома и Янга . Аме риканским уче­
ным впервые удалось осуществить полет двух­
местного корабля , который , сделав 3 витка
вокруг Земли, благополучно приводни.1
1
сяв
Атлантическом океане .
Через нек оторое время посл е выхода в ,от­
крытый космос нашего космонавта Леонова ,
такоii же эксперимент удалось повторить и
американцам . 3 и юня 1965 г. после трех обо­
ротов вокруг Земли американские космонавты
Джеймс Макдиватт и Эдвард Уайт , стартовав­
шие на космическом корабле (<Джеминай-IV1>,
отк рыли л юк и Уайт вышел в космос .
По разработанной ранее программе косми­
ческих исследований в этом полете планиро­
валась только разгерметизация кабины - наме­
чал ось открыть л юк , проверить действие всех
устройств в разреженном пространстве и снова
«Дже11
1
11иай-IV»
з ак рыть л юк . Но успешный . выход Леонова
рассеял все опасения и п озволил сократить
программу .
Так же , как и советский космонавт , У айт
uыл соединен с кораблем гибким фалом дли­
нойв7,6.1
1
i и пробыл в космосе около 20 минут .
В открытом пространстве Уайт мог переме­
щаться с помощью реактивного пистолета ,
которым авторы научно-фантастических рома­
нов обычно снабжают космонавтов , ведущих
работу в космосе. Пистолет - . это маленький
реактивный двигател ь, в двух. баллонах кото­
рого размещено (< Горючее •> - сжатый .кисл о­
род. Открывая нлапан, Уайт вЬшускал струю
га за в то или иное сопло и перемещался вме­
сте с пистол етом в сторону, противоположную
58
струе . Уайт отметил , что он оче нь быстро
осв оил пистолет и свободно управля л положе­
нием своего тела .
Сжатый газ в пистолете американского кос­
монавта быстро кончился (его было всего 600 г),
и большую часть времени , проведенного в кос­
мосе , Уайт перемещал ся , подтягиваясь з а фал .
Макдиватт и Уайт получили для полета
весьма обширную программу , во значитель­
ную часть ее выполнить не уда лось и з-за непо­
ладок и неожиданных препятствий. Не уд алось
выйти на втором витке, не удалось сблизиться
с последней ступенью ракеты , не удалось спл а­
нировать при входе в атмосферу Земли, и пере­
грузки доходили до 8 вместо 4- 5 g.
Во время полета космонавты пережили
нескол ько неприя тных минут . После возвра­
щения Уайта в корабль долго не уд авалось
закрыть л юк . Тол ьк о через 25 минут удалось с
этим справиться . От повторного открывания лю­
ка на следующем витке пришлось от казаться .
Готовясь к выполнению своей программы
полета к Луне , амер иканцы 21 августа 1965 г.
вывели в космос корабль той же серии (<Дже­
ми най-V 1> . Носмонавты Нупер и Нонрад 8 суток
пробыли в космосе , проверяя работу различ­
ных
устройств корабля , проводя научные
и технические эксперименты и измерения. Не­
пол адки в электропитании корабля чуть не
прервали этот длител ьный полет .
Нупер и Новрад наблюдали из космоса
тропический шт орм, разыгравшийся в Тихом
океане . Они разгл ядели авианосец и эсминец ,
шедшие в один из американских портов на
побер ежье Атлантического океана . По поруче­
нию военного министерства они наблюдали
и фотографировали з апуск баллистической ра­
кеты и провели серию других наблюдений.
Длите льность полет а - 8 суток - была
з апланирована не случайно . Это примерно
тот срок , который необходим для первого путе­
шествия человек а на Луну и обратно . Полет
показал , что современный космический корабль
с л юд ьми может находиться в космосе длитель­
Rое время .
HEBECOl\IOCTЬ
При длительных полетах, вроде пятиднев­
ного полета Валерия Быковского , усидеть в
кресле трудно. Да в этом и нет необходимости.
Прост орная кабина позволяет , отсте гнув рем­
Нif, выходить из кресла, сделать зарядку и
свободно «поплаватм в кабине.

Гагарину еще не разрешали выходить из
кресла: был о неясно, как отразится дл11тель­
ная невесомость на состоянии человека, смо­
жет ли он сн ова надежно присте гнуться рем­
нями к креслу и т. д. Но первые же полеты
исключили все сомнения . Николаев и Попович
по нескольку раз отсте гивались и «плавали»
по кабине . К их полетам кабина была несколь-
1\о перестроена - стало проще и: уд обнее вы­
ходить из кресла.
Космонавты рассказывали, что они с нетер­
пением ждали этот час, предписанный програм­
мой полета, отстегивались , делали зарядку и
подолгу парили в невесомости.
Многие устройства в кабине рассчитаны
на невесомость . Вся внутренняя поверхность
Rабпны выложена мягким материалом , чтобы
оградить вых одящего из кресла пилота от
ушибов . Все предметы закреплены пли поме­
щены в карманы , тюбики и пакеты с пищей
уложены в заRрытый ящик , а карандаш , кото­
рым космонавт вносит записи в бортжурнал ,
привязан на длинном шнуре.
Валерий Быковский особенно подробно
демонстрировал состояние невесомости. На эк­
ранах тел евизоров весь мир мог видеть , как
пе ред лицом космонавта повисал тюбик с пита­
тельным желе , как от толчка пальцем тюбик
отправлялся путешествовать по кабине корабля
пли начинал вращаться .
Но невесомость приводит не только к забав­
ным положениям из-за того, что предметы
теряют вес и беспорядочно плавают по кабине .
Невесомость накладывает свой отпечаток на
работу человеческого организма, на его ощу­
щения , особенно на работу так называемого
вестибулярного аппарата .
Этот оргав обеспечивает равновесие и вер­
т1шальное хождение человека - это как бы
датчик верти:кали в нашем организме . Работа
этого органа определяется воздействием силы
тяжести.
Специальные полеты на самолетах, а затем
полеты :космонавтов показали, что исче знове­
ние тяжести не вызывает неприятные ощуще­
ния, Наиболее всесторонние наблюдения ве­
лись на :корабле «Восход» . Каждый человек
боспринимает невесомость по-сбоему. Тщатель­
но анализируя свои ощущения , Егоров и Фео:к­
тпстов обнаружили, что, когда глаза за:крыты,
начинает :казаться , что ты находишься в пере­
вернутом положении. Егорову, например, ка­
залось , что его лицо направлено вниз , а у I\о­
маров а вообще не возник ало ни:каких иллюзий
«перевернуто го положения» . Все трое отме-
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
чали, что эти ощущения не были особенно
непр11ятными и появлялись .11 ишь , когда на
них сосредоточено внимание . Наблюдая за
своим-и ощущениями, :космонавты заметили
также , что резкие движения головой вызывают
легкое головокружение . Но, во вся:ком слу­
чае , все эти отклонен11я от нормального состоя­
ния не мешали работе .
Интересно, что проверна тоююй :коорди­
нацпи движений показала , что они совер­
шались без затруднений. Например, почер:к
в невесомости не изменяется . Работа с
любым точнейшим научным прибором, тре­
бующим многочисленных манипуляций , не вы­
зывает затруднений. А эти выводы очень важ­
ны для будущих длительных полетов ць лых
колле:ктивов ученых , установлено , что можно
и в условиях невесомости работать с самыми
разнообразными научными приборами.
Врач Егоров провел таюке и другие спе­
циальные медицинсRие исследования . На бор­
т.у корабля он брал у :кос111онавтов кровь для
последующего анализа на Земле , записывал
биотоки головного мозга , регистрировал рабо­
тоспособность мышц кисти рую1, провел наблю­
дение над состоянием зрения и, что особенно
интересно , измерял давление :крови. С Rаж­
дым полетом углуб.1 1яются 11сс.11едования , как
ведет себя человеческий организм в космиче­
ском полете , и с уверенностью можно сказать,
что в ближайшем будущем для врачей будет
оставаться все меньше и меньше вопросов ,
связанных с условиями .:космического полета.
До первых полетов в космос ученым было
во многом загадкой, 1\ак организовать в состоя­
нии невесомости прием пищи . Было известно,
чт о·жидкость либо соберется в шар , либо рас­
течется по стенкам , смачивая и:х . Можно ли
будет пить воду, например, из стакана? На­
верняка нет ! I\усочки пищи раздетятся по
кабине . Особенно опасными казались 111елкие
Rрошки: будучи взвешены в воздухе, они
могут затруднить дыхание . Поэтому было пред­
ложено готовить пищу в виде питательной
пасты-паштета, помещать ее в тюбики, из
которых космонавт должен выдавливать ее
прямо в рот. Воду предл агалось космонавту
высасьшать из сосуда.
Практика в основном подтвердила эти пред­
положения , но и внесла некоторые существен­
ные поправки. Питаться из тюбиков оказа­
лось удобно, но, соблюдая аккуратность , можно
есть пищу и в ее земном виде . Космонавты
брали с собой жареное мясо , ломти хлеба. На
корабле «Восход» было организовано для эки-
о9

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
пажа четырехразовое питание. А при полете
Быковско1·0 телезрители видели, как он ел зеленый
лук , пил воду из пластмассового флакончика
и с особым уд овольствием ел воблу.
Невесомость грозила сил ьно усл ожнить
процесс дыхания . Высказывалось предположе­
ние , что выдыхаемая углекислота будет скап­
ливаться у рта , мешая доступу свежего воз­
дух а. Создатели корабля позаботились о хоро­
шем перемешивании воздух а в кабине . Это
нужно для того , чтобы воздух непрерывно
поступал в систему регенерации , где он фильт­
руется и обогащается кислородом , и в систему
терморегу лирования для охлаждения или по­
догрева.
При невесомости резко нарушается пе ре­
дача тепл а через газовую среду. В земны х
вентиляционных 11 отопительных системах теп­
лый воздух , как более легкий, поднимается
вверх , а холодный опускается вниз, поэтому
и происходит циркуляция воздушной массы .
В космосе , где нет ни ве.рха, ни низа и нет веса ,
ци ркуляция может быть налажена только при­
нудительным перемешиванием .
МИКР О К.JIИМАТ
Для нормальной жизнедеятельности кос­
монавту нужен
постоянный микроклимат ,
т. е . постоянные климатические условия , на
которые не влияет окружающая ракету среда.
С высокой точностью подде рживаются в к а­
бине барометрическое давление , темпе ратура ,
влажность и газовый состав воздушной среды.
Система регене рации (восстановления) воздух а
поглощает углекислый газ и влагу , выделяю­
щиеся при дых ании, и подде рживает в воз­
духе постоянное содержание кислорода . На
всех :кораблях воспроизводилась земная атмо­
сфера, и космонавты чувств овали себя в этом
отн ошении как дома.
РАДИОСВЯЗЬ
На Земле поддерживается с кораблем чет­
кая , удобная и непрерывная радиосвязь . Что­
бы связь была регулярной и днем и ночью
и на любом участке полета , в каждой ракете
устанавливается
несколько приемопередат­
чиков , работающих на разных волнах . Голос
друзей звучит в шлемофонах и в нескольких
громкоговорителя х. Терешкова и Быковский
в полете разговаривали друг с другом . А Но-
60
маров , Феоктистов и Егоров уже не нужда­
лись в радиосвязи между собой. Систем а связи,
отработка которой началась еще при пус­
ках кораблей с животными , обе спечил а дву­
сторонние радиотел ефонные переговоры с Зем­
лей и возможность наблюдать за космонавтом
в телевизор. Объектив телевизора как бы п ри­
ближал космонавта к Земле.
Телевизионная система на корабле «Вос­
ход» позволяла, кроме того , «смотреть сквозь
стенку» кабины . Она обеспечивала обзор ок ру­
жающего ракету пространства даже через те
участки стенки , где нельзя был о прорезать
обычный иллюминатор ,- со стороны прибор­
ного отсек а, тормозной и двигательной уста­
новок . С «Восх одю> передавались на Землю
по телевидению картины , которые наблюдали
космонавты .
Но самые волнующие кадры были пе ре­
даны при полете «Восхода-2» . Телезрители с
затаенным дыханием наблюдали за тем , как
впервые в косм ос вышел чел овек, как он от-
4<МОЛНИЯ· 1»
плыл от корабля , совершал различные двп­
жения , парил в космосе и снова вернулся
к кораблю ...
С советских космических кораблей впе рвые
в мире была осуществлена передача из космоса
движущихся изображений.
На кораблях «В осток» 11 «Восх од» телеви­
зионные системы были значительно усове ршен­
ствованы и позволяш1 вести передачу из кос­
моса через интервидение на всю планету
(см. в т. 5 статьи «Телевидение)> и «Радиоэлек­
троника в космосе)>).
Космическое телевидение было впервые реа­
лизовано в нашей стране запуском спутника­
ретранслятора «Молния-1», который вышел
в апреле 1965 г. на эллиптическую орбиту с вы- ·
соким апогеем - 40 тыс . /'Мt . С помощью теле­
визионного ретранс лятора , установленного на

.··
=
-=
11 1�1 HI ,11 \111t\11ll\11I)11
-
-
-
-
-
-
--
--
--
-
..:
::=
=-
--
спутник е, проводилась успешная двухсторон­
няя передача программ Москва-Владивосток
и Владивосток -Москва. В космос на ретрансля­
тор од новременно подавались сигналы с двух
на з емных передатчиков , и по «радиомосту» осу­
ществля лось как бы «двухстороннее движение».
Через космос передавались телефонные разго­
воры , .телеграфные сообщения и даже ц ветное
изображение .
Такие же эксперименты провели и амери­
канцы , перебросив через космос радиом ост
между Америкой и Европой .
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
СПУ.СR С ОРБИТЫ
Пока все космические корабл и летают по
так называемым самотормозящимся орбитам.
Первые спутники тормозились от трения об
атмосферу, снижались и сгорали в более плот­
ных ее сл оях . Чем ниже орбита, тем меньше
живет спутник . «Низкие» орбиты позволили
максимально обезопасить полет человека: в
случае отказа тормозных устройств корабль
будет 'Рормозиться в атмосфере и опустится на
Землю сравнительно скоро. Конечно, время
и место приземления в этом случае нельзя
предугадать точно. Орбита корабля «Восход»
была поднята над Землей значительно выше
(апогей - 409 км) . Поэтому уже нельзя было
рассчитывать на самоторможение .
Чтобы обеспечить безопасный возврат космо­
навтов на Землю , на корабле были установле­
ны два тормозных двигателя (один из них -
запасной) .
Корабли «Востою> и «Восход» могли спу­
ститься с орбиты , исполь зуя как автоматиче­
ское , так и ручное управление . Перед спуском
корабль разворачивается с помощью двигателей
ориент ации так , чтобы ось тормозного двига­
теля совпадала с направлением полета , а сила
тяги этого двигателя была направлена навстре­
ч у полету , т. е . чтобы двигатель «тянул назад»
и тормозил корабль. Запас эне ргии корабля
падает , и он сни жаетсн ... увеличивая скорость !
Именно увеличивая , а не уменьшая. Это
одно из свойств космических полетов.
Затормозив , кораб;1ь оказывается в плот­
ных слоях атмосферы и из орбитального по­
лет а пе реходит на крутоспадающую траекто­
рию спуска. После того как будет пройдена
зона воздействия высоких температур, вклю­
чается система призе,\r.'Iения , т. е. дополнитель­
ная система торможен ия в нижних слоях атмос­
феры , которая обеспечит кораблю приземление
с малой скоростью.
Пилот , находящийся на корабле «Восток»,
может приземлиться как в самом корабле ,
так и на парашюте после катапультирования
и отделения кресла от корабля . Трехместному
«Восходу» конструкторы обеспечили «мягкую
посадку» . Необходимость иметь в запасе еще
и катапультирование полностью отпала.
Основная проблема при возвращен ии из
космоса - тепловая защита .корабля ниже
250-100 км, .когд а уже . сказывается сопро­
тивление
атмосферы .
Ученые
занялись
этой проблемой еще до запусна первых спут­
ников . Уже тогда было ясно: какую ни выбрать
61

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Постепенное торможеннс косм и ческого корабля . В апогее орби­
ты, пр11 проходе через верхние слон атмосферы корабль тормо­
зится , 11 на следующей орби те его скорость уже уменьшается .
траекторию спуск а, придется защищать ал п а ­
рат от перегрева и выде рживать весовые пере­
грузки. Проще всего было бы спус.каться по пла­
нирующей траектории , тогда торможение может
быть как угодно :м едленным , будут малы­
ми перегрузки и перегревы . Но для планирую­
ще го сп уска кораблю нужны крылья. :Крылатый
корабль мог бы снижаться и по рикошети­
рующей траектории. :Когда-нибудь такие ко­
рабли будут как бы нырять в земную атм о сфе­
ру, тормозиться в ней и снова высl\акивать , чтобы
остыв ать , - и так несколько ра з, поnа не будет
погашена большая часть скорости нор::�.6ля.
Но пока такие планирующие косм опл а­
ны не созданы , наиболее эффективный спо­
соб - применять тормозной двигатель. Пред­
лагались , правда , и тормозящие «паруса» , но,
чтобы сп уститься с высоты 500 до 80 км при
помощи «паруса» в 200 �t2, кораблю пришл ось
бы сделать миллион оборотов вокруг Земли .
Тяга тормозного двигателя должна быть
направлена строго по касательной к траекто­
рии полета. Чем резче будет тормозиться ко­
рабль, тe!II меньше понадобится ему горючего
и тем, следовате.т1ьно, он может быть легче .
При быстром прохождении атмосферы по­
верхность nабины нагревается очень сильно.
Гагарин наблюдал при спуске , как за жаро­
прочным иллюминатором буква.1 ьно бушевало
пламя . Но за малое время спуска сгореть
успевает только слой тепловой защиты , д а
и то лишь частично, а сама кабина не прогре­
вается . При медленном торможении поверхно­
стный нагрев будет меньше , но общее количе-
62
ство выделившегося тепла больше , а значит ,
отвести те пло и изолировать кабину сложнее .
Тормозить корабJ1ь в воздухе могут пара­
шюты.
Парашютные системы открываются
сразу же после входа корабJi я в плотные слои
атмосферы. Но последний этап спуск а - при­
земление - они обеспечить не могут . Есш1 бы
корабль приземлялся только на парашюте,
уд ар его о почву мог бы вызвать перегрузку ,
опасную для жизни космонавта. Именно из-за
эт ого один из полетов в Америке чуть было
не окончился трагически.
Для смягчения уд ара предлагаются разные
способы. l\fожно перед посадкой надувать под
кораблем воздушные меш1>и : в момент посадки
воздух сожмется , а частично будет выдав.1 ен
через специальные отверстия , на это изр а­
сходуется какая-то эне ргия , значит , у�юпь­
шится и перегрузк а. Можно разместить на
днище ячеистые соты из тонкой аJiюмюшевой
фольги иш1 какой-либо пленни и запоJiю1ть нх
воздухом - такая подушка также смягчит уд ар.
Предл агается даже «прыгающая» посад1-\ а:
корабль с пJiосним овальным днищем должен ,
подпрыгивая по грунту (кан плос1шй камень
по воде) , постепенно погасить свою скорость .
Правда, лона такой способ рассматривается
всерьез Jiишь для доставки грузов .
Самый иде альный способ приземления
«мягкая» посадка, впервые примененная на
корабле «Восх од» . Этот способ самый дорогой
и сл ожный, так как нужно включать двига­
тель и расходовать топJiиво, но в принципе
он может обеспечить любую скорость (а зна­
чит , и «мягк осты ) посадки. Скорость снижаю­
щегося корабJiя гасится реактивными двига­
телями, которые автоматически включаются
на небольшом расстоянип от Земли. Тормоз-
Схема раЗJ111чных типов траекторий при спуске на поверх­
ность Земл11.

вые двигатели действуют в ст орону, проти­
воположную направлению полета, н плавно
сн ижают скорость корабля. Он как бы пови­
сает в возд ухе . Перегрузки при таком при­
зе млении могут быть очень малы, а сам уд ар
может вовсе отсутствовать .
На корабле «Восх од» через некоторое время
после того , как кончил работать основной
тормозной двнгатель п 1\орабль стал сходить
с орбиты , был отделен от кабины приборный
отсек. В «аккуратно��» спуске eFo на Землю нет
не обход1в1 0сти , а лпшннii вес усл оащил бы
систему п рнз01
1
1леш1я .
Скорость был а погашена прн спуске в ос­
новном за счет тор.м оження в атмосфере , где
нагрузку приняла тепловая защит а кабины
корабля . Затем на высоте 5 к.1t при скорости
сн ижения около 220 Jtt !ce к были автоматически
раскрыты парашюты , на них кабина и про­
должала свой спуск . И только перед са.мой
Землей был включен двигатель 111я гкой посадки.
Из сказанного видно, что строить пасса­
жирские космопл аны , выходящие из космоса
бе з сильных перегрузок , станет возможным ,
лишь когда будут созданы мощные ракеты ,
сп особные вывести на орбиту 111 ногие тонны
полезного груза , в том числе горючее, или
крылья и сложные системы те р м озащиты .
Полеты на кораблях ((Восток» и «Восход»
подтвердили, что советские ученые и :инже­
неры научились создавать космические кораб­
ли, ноторые полностью обеспечивают антивный
творчесний полет .
ПРОБЛЕМЫ Б''ДУЩЕГО
Нинто не может предск азать , когд а и111енно
нога чел овека ступит на поверхность Луны,
Вене ры, Марса. Однако многие научно-тех ни­
ческие проблемы , свя з анные с подготовкой
и проведением таких полетов , уже сейчас ожив­
ленн о обсуждаются учеными .
Прежде всего обсуждается проблема топ­
лива. Если бы было можно увеличить его кало­
рийность в 2-3 раза , то уже существующие
ракеты с экипажем смогли бы облететь Луну и
вернуться на Землю . Увеличение калорийно­
сти топлива еще в несколько раз позволило бы
сов ершить такие же полеты к Венере и Марсу .
На этом , по всей вер оятности , и кончаются
возможности химичесного топлива . Во-первых,
никакие ухищрения не позволяют безгранично
увеличивать его калорийность, т. е. з апас хими­
ческой энеу гии . Во-вторых , любое химическое
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
...
.
..
'r•
.,,...
.
"r ·�',
�r
"�:·:
..
.
..
.
.:
,
ТОШПI ВО з анимает МНОГО :\I ест а, оно СЛIIШКОМ
тяжело и часто таит в себе опасность взрыва.
Чем дал ьше рейс , тем больше, а значит,
и тяжелее дол жен быть космический корабль:
т ем больше кислорода , воды и пищи он долтен
нести в себе, тем больше до.;:�жны быт ь источ­
нщш электропитания . При той скорости , кото­
рую может развить ракета на химическом топ­
ливе , продол жител ьность полета к Луне и
обратно не превысит 2-3 недел ь, а полеты к
Венере и Марсу продлятся минимум 1-2 года .
Полеты к большим планетам , Юпитеру или
Сатурну, з аняли бы десятилетия .
Ясно , что здесь нужны принцrшп ально
новые решения . Наука и техника уже вплотную
подошли к созданию таких ракетных двига­
телей , которые при гораздо :\1 еньшем размере
и весе будут развивать невиданную еще ско­
рос ть. В первую очередь это атомные, штаз­
менные и ионные двигатели . Не вдав аясь в
детали , скажем только, что с помощью таких
ракетных систем можно будет отп равлять в по­
лет к планетам космические корабли, веся щие
м нш·ие десятки тонн , и р азвивать скорость до
100 KJtt /ceк. Впервые в мире плазменные двига-
63

ДВИЖЕ НИЕ И ЭНЕ РГИЯ
тели были применены на советской автомати­
ческой космической станции «Зонд-2)) . Они
были включены в систему ориентации этой
ракеты и успешно прошли испытания в Rосмосе .
Из других проблем космонавтики уже
се йчас встает перед учеными и инженерами
проблема ориентировки в космическом прост­
ранстве . Опыт посылки автоматических меж­
планетных станций говорит , что для точного
полета нужно иметь возможность один или
несколько раз подправить ракету на кос­
мической трассе .
Но в какую сторону и на сколько градусов
нужно изменить направ.'l ение полета? На
сколько метров в секунду нужно ускорить или
затормозить полет? Все летательные аппараты ,
трассы которых пролегают вблизи Земли, ори­
ентируются по видимым точкам или радиоори­
ентирам , расположенным на ее поверхности.
Все полеты в космосе до сих пор также коррек­
тировались с Земли с помощью разветвленной
сети наблюдательных станций. Эти станции
передавали свои набдюдения в счетно-вычисли­
тельный центр, там определялись поправки,
которые и посылались на лет,ящую ракету.
Но чем дальше от Земли пролегают трассы
космических кораблей, тем труднее следить
за ними и тем менее надежна с ними связь.
Значит , автоматы или сами космонавты-должны
ориентироваться по звездам , находить св ое
место в космиче ском прост ранстве и вычис­
лять поправки своей траектории . Они долж­
ны знать точное расстояние от Солнца , от Зем­
ли и от планеты назначения , иметь прибо­
ры , показывающие скорость и количе ство
пройденных километров , акселе рометры , авто­
матически фиксирующие примененные ускоре­
ния , они должны знать точное направление
своего движения . Одна из важнейших задач
космонавтики - создать этот комплекс при­
боров , а также компактные и надежные элек­
тронно-вычислительные
машины , способные
быстро обрабатывать показания приборов.
Не менее сложно обеспечить космонавтов
пищей, водой , кислородом, сконструировать
скафандры , приспособленные как к жаре и плот­
ной атмосфере Венеры, так и к разреженному
и холодному воздуху Марса. Десятки проб­
лем встают перед наукой, разрабатывающе й
будущие полеты в космос.
•
RРЫ.JIАТЫЙ ПОЛЕТ
Люди издавна мечтали о покорении воздуш­
ноil стихии . Народная фантазия рисовала 1юв­
ры-самолеты , крыл атые колесницы , огромных
сказочных птиц, которые переносили человека
по воздуху.
Чтобы полететь, надо преодолеть земное
притяжение . «Человек ,- говорил оте ц рус­
ской авиации Н. Е. Жуковский ,- полетит,
оп ираясь не на силу своих мускулов , а на
силу своего разума)) . Наблюдая природу , чело­
век постепенно постиг физические законы , осо­
знал их и использовал для создания летатель­
ных аппаратов разных типов.
Очевидно, по образу и подобию парящих
в небе облаков были созданы первые средства
полета: летательные аппараты легче воздуха­
воздушные шары , дирижабли. Воздушные ша­
ры и сейчас используются для изучения атмо­
сферы, для решения задач геофизики и метео­
рологии.
Птицы опираются в полете на воздух; они
подсказали человеку принцип летательных ап-
64
паратов тяжелее воздуха - планеров , само­
летов и вертолетов . Уже сейчас самолеты ле­
тают быстрее звука и превышают скорость
артилле рийских снарядов (скорость звука -
<ж оло 1200 км/ча с, снаряда -около 2000 км/час) .
Самолеты могут подниматься на 25 и даже на
40 км. Ни одна птица не летает так бы­
стро и так высоко.
Брошен ный камень летит по инерции , если
ему сообщить достаточную начальную скорость.
На этом принципе чел овек создал ружье , пуш­
ку, ракету.
АППАРАТЫ JIЕГЧЕ ВОЗДУХА
Воздух , как и жидк ость, обладает весом
и давлением. На уронне моря 1 м3 воздуха
весит приблизительно 1,3 кг, а атмосфернее
давление - около 1 бар. С увеличением высоты
плотность воздуха и давление в нем резко
уменьшаются :

У
С
Т
А
Н
О
В
К
А
Д
Л
Я
У
С
Т
А
Н
О
В
К
А
Д
Л
Я
Ш
У
М
О
Г
Л
У
Ш
Е
Н
И
Я
А
а
ро
д
в
н
а
м
ич
ес
к
а
я
т
р
уб
а
.М
А
иm
ьr
r
a
.
в
и
я
м
о
д
м
е
й
са
м
оп
ето
а
в
с
ае
р
UВ)'l!
о
а
ьп
п
ото
к
а
х
воа
дух
а
.
с
"
м
о
8'C
UЭJI
-
р
а
бо
ч
а
я
ч
а
ст
ь
а
а
ро
д
и
н
а
м
н
ч
е
с
к
о
й
т
р
у
б
ы
дл
я
н
с
о
ы
·
т
а
н
и
я
са
м
оп
ето
а
п
р
и
м
ал
ы
х
с
к
о
рост
ях
воз
ду
ш
н
о
го
п
ото
к
а
.
Т
а
б
л
и
ц
а
н
c
m
a
m
ъ
e
"
R
p
ы
л
a
m
"'8
t1
n
o
..te
m
"

Т(16л:мце1 н еmаmъг ,,Крылатый nолгm."
Типы са:1
1
олетиых двигателе!!. Typfiot1ttнmot101' двиоаmель: 1 - ре.цуктор, 2 - компрессор, :J - камера сгорания, 4 - тур­
б11и1< : 1'111>liopeaк_""н..,i• дflи•аmв"ь: 1- ВО3J:1УХОЗ8бори11к, 2 - компрес
со
р,:i-ка:1
1
ер11 t·горания, 4- турбина, � - форсаж­
ная камера, в - реактивное сопло. Лря."оmочн.ъ•й t1оадушн.о-реахпаut1ный двuоаm".�ь: l··-а•�1духозабориик, \1- камера сгора­
нии, ;1 - ре&КТНВНОе СОПЛО. Ж·1&дНОСпl><Ыit J>еанntщ�ный двu�аmель: J И 2-реаервуары i\:IЯ ТОПЛИВ8 И ОКИСЛНТелЯ, 3 - Камера
сгорания, 4 - р�активиое сопло.

1 Во сколько раз
1 Во сколько раз
Высота в км
уменьшается
уменьшается
плотность
давление
о
1,0
1,0
5
1,7
1,9
10
3,0
3,8
15
6,3
8,4
20
14
18
30
69
85
40
310
340
50
1140
1 200
60
3700
4150
70
13 200
18 800
80
58 500
91 ООО
Высоту в 40 -60 км, где плотность и дав­
ление воздуха уменьшаются в сотни раз, обыч­
но считают практической границей атмосферы.
«Всякое тело, погруженное в жидкость,
теряет в своем весе столько, сколько весит
вытесненная им жидкосты - этот закон Ар­
химеда может быть отнесен и к воздуху.
Поэтому для преодоления силы тяжести
надо, чтобы летательный аппарат был очень
легким и при этом вытеснял . бы значительный
объем воздуха. Такой аппарат можно себе
представить просто в виде пустотелого шара,
из которого выкачан воздух. Но на такой шар
будет действовать бощ.шое атмосферное дав­
ле ние , и оболочка его должна быть очень
прочной.
При современном уровне техники нельзя
сделать оболочку одновременно и легкую и
достаточно прочную. Но если шар заполнить
газом более легким, чем воздух (т. е . с мень­
шей плотностью), то давление изнутри и сна­
ружи шара можно уравновесить. Обычно ис­
пользуют водород или гелий: водород в 14,
а ге.1
1
ий в 7 раз легче воздуха.
Первые воздушные шары заполнялись на­
гретым воздухом: при нагревании воздух рас­
ширяется и становится легче. Такие воздушные
шары были впервые построены в конце XVIII в.
во Франции братьями Монгольфье. Модель
такого шара нетрудно сделать самому. Надо
склеить его из долек папиросной бумаги и
снизу через отверстие наполнить теплым воз­
духом, подержав шар, например, над костром.
Шар перестанет летать, когда воздух в нем
охладится.
СJвременный воздушный шар с герметиче­
ской кабиной для человека называется страто­
статом. Чтобы такой шар смог подняться на
большую высоту, где плотность воздуха стано­
вится все меньше и меньше, он должен вытес-
о5д.э.т.3
КРЫЛАТЫИ ПОЛЕТ
пять все больший и больший объем воздуха.
Поэтому приходится сначала шар заполнять
газом не полностью; по мере того как ша
·
р под­
нимается, давление в атмосфере становится
меньше и шар расширяется сам (рис, 1). Для
полетов на большой высоте шар делают очень
большим, диаметр его достигает десятков мет­
ров. В 1�35 г. в СССР и США стратостаты под­
нимались на высоту около 22 км . Подъемная
сила зависит от разницы между плотностями
воздуха и газа, наполняющего стратостат. I\аж­
дый кубометр водорода на уровне моря облада­
ет подъемной силой:
F=(Рв-Рн)·g =
•
= (1,29 к: -0,09 кгз )·9,81!!:_
_
�122:.
.
3.
м
м
кг
м
Чтобы поднять груз с массой в 1 кг, нужно
приложить силу в 9,81 н. На каждый килограмм
груза объем воздушного шара, наполненного
водородом, должен быть:
на уровне
моря - 0,84 м3
,
на высоте 20 км - 11,5 м3,
на высоте30км- 57 м3,
на высоте40км-260м3
•
Рис. t . На взJJетной площадке воздушный шар наполняется не
полностью. На .большой высоте ·газ расширяет ero оболочку.
60

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Рис. 2. Дирижабль.
Оболочка воздушных шаров должна быть
сделана из очень легкого и Прочного материа­
ла. Современная химичесная промышленность
изготовляет специальные плен:ки, 1 м2 :которых
весит 30 -50 г (30 лет назад материал для
оболочки стратостатов ве сил 100- 150 г/м2).
Воздушные шары почти неуправляемы·и ле­
тят, куда дует ветер. Поэтому сейчас они ис­
пользуются только для научных исследованwй
атмосферы Земли, для разведки погоды, а иног­
да и для военной разведки. На таких шарах
установлена специальная а�паратура, которая
передает полученные сведения по радио. В годы
второй мировой войны на привязанных воздуш­
ных шарах (аэростатах) поднимались прово­
лочные противоавиационные заграждения.
Аппарат легче воздуха можно снабдить дви­
гателем и рулями, и тогда он летит в нужную
человеку сторону. Такой управляемый аппарат
называется дирижаблем. Чтобы сопро­
тивленйе воздуха было как можно меньше, ди­
рижаблю Придают вытянутую сигарообразную
форму (рис. 2). Для жесткости его оболочка
натянута на металлический каркас. Строились
и цельнометаллические дирижабли, внутри ко­
торых были расположены резервуары с легким
газом.
Понятно, что дирижабль не может летать
так же высоко, как стратостат, потому что
объем его почти постоянен. Обычно дирижабли
достигают высоты не более 6 км,. а ма
:
ксималь­
ная скорость их - около 150 Кмiчас.
Строительство дирижаблей развернулось
после первой мировой войны. Сначала дирижаб­
ли были построены в Германии, затем в США и
СССР.
Но широкого распространения они не
получили. Водород, которым их наполняли,
легко воспламеняется (были случаи, когда ди­
рижабли сгорали в воздухе), дирижабли боль­
шого размера могут сломаться, попав в силь­
ный ветер. Наконец, дирижабли оказались
непригодными для военных действий: их
легко сбить из-за боJiьшого размера, малой ско­
рости и малой высоты·полета. Но дирижабли не
66
похоронены. Во многих странах про
.
ектируют
и начинают строить дирижабли-гиганты для
перевоз:ки очень больших грузов.
llOЧEMY ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ
При выстреле из ружья стрелок ощущает
отдачу -:- толчок приклада в плечо. Эта сила
действует на приклад ружья очень короткое
время - около 0,002 сек. Но на стано:к пулеме­
та эта с'Ила действует почти постоянно, пока
пули вылетают из ствола.
Так же и летательный аппарат может полу­
чать постоянную подъемную силу, если он бес­
Iiрерывно отбрасывает воздух вниз. Именно для
этого и нужны самолету крылья. Если :крыло
двигается горизонтально и при этом поставлено
под углом к направлению движения (этот угол
называется у гло м а т а к и), оно отбрасы­
вает встречный воздух вниз (рис. 3) и тем самым
Рис. 3. Крыло, по�тавленное под углом атаки, отбрасывает при
движении воздух вниз и этим создает подъемную силу.
создает подъемную силу, направленную вверх.
Образование подъемной силы основано на
законе механики о количестве движения (вто­
рой закон Ньютона):
где т - масса тела (в нашем случае это масса
отбрасываемого воздуха); v2 - v1 - изменение
скорости тела (в нашем случае - верти:кальная
скорость отбрасываемого воздуха); Р - cиJia,
действующая на тело (в нашем случае она при­
ложена к воздуху и направлена вниз), и t -
время.
Следовательно,
р=�(V2-V1)•

Так как всякое действие всегда встречает
равное по величине и противоположно направ­
ленное противодействие (третий закон Ньюто­
на), то подъемная сила У будет равна силе Р,
приложена к крылу самолета и направлена
вверх: У = -Р.
Величина подъемной силы зависит от массы
т
ежесекундно отбрасываемого воздуха t, а
она в свою очередь зависит от плотности возду­
ха р, скорости полета v и площади крыла S;
вертикальная скорость воздуха v2 - v1 за­
висит от угла атаки крыла и скорости полета.
Тогда величину подъемной силы можно выра­
зить формулой:
•
pv2
l =Су-2-S,
где Су - коэффициент, который зависит от
формы крыла и угла атаки.
Итак, подъемную силу можно создавать
довольно просто, но для этого обязательно
нужно, чтобы крыло в воздухе двигалось.
Решается это по-разному: птицы, например,
машут крыльями; планеры используют сни­
жение - сопротивление воздуха преодолевает­
ся силой тяжести. Самолету же нужен спе­
циальный двигатель. Но, может быть, выгоднее
повернуть этот двигатель так, чтобы его тяга
компенсировала и тяжесть аппарата? В этом нет
необходимости, так как подъемная сила крыла
во много раз больше сопротивления воздуха.
Отношение получаемой подъемной силы :к со­
противлению называется
аэродинами­
ческим качеством.Внастоящеевремя
для дозвуковых самолетов это
отношение достигает 25, а для
сверхзвуковых - 7 .
Развитие авиации во мно-
1
1
1
1
,
/
/
КРЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
(<;JBYROBOlt БАРЬЕР>>
И (<ТЕПЛОВОЙ БАРЬЕР>>
В 50-х годах самолеты преодолели <(звуко­
вой барьер» - их снорость стала больше ско­
рости звука, т. е . больше 1200 км/час, или
340 м/сек (на большой высоте, где температура
ниже, скорость звуна уменьшается). Преодо­
леть этот барьер было нелегно.
l\огда :какое-нибудь тело, например крыло
самолета, движется, в воздушной среде возни­
каютвозмущения ввидеволнсжатия
и разрежения (рис. 4). Они <шодготовляют>>
воздух :к обтенанию нрыла: частицы воздуха
приобретают скорость и <(расступаются» еще
до того, нан их достигнет передняя нромна
нрыла. Но тан будет лишь в том случае, если
снорость движения :крыла меньше снорости
звука, с ноторой распространяются возмуще­
ния. Тольно при этом условии возмущения смо­
гут обогнать нрыло и <шодготовить» воздух н
«встрече» с ним. В результате воздух плавно
обтекает нрыло.
EcJIИ же :крыло двигается быстрее, чем звун,
то возмущения уже не обгоняют :крыло и не
подготавливают воздух н <шстрече». Мало того,
распространяясь во все стороны в неподвижном
воздухе, эти возмущения будут накоплять­
ся, сжимая воздух, :кан это поназано на
рисунке, вдоль двух линий, ноторые называются
ударными волнами. ОбтенаниенрЬ1-
ла уже не будет плавным. Это создает дополни­
тельное, тан называемое. волновое соп
·
ротивле­
ние. (l\огда самолет · пролетает со сверхзвуно-
ПУТЬ, nrollдEнныll
ВОЗМУЩЕНИЕМ
/
//
гом зависит от открытий и изо­
бретений в различных областях
науки и техники, и в первую
очередь от развития науни об
обтеканиителгазом-аэро-
динамики. Начала этой
науни заложены исследования­
ми русских ученых Н. Е . Жу­
ковского, С. А. Чаплыгина,
С. А . Христиановича, немецких
ученых Р. Прандтля, Т. Кар­
мана и др. l\роме того, большую
роль в развитии авиации играют:
наука о механике полета, мате­
риаловедение, изобретения в
промышленности, строящей дви­
гатели, и ·В приборостроении.
ДОЗВУКОВАЯ СКОРОСТЬ
СВЕРХЗВУКОВАЯ
СКОРОСТЬ
5*
Рис. t. При дозву1<овой С1<орости возмущения в воздухе обrоняJот 1<рыло.
При сверхзвуновой снорости зти возмущен11я сосредоточиваются· на двух Jtиниях,
образуя ударную волну.
67

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
вой скоростью, то на земле мы часто ·слышим
.как бы удары грома - это доходит до нас
ударная волна). Поэтому при сверхзвуковой
скорости сопротивление движению значитель­
но больше.
В аэрQдинамике удобно измерять скорость
не в метрах в секунду или .километрах в час, а
в отношении скорости полета к скорости звука.
Эта величина называется ч.и сл ом М аха:
скорос т ь по.1
1
ета
М=
.
скорос т ь звука
Число М= 1 соответствует скорости полета
около 1200 км/час, или 340 м/сек. Чем больше
число М, тем сильнее проявляется сжимаемость
воздуха. При небольшой дозвуковой скорости,
.когда число М меньше О, 7 , сжимаемостью
воздуха можно пренебречь: воздух ведет себя
так же, .ка.к любая жид.кость. Раздел аэродина­
мики, изучающий обтекание различных тел
воздухом без учета его сжимаемости, называет­
ся гидродинамикой, в отличие от газовой
динамики, в .которой учитывается сжимаемость
воздуха.
Преодоление «звукового барьера>), т. е. за­
воевание самолетами скоростей, соответствую­
щих числу М > 1, потребовало от ученых и
инженеров широких исследований в газовой
динамике. Они стрем ились уменьшить аэроди­
намическое сопротивление и создать .ка.к мож­
но более плавное обтекание самолета. Сейчас
летчик даже не замечает, .когда самолет превы­
шает скорость звука, а многие первые попытки
получить при пикирован ии даже о.колозву.ковую
скорость на старых самолетах .кончались
.катастрофой: самолет начпнало бросать, он пе­
реставал быть управляемым.
УченЬiе продолжают искать, .ка.к еще боль­
ше увеличить скорость самолета. И тут обнару­
живаются новые интерес ные явления.
Вот самолет подготовлен .к ре.кордному по­
лету. Он выглядит совсем новым, как будто и
не совершили на нем множество тренировочных
полетов. «Взлет разрешаю!>) - передает по
радио руководитель полетов, и самолет стре­
мительно уходит ввысь. Через полчаса, .когда
он идет еще на посадку, уже известно: в течение
нескольких минут самолет превысил скорость
звука больше чем вдвое.
Знакомая во всех деталях машина подрули­
вает .к ангару. Но что это? Краска, .которой на­
писаны большие опознавательные номера, по­
темнела и обуглилась; сверкающая металличе­
ская поверхность самолета во многих ме стах
покрылась пятнами; помутнели стекла .кабины
88
летчика. Такое впечатление, будто самолет
побывал в раскаленной печи. Но ученые и ин­
женеры ждали этого!
Сжатие нагревает газ, и он передает тепло­
ту окружающим предметам. Поэтому, напри­
мер, нагревается насос, .когда накачивают вело­
сипедную шину. То же происходит и с самоле­
том: при полете с большим числом М он сильно
нагревается. Иными словами, преодолев звуко­
вой барьер, самолеты встречаются с тепловым
барьером. Если полет происходит в стратосфе­
ре (т. е . выше 11 км), где температура воздуха
равна - 56,5° Ц, то на поверхности самолета
температура может достигать:
Число М
0,5
1
2
3
4
5
Температура
поверхности
Вt0Ц
-45° -15° +115° +230° +610° +950°
Все материалы при нагревании становятся ме­
нее прочными. Та.к, у алюминия, .который ча­
ще всего применяется в .конструкциях самоле­
тов, прочность снижается очень заметно при
температуре около + 200° Ц. Чтобы преодолеть
тепловой барьер, будут применены новые жаро­
стойкие материалы из металлов и полимеров
(уже сейчас для самолетов начинают применять
сталь и титан), но, .конечно, изменится и форма
самолета. Это сделают ученые и конструкторы.
Если еще больше увеличить скорость полета
(до числа М = 10-15), температура воздуха
станет та.кой большой, что уже необходимо
учитывать изменения физических и химических
свойств газов, образующиеся у самого крыла.
Исследование течения воздуха при таких ско­
ростях началось сравнительно недавно, и по­
лучены лишь первые результаты.
ЗАКОНЫ АаРОДИНАМИКН
И ОБТЕКАНИЕ KPЫ.JIA
Важнейшие физические законы - за.кон
сохранения энергии и закон сохранения массы­
играют существенную роль в аэродинамике.
В простейшем случае, когда воздух ведет себя
ка.к несжимаемая жидкость, эти за.коны выгля­
дят сравнительно просто. Вся энергия жид­
кости складывается из .кинетической энергии,
.которая тем больше, чем больше скорость, и
потенциальной, .которая определяется стати­
ческим давлением в воздухе. Этот закон, окон­
чательно сформулированный швейцарцем Бер­
нулли, указывает: если скорость жидкости рас:­
тет, то давление будет уменьшаться; если она
уменьшается, давление увел ичивается.

Закон сохранения массы говорит о том, что
через любое поперечное сечение потока должно
проходить в каждую секунду одно и то же Rо­
личество газа. Для несжимаемой жидкости
закон этот прост: произведение площади попе­
речного сечения потока на его скорость есть
величина постоянная, т. е. чем меньше попереч­
ное сечение потока, тем больше должна быть
скорость. Этот закон наглядно проявляется
в течении реки: она течет быстрее там, где ее
русло мелкое или узкое. Следовательно, там,
где скорость потока жидкости увеличивается,
его поперечное сечение становится меньше,
а по закону сохранения энергии уменьшается
при этом и давление.
Rогда скорость течения воздуха близка к
числу М = 1, уже нельзя пренебрегать сжи­
маемостью, нужно учитывать, что вся:ний газ при
уменьшении давления расширяется и стремится
занять больший объем. При этом происходит
борьба двух явлений: с одной стороны, увели­
чение скорости требует сужения потока, а с
другой, - это же увеличение скорости приводит
к уменьшению давления воздуха, что требует
уже расширения потока. Оказывается, при до­
звуковых скоростях сильнее первое явление,
а при сверхзвуковых - второе.
На рисунке 5 поназано, что увеличение ско­
рости пр11 числе М <1 сопровождается суже­
нием потока, самое узкое место потока - при
снорости, равной скорости звука. Дальнейшее
увеличение скорости расширяет пото:н.
ИспоJiьзуя эти законы, можно объяснить
обтекание крыла самолета. На рисун:не 6 пока­
заны траектории частиц воздуха, когда они об­
текают поперечное сечение тел (профиль).
Профиль крыла как бы раздвигает поток, и
отдельные струйки сужаются, причем особенно
сильно в верхней передней части профиJiя. Но
там, где струйки сужаются, скорость будет
больше, а давление меньше. В результате дав­
ление распредеJiяется по профилю, как по:наза­
но на рисунке 7. Суммарная подъемная сила
направлена вверх и приJiожена приблизитель­
но на 1/4 ширины профиля. Эта подъемная сила
в основном получается бJiагодаря. разрежению
воз духа над верхней частью крыла.
Rогда воздух обтекает что-либо со сверхзву­
ковой скоростью, в нем возникают скачкообраз­
ные увеличения плотности и так называемые
волны разрежения. Скачок уплотнения - это
линия, перейдя которую скорость сверхзвуко­
вого потона резно уменьшается, а давление, сле­
доватеJiьно, возрастает. В реальных газах толщи­
на этой ЛИ.JIИИ соответствует всего лишь несколь-
ДОЗВУКОВАЯ
СКОРОСТЬ
КРЫЛАТЫИ ПОЛЕТ
СКОРОСТЬ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ,
ДАВЛЕНИЕ УМЕНЬШАЕТСЯ
СКОРОСТЬ
ЗВУКА
СВЕРХЗВУКОВАЯ
СКОРОСТЬ
Рис. 5. Исследование давлений среды в аэродинамической тру­
бе. При дозвуковой скорости поток сутаетс11 и скорость увеJ1и­
чивается. При сверхзвуковой скорости поток расширяется.
�
,::
:,
.
-
--
'J--:
:>
�
ПРОФИЛ!. ДОЭIУКОВОГО
САМОЛЕТА
ПРОФИЛ" СIЕРХЭ8УК080ГО
САМОЛl!ТА
CMJfA
соnrош�Енм1
n"' CКOtOCТl
l
800 """� У ШUll
мо�S·tм•
5500кr.
2000п
250кг.
250кг.
Рис. 6. Сопротив.�ешrс воздуху тел с \!аэличной геометрической
формой при дuзвуковои скорости.
ким расстояниям, обычным между молекулами.
Волной разрежения называют линию, при
переходе через которую скорость потона уве ­
личивается с одновременным уменьшением
давления.
На рисунке 8 показано, как воздух обте­
кает профиль крыла при сверхзвуковой ско­
рости. В этом случае суммарная подъемная сила
создается :нак разрежением воздуха над верх-
69

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Рис. 7. Обтекание профиля крыла при дозвуковой скорости.
ней поверхностью крыла, так и давлением на
нижнюю поверхность. Приложена подъемная
сила прибJiизительно в середине профиля.
Чем боJiьше угол атаки, тем сиJiьнее изме­
няется скорость воздуха, обтекающего крыло,
и тем больше подъемная сила. Но при углах
атаки 10-20° (в зависимости от формы крыла и
его профиля) плавное обтенание нарушается. На­
ступает, нан говорят, «срыв потока»: подъемная
сила начинает уменьшаться, а сопротивление
резко увеличивается.
Основное сопротивление при дозвуковых
сl\оростях-этосопротивление тре­
н и я. Оно обусловлено тем, что молеl\улы воз­
духа как бы прилипают к поверхности тела. При
этом в очень узком с.11ое Оl\ОЛО тела (его называют
пограничным слоем) частицы воз­
духа скользят относительно друг друга. А таl\
1\ак воздух обладает вязкостью, от этого Сl\ОЛЬ-
IOЛHlol МЭl'ЕЖЕНМll
.1,
ВОЛНЫ rАЗl'ЕЖЕ HMll
rrrJ.
..
.t
Рис. 8. Обтекание профиля крыла при сверхзвуковой окорооти.
70
жения частиц и создается сопротивление. Со­
противление трения тем меньше, чем более гл
_
ад­
на поверхность тела. Его можно сделать еще
меньше, если отсасывать воздух через мелкие
отверстия внутрь тела. В неl\оторых конструк­
циях самолетных крыльев тан:ие отверстия при­
меняются.
·
Если обте1\ание тела не проходит плавно,
а при этом образуются вихри (подобно вих­
рям за тупой кормой лодки), то это неизбежно
увеличит сопротивлени:е тела. Такое сопротив­
ление называется в и х р евы м. Чтобы умень­
шить вихревое сопротивление, хвостовая часть
тела должна быть плавной. Только при очень
большой сверхзвуковой скорости (при числе
М = 5-6) форма задней части тела мало ска­
зывается на величине его сопротивления воз­
душному потоку.
Совсем другие причины вызывают в о л н о­
в о е сопротивление. Оно возникает тольно при
сверхзвуl\овых скоростях. Это сопротивление
обусловлено потерями энергии, которая затра­
чивается на образование скачl\ов уплотнения.
Волновое сопротивление тем меньше, чем тонь­
ше тело и чем более остра его носовая часть.
При сверхзвуковой сl\орости волновое сопро­
тивление - это основная доля общего сопро··
тивления.
Когда угол атаки возрастает, сопротивление
увеличивается. Вспомним, что аэродинамиче­
ское качество - это отношение подъемной силы
к сопротивлению. При малых углах атани подъ­
емная сила близка к нулю. Поэтому и аэродина­
мическое качество мало. При больших углах
атаки, когда подъемная сила начинает ослабе­
вать, а сопротивление сильно возрастает, аэро­
динамическое качес�во тоже уменьшается. Зна­
чит, аэродинамическое качество где-то имеет
максимальное значение, обычно при углах
атаl\и 3-5 °.
Для дозвуковых самолетов выгодно приме­
нять длинные узкие I\рылья, чтобы получить
большую величину аэродинамического каче­
ства. Такие крылья (рис. 9, а) прочны, конечно,
только при достаточно большой толщине. А это
значит, что при сверхзвуl\овых скоростях такие
крылья непригодны - они оказывают слишком
большое сопротивление полету.
Для сверхзвуковых самолетов крылья долж­
ны быть тонкими и, следовательно, коротl\ими
(малого удлинения). Их обычно делают тре­
угольными или стреловидными (см. рис. 9, в),
что тоже уменьшает волновое сопротивление и
увеличивает аэродинамическое качество.
Аэродинамическое качество сверхзвуковых

Рис. 9. Формы крыла в плане: а - для
доавуковых самоilетов, б - для околозву­
ковых самолетов, в - для сверхзвуковых
самолетов.
СВЕРХ38УН08ЫЕ
СА"ОЛЕТЬI
самолетов пока еще в 2-3 раза меньше, чем
дозвуковых. Повышение аэродинамичесн:ого
качества - одна из основных проблем аэроди­
намюш.
RAR ПРОВЕРЯЮТ РЕЗУJIЬTАТЫ
РАСЧЕТОВ
Многое для самолетов и других летательных
аппаратов можно рассчитать теоретичесн:и,
особенно теперь, н:огда на помощь ученым и ин­
женерам пришли элен:тронно-счетные машины,
производящие десятн:и тысяч вычислений в се­
кунду. Но одних расчетов недостаточно. Важ­
нейший н:ритерий всян:ой теории - практика.
Поэтому, прежде чем строить самолет, надо убе­
диться, правильны ли расчеты. На помощь при­
ходят аэродинамические трубы: в них изу­
чают, как воздух обтекает модели летатель­
ных аппаратов. Простейшая принципиальная
схема аэродинамической трубы изображена на
рисунке 10.
В аэродинамических трубах используется
принцип относительности движения: в отличие
от естественных условий модель аппарата непод­
вижна, а в
.
оздушный поток движется.
Одна из первых действующих аэродинами­
чесних труб была построена Н. Е . Жуковским
КРЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
в 1902 г. Труба была совсем небольшая, квадрат­
ного сечения (0,75 Х 0,75 м); скорость потока в
ней доходила всего лишь до 9 м/сек, т. е . 32 км/час.
А сейчас строят аэродинамические трубы, в ко­
торых небольшие самолеты можно исследовать
в натуральную величину. Есть трубы, позво­
Jiяющие развивать очень большую скорость воз­
душного потока - до М = 15-20. В таких
«скоростных» аэродинамических трубах соз­
даются условия, близкие к условиям реаль­
ного полета: давление воздуха изменяется в
соответствии с «высотой полета>;, а поток
нагревается.
Если воздушный поток с большим числом М
создавать в аэродинамической трубе непрерывно
с помощью вентиляторов, потребовалась бы
мощность в сотни тысяч киловатт. Поэтому та­
кие трубы чаще всего рассчитаны на прерывное
действие: в них расходуется воздух, заранее
накачанный в газгольдеры мощными компрес­
сорами.
В современиых аэродинамических трубах
можно специальными весами быстро и точно из­
мерить силы, которые действуют на модель. Обте­
кание модели воздухом можно даже сфотогра­
фировать. При этом используют изменение опти­
ческих свойств воздуха при изменении давления.
А можно просто наклеить на поверхность моде­
ли короткие легкие шелковинки, которые будут
струиться вместе с потоком воздуха. Для
испытаний в сверхзвуковых аэродинамических
трубах изготовляются металлические модели
с очень большой точностью - до сотых долей
миллиметра. Иногда аэродинамические трубы
используют для исследования свободного поле­
та. Для этого модель подвешивается в трубе на
сп�циальных подвижных опорах.
Рис. tO. Поток обтекает модель самолета.
'7J.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Аэродинамические исследования летатель­
ных аппаратов обычно·сосредоточепы· в боль­
ших институтах. В СССР один из таких" инсти­
тутов - ЦАГИ (Центральный аэрогидродина­
мический институт им. Н. Е. Жуковского).
Он организован по указанию В. И . Ленина в
1919 г. Н . Е. Жуковским и А. Н. Туполевым.
АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАTE.JIH
Двигатель нужен самолету, чтобы преодоле­
вать силу сопротивления, а при разгоне и силу
инерции. Сила тяги двигателя рассчитывается
на основании тех же законов механики, что
и подъемная сила крыла.
От всех других двигателей авиационные
отличаются тем, что они должны сравнителЬJю
мало весить при весьма большой мощности.
Если двиг�тель окажется слишком тяжелым,
то самолет не поднимется. в воздух или не
сможет взять с собой Достаточное количество
груза. Поэтому авиационные двигатели изго­
товляют из очень легких и вместе с тем до­
статочно прочных материалов; их детали всегда
максимально облегчены. Но поскольку. такие
двигатели работают в тяжелых условиях (при
большой температуре и с большими напряже­
ниями), время их работы до ремонта, как пра­
вило, меньше, чем у других двигателей. Срав­
нительно коротnое. время работы авиационных
двигателей вызвано также требованием особой
надежности и безопасности.
Важнейший качественный . показатель дви­
гателя - его ·Так называемый удельный вес,
т. е. вес, приходящийся на единицу мощности,
выраженную по традиции ·в лошадиных. силах.
Авиационные поршневые двигатели внутрен­
него сгорания имели в 30-х годах нашего века
удельный вес О,7-О,9кг/л. . с" современные пор­
шневые..
.;.
..
.
0,5
.
кг/л. с" реактивные-всего 0,05-
0,02 кг/д. с., а у современных автомобильных
двигателей - более 2 кг/.л,. с .
Чтобы преобразовать мощность поршневого
двигателя в тягу, применяются воздушные вин­
ты. Их лопасти, подобно крылу, захватывают
воздух и отбрасывают его назад. Это и создает
тягу. Теория воздушного винта была создана
Н. Е . Жуковским вслед за теорией подъ­
емной силы крыла. На старых самолетах уста­
навливали деревянные винты. С увеличением
скоростей полета потребовалась большая тяга
и винты стали делать из металла.
Конструкторы стремятся созда
.
ть двигатель,
который затрачивал бы па получение тяги
.
как
72
можно меньше мощности. Для этого нужно,
например, чтобы каждое сечение лопасти винта
имело угол атаки, соответствующий его макси­
мальному аэродинамическому качеству. Но при
перемене скорости полета наиболее выгодные
углы атаки этих сечений изменяются. Поэтому
почти у всех современных воздушных винтов ло­
пасти могут поворачиваться с помощью специаль­
ных механизмов вокруг своей оси (рис. 11).
Рис. 11 . Уrол атаки у
лопастей воэдушиоrо вин­
та уменьшается с удалени-
ем от оси лопасти.
Это позволяет создавать наивыгоднейший угол
атаки лопасти при любой скорости полета. Этот
же механизм позволяет установить лопасть
винта так, что он тормозит самолет, например,
при посадке. В современных воздушных винтах
управление установкой угла лопастей Почти
полностью автоматизировано.
На сверхзвуковых самолетах воздушные
винты не применяютсн. Здесь тягу создает ре­
активный. двигатель. Реантивные двигатеди де­
лятся на два основных типа - воздушно-реак­
тивные и ракетные.
В простейших воздушно-реактивных двига­
телях, которые называют турбореакти в­
н ы ми (ТРД), используется воздух встреч­
ного потока. Воздух сжимается специальным
компрессором; затем его сильно нагревают (сжи­
гая, например, керосин); он проходит через тур­
бину, которая. вращает компрессор, и с большой
скоростью вытекает назад через реактивное
сопло (см. цвет. рис. у стр. 65).
Исходя из второго закона Ньютона, можно
определить, что тяга двигателя равна ежесе­
кундному приросту количества
движения:
воздуха, протекающего через двигатель.
.
Тяга
тем больше, чем боJ1ьше воздуха проходИт че­
рез двигатель и чем больше увеличивается
скорость воздушного потока. С1юрость же эта
Зависит от температуры, до
.
стигнутой в ре�уль­
т
.
ате сгорания топлива. Чем температура боль­
ше, те� лучше. Однако слишком большую тем­
пературу допускать .нельзя -:- турбина может

сгореть . Правда , турбины сейчас дела ют из
специальных огнеупорных мат ерИ:алов , которые
позв оляют повышать температ ур у . ·п о то к а до
+ 1000° Ц. Но пока это предел .
И все же выход найден . Конструкторы
предложили вторично нагревать струю воздуха
в так называемой форсажной камере уже пос­
ле того , как эта струя раскрутит турбину
компрессора . Тя га дви гателя увеличив ается
на 30-50%.
Основная часть турбореактивного двигате­
ля - его компрессор , к нему приложена вся тя­
га двигателя .
Сов ременные мощные турбореактивные дв и­
гатели развивают тягу до 150 ООО н; следователь­
но, они должны про пускать много воздуха -бо­
лее 100 м3/сек. Поэтому у передней , отк р ытой
навстречу потоку части двигателл - воздухо3а­
борника - большие раз меры; его внутренний
диаметр нередко превышает 1,5· м .
Большая тяга реактивных двигателей тре­
бует также и большого количества топлива . На
каждый ньютон тяги ·в течение часа нужно сжи­
гать около 0,1 кг керосина . Много это или мало?
Давайте подсчитаем . Есл и полный вес самоле­
та 50 т, или около 5 -105 н, а его аэродинамическ()е
качеств о равно 5, то , чтобы преодолеть аэроди­
намичесное сопротивление , двигател ь должен
развивать тягу не меньш е 105 н. Сл едовательно,
з а один час полета двигатели будут расходовать
100ОООнХО1кг гпрючего =10
'
нтягивчас
т керосина.
А это 1/5 веса всего самолета . Из этого по­
нятно , какое большое з начение имеет эконо­
мичность двига теля и аэродинамическое каче­
ств о самолета .
При большой скорости полета (М = 2 или 3)
воздух , пройдя через воздухозаборник, ·сам
сил ьно сжимается . Компрессор с турбиной ста­
новятся ненужными . Поэтому можно применить
двигательдругоготипа-прямоточный
воздушно-р е активный (ПВРД). Од­
нако надо помнить , что на ·малы х скоростях
такой двигатеJIЬ работать не будет .
.
Если добиться , чтобы турбина в ТРД погло­
ща ла почти всю энергию разогрето го и ускорен­
ного потока, то такая т урбина сможет вращать
не только компрессор , но и воздушный винт .
На этом основана конструкция т у р б о в и н­
т о в о го двигателя. Его можно сделать зна­
чител ьно более мощным , чем обычные двигате­
ли внутр еннего сгорания . Наибольшая мощ­
ность двигателя внутреннего сгор ания равнапри-
..
..
.
Гиперзвуковьfе самолеты недалекого
·
будущег о.
1
КРЫЛАТЫИ ПОЛЕТ
мерно 3000 квт (примерно 4000 л. с. ); при этом в
двигателе должно быть не меньше 20 цилиндров.
А современный турбов интовой двигатель раз­
вив ает мощность до 15 ООО квт. Можно был о
бы создать и еще более мощные двигатели ,
но уже трудно сделать винт , который раз­
вивал бы соответствующую тягу и был бы эко­
номичным.
На таких больших самолет ах , как ТУ-114,
ИЛ -1 8, АН-10, установлены турбовинтовые дви­
гатели . При скорости полета около 800 км/час
они экономичнее , чем чисто реактивные .
Воздушно- реактивные двигатели создают
тягу , отбрасывая наз ад воздух , взятый из окру­
ж ающей среды (он же одновременно служи� и
окислител ем при горении топлива) . Но с уве­
личением высоты полета плотность окружаю­
щего воздуха уменьш ается . Все меньше его
проходит через двигатель , тяга падает . От этого
недостатка свободны р а к е т н ы е двигатеJIИ
(рис. 12), для работы которых нужно иметь запа­
сы и горючего и окислителя . Тяга здесь создает­
ся отбрасыванием назад продуктов горения и
практически не зависит от онружающей среды.
Ракетные двигатели могут ра­
ботать на твердом топливе (порох)
и на жидк ом топливе (см. цвет .
рис. у стр . 65). Двигатели на жид­
ком топливе неснолько более эно­
номичны, но требуют очень осто­
рожного обращения , так кан и
топливо, и онислитель обычно ядо­
виты ; в начеств е онислителя, на­
пример , часто потребляется креп­
кая азотная кислота .
Устройство ранетного двигате­
ля много проще, чем турбореан­
тивного . В нем нет никаких вр а­
щающихся деталей . Поэтому он во
много раз легче, чем двигатели
других типов , которые могут раз­
вивать такую же тягу . Но зато в
полет надо брать много топлива и
окислителя - по весу в 15- 18 раз
больше, чем для турбореактив ­
н ого . Если бы мы з ахотели , напри-
Рис. 12. Схе­
мер , на еверх зву ковой са молет , веся-
ма ракетного
щий 50 т, поставить ракетный дв п-
двигателя.
гатель вместо турбореакти вного ,· то
на один час полета потребовалось бы не 10 т
топлива , а 150-180 т (в месте с окислител ем) .
Это более чем в три раз а превышает массу са­
мого самолета !
На самолетах ракетные двигатели исполь­
зуются только :к ак вспомогат ельные - для
'73

ДВИЖЕНИЕ И 3НЕРГИЯ
кр атковременных полетов на очень больш ой
высоте или для быстрого взлета. Широко ра­
кетные двигатели применяются на ракетах , где
тяга создается на короткое время : для быстрого
разгона зенитной ракеты, для подъема и разго­
на баллистических ракет , для з апуска спутни­
ков , для разгона и торможения космических
кораблей . Ракетный двигатель позволяет полу­
чить очень больш ую тягу . Уже сейчас для з а­
пуска космических кораблей создают двигате­
л и с тягой в неск олько сот тонн, или миллионы
ньютонов !
Н а тех же принципах , что и воздушно-ре­
ак тивные и ракетные двигатели , будут , оче­
видно , построены и двигатели буд ущего . Уче-
11ые уже думают о реактивных двигателях , в .ко­
торых воздух будет нагреваться не горение,м
.керосина или др угого химического топлива ,
а с помощью управляемой ядерной реакции ,
подобно тому l\al\ нагрев ается теплоноситель на
атомных элеl\тростанциях: Разрабатываются ион­
ные двигатели. Они тоже будут работать по реак­
тивному принципу, но в этих двигателях будет
отбрасываться не стр уя газа, а поток ионов .
Подумывают ученые и о фотонных двигателях ,
в которых сил у тяги создает отраженный луч
света очень большой силы и интенсивности.
RAR JSЫ БИРАЮТ РАЗМЕРЫ
CAMOJJETA
Чтобы создать самолет , мало з нать, нак сде­
лать .крыл о с д остаточной подъемной силой и
малым сопротивлением и каким дол жен быть
двигатель . При постройке самолета встает мно­
жество др уги х важнейших вопросов . Надо пра­
вилыю выбрать соотношение веса машины и
размеров нрыла. Надо обеспечить управление
само летом - возможность изменять направле­
ние и с1юр ость полета . Самолет в полете дол­
жен· быть устойчивым , резкая перемена его
положения при малейшем порыве ветра не­
доп устима . Самолет должен быть прочным ,
но не слиш ком тяжелым . Надо , на.конец ,
дать возможность летчин ам определять направ­
ление полета и узнав ать место , где пролетает
самолет . Кстати , на заре авиации случалось,
что летчик должен был для ориентировки сни­
жаться и на большой скорости читать название
железнодорожной станции.
Одним словом, очень и очень много е над о
учес ть и предусмотреть констр укторам, чтобы
построить самолет безопасный , экономичный
и удобный для пилотирования. Широко изве-
стны имена наших авиаконструкторов А. Н . Ту­
полева, С. В. Ильюшина , А. И . Микояна ,
А. С . Яковлева, О. К. Антонов а, под ру1ювод­
ством которых строятся замечател ьные самоле­
ты.
С чего же начинается проектирование само­
лета? Прежде всего надо точно определить его
наз начение и исходя из этого решить , наковы
дол жны быть скорость и высота полета, какой
груз поднимет самолет и .каное расстояние о н
должен пралетать . Затем можно приступать
к выбору размера самолета ; гл авная его ха рак­
теристика - пл tщадь крыла.
После взлета по мере увеличения скорости
полета самолет дол жен у меньш ать угол атаки
:крыла, чтобы подъемная сил а оставалась рав­
ной весу (рис . 13). Аэродинамическое сопротив­
лен ие самолета при этом будет постепенно умень­
шаться . Мин имальным оно станет при том угл е
атаки, .который соответствует максимал ьном у
аэродинамическому качеств у (этот угол атаки ,
как мы уже говорили, равен 3-5°) .
Дальнейшее увеличение скорости требует
еще меньш их угл ов атаки, но оно начнет также и
ув еличивать сопротивление. Конструкторы наш­
ли выход - в этом с лучае можно уменьшить
площадь крыла. Но тогда на 1\аждую часть его
площади придется большая часть веса машины.
И тепер ь , чтобы оставить подъемную силу рав­
ной весу самолета , нужно вновь увеличить угол
атаки. В результате аэродинамическое сопро­
тивление опять уменьшится ; оно должно быть
минимальным на основной скорости полета .
Таким образом , подбирается так называемая
удельная наrрузка на к рыло - масса (в ес) са­
молета , приходящаяся на 1 м2 крыла. Эта вели­
чина у сверхзвук овых самолетов достигает
8000 н/м2, у тихо ходных самолетов - 1200 н/м2,
а у летающих с небольшой скоростью моде­
лей - всего несколько десятков ньютонов на
кв адратный метр .
Необходимо учесть также, что взлетная и по­
садочная скорости самолета должны быть как
можно меньше. А для этого в свою очередь вы­
годна небольшая удел ьная нагрузка на .крыло ,
т. е. надо ув еличить площадь крыла . И вот кон­
структору приходится решать вопрос, .ка.кую же
площадь .крыла выбрать для самолета : сделаешь
небольшое .крыло - придется взлетать и са­
диться на большой скорости ; сдел аешь большое
.крыло - нужен более мощный двигатель и са­
молет не будет экономичным.
Ученые и инженеры стремятся уменьшить
взл етно-посадочную скорость самол етов , ле­
тающи х с большой скоростью . Для этого можно ,

например , изменять в момент посадки или взле­
та форму и пр офил ь крыла. Наиболее распро­
страненный вид такой, как ее назыв ают , «меха­
низации» крыл а - установка закрылков . От­
клонение их перед взлетом или посадкой увели­
чив ает подъемную сил у :крыла и позволяет
несколько
уменьшить
взлетно-посадочн ую
скорость.
Но все равно у современных скоростных са­
молетов эти скорости намного больше, чем у
ст арых , тихоходных. Например , у широко из­
вестного тихоходного самолета ПО-2 , применяе­
мого в сельском хозяйств е , взлетно-посадочная
скорость всего 60 км/час . Современные же сверх­
звуковые самол еты взлетают при скорости
ок оло 300-400 км /час , а приземляются - при
200-300 км/час . Посадочная скорость в данном
случае меньше пото му, что самолет садится
почти без горючего.
На большой высоте плотность воздуха сил ь­
но уменьшается . Поэтому, чтобы 1\рыло сохра­
няло свою подъемную силу , нужно увеличивать
скорост ь полета. Летат ь высоко - это значит
летать б ыстро. Максимальная высота полета ,
таким образом , зависит в значител ьной мере от
скорости.
Рис. t3. При увеличении скорости самолет должен уменьшать
уrол атаки : а - малая скорость, 6 - большая скорость.
Практически только на сверхзвуковых ско­
ростя х самолет может достичь высоты 20-
25 км. Для этого нужны очень мощные двигате­
ли, тяга которых на большой высоте достаточ­
на , чтобы создать необходим ую подъемную силу.
Современные сверхзвуковые самолеты с ре­
активными двигателями л ет ают на высоте 20-
22 км; в специ ал ьных полетах лишь на очень
короткое время они могут достигнут ь 40 км.
К РЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
На еще большую высоту поднимаются исследо­
вател ьские самолеты с ракетными двигателями .
Сами они не стартуют с земли-их поднимают
на 10-12 км тяжелые самолеты-матки. Ракет­
ный двигатель включается после отделения от
самолет а-матки. Такой двигател ь дает самоле­
т у возможность на короткое время подняться
на высоту около 100 км и развить скорость око­
ло 6000 км /час .
Размеры и вес самолета проектир уются тем
большими, чем больше гр уза дол жен он поднимать
и чем дальше должен летать. У самолета-ис­
требителя дальност ь полета не более 3 тыс. км .
Он поднимает мало гр уза и поэтому весит срав­
нительно немного - обычно не больше 10 т.
Вес дальних бомбардировщиков и больших
пассажирских самолетов достигает 100 т.
КАК YllP AB.Jl.ЯIOT CAMO,JIETOM
Упр авлять самолетом - это значит изме­
нят ь его положение в полете или противодей­
ствовать порывам ветра. Для этого используют
:как опору окружающий его воздух. Предполо­
жим , что летчику нужно вывести самолет из
горизонтального положения так , чтобы левое
:крыло оказалось ниже правого. Такое положе­
ние называется креном влево. Для этого служат
элероны - отклоняющиеся рули на :крыле
(рис. 14). Если элерон на правом крыле откло­
нить вниз , увеличивая подъемную силу этого
крыла, и одновременно рт:к лонит ь вверх элерон
левого крыла, самолет накр енится влево.
Для управления по курсу (вправо, влево)
служитруль направления.Оннахо­
дится на вертикальном х востовом оперении
(на киле). А для продол ьного управления
(вверх,вниз)служитруль высоты,рас­
положенный на горизонтал ьном опер ении. Для
хорошего управления нужно , чтобы все рули
были размещены как можно дал ьше от центра
тяжести самолета. Поэтому элер оны распола­
гают на концах крыл ьев , а рули высоты и на­
правления - на х восте.
Рулем направления летчик управляет , на­
жимая на педали. Нажал педаль под правой
ногой - и рул ь направления принимает поло­
жение, при к отором самолет повернет в правую
сторону. Элероны и руль высоты присоединены
к одному рычагу - к ручке управл ения . Если
летчик потянет эт у ручку на себя , рули высоты
отклонятся вверх. На хвосте возникнет аэроди­
намическая сила, направленная вниз , которая
и заставит самолет увел ичить угол атаки. Если

ДВ ИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
РУЛЬ ПОВОРО108
Рис. Н. Органы управления самолетом ,
же летчик переместит ручку управления влево,
то отклонятся элероны и самолет начнет кре­
ниться влево. Ручку управления летчик дер­
жит правой рукой, а левой управляет тягой
двигателя и множеством различных приборов .
На большом самолете, которым упр авляет
не один летчик, а целый экипаж (летчик, борт­
инженер , радист , штурман) , за приборами и
двигателем ест ь кому смотреть, а летчик упр ав­
ляет только самолетом . Вместо ручки упр авле­
ния на таком самолете часто ставят штурвал ,
похожий на «баранку» в автомобиле.
На свер х звуковых или больши х дозвуко­
вых самолетах у летчика не хв атит силы, чт обы
самому откл онять рули . Тогда в проводку управ­
ления встраивают специ альные с е р в о м о­
т о р ы. Они-то и отклоняют рули, а летчик
лишь вводит их в действие. Чаще всего такой
механизм представляет собой цилиндр , в ко­
тором масло под большим давлением (около
200 атм ) перемещает поршень , связанный с ка­
ким-либо из рулей.
Такой механизм называется бустер ом , а
упр авление этого типа - бустерным . Тяга
сервомотора дости гает нескольких тонн, или
десятков тысяч ньютонов , потребляемая м ощ­
ность - нескольки х десятков килов атт .
Летчику приходится управлять рулями не
только для того , чтобы совершит ь какой-нибудь
маневр . Даже если самолет летит пр ямо , руль
76
в ысоты , :н а пример , дол жен быть отклонен . Из
механики известно, чт о для равновесия всяко­
го тела необходимо , чтобы равнодействующая
всех сил , действующих на тело, а также момент
этих сил равнялись нулю . Подъемная сила кры­
ла уравновешивает вес самолета, тяга двигате­
ля - сопротивление, а момент подъемной силы
на хвостовом оперении должен уравновеши вать
момент подъемной силы кр ыла относител ьно
центра тяжести самолета (рис . 15).
Чем дальше в самолете расположен центр
тяжести от точки приложения подъемной силы
кры ла, тем большая нужна подъемная сила на
оперении . Может возникнуть мысль: а если рас­
поттожить центр тяжести самолета как раз в
том месте, куда приложена аэродинамическая
подъемная сила? Ведь тогда управлять самоле­
том будет очень легко . Оказыв ается , так посту­
пить нельзя . Это опасно .
УСТОПчивость CAMOJIETA
Бывало так, что самолет пе мог совершать
полет . Вот оп быстро разбежался по аэродр ому
и ушел в воздух. Но вместо того чтобы пл авно
набирать высоту , он начинает пр оделыв ать не­
понятные маневры . Будто неведомая,сила резко
бросает самолет то вверх, то вниз . ,И летчику
нужны мужество и мастерство , что�ы, призем­
литься обратно па аэродром . Чтобы· уя снить,
почему такой случай возможен , слеДует позна­
комиться с очень важц�м. поня;гием у с т о й­
чивости двин(ения.'
Про ш арик, подв ешенный на нитке , можно
сказать, что он висит устойч иво . При этом мы
подр азуме ваем , что , если шарик отклонить,
он сам вернется в прежнее устойчивое положе­
ние. А вот JU!рандаш пост авить на стол торцом
не так-то пр осто . При слабом дуноооmш воздуха
кар а ндаш упадет -его ,пол ожение неуст ойчив о .
Понятие устойчивости м ожно распростра­
нить и на движение любого тела , в том числе и
соnРотивn�ние
IEC
Рис. 15. Схема сил, действующих на самолет в полете.

самолета (математическая теория устойчивости
движения была разработана А. М . Ляпуновым).
Движение, в том числе и полет самолета,
называют устойчивым , если, например , при
порывах ветра машина сама, без вмешательс тва
летч ика, стремится сохранить свое прежнее
движение . Для этого нужно , как показано на
рисунке 15, расположить центр тяжести впе-
ПОДЪЕМНАR сил"
САМОЛ�ТА
Рис. 16. Силы, дейст­
в ующ ие на самолет:
а - в горизонталь­
ном ПОЛf>Тf!. 6 - при
развороте.
реди от аэродин·амическогофо­
к у с а самолета, т. е. той точки, где при­
ложена суммарная подъемная сила при изме­
нении угла атаки . Тогда , если по каким-ни­
будь причинам самолет увеличил свой угол
атаки (например , снизу подул ветер), подъемная
сил а сначала увеличится и самолет начнет под­
нимат ься . Но это же увеличение подъемной силы
создает момент относител ьно центра тяжести
в ту стор ону:. и без вмешательства летчика угол
атаки самолета опять уменьшится до прежней
величины .
Горизонтальное оперение можно поместить и
спереди (такая схем а самолета называется «уткой»),
а крыло при этом сд винуть назад. Но вертикаль;.
.
ное оперение для устойч ивости необходимо разме­
щать на хвосте . Так же устроен , например , и
воздушный змей : роль вертикального оперения
КРЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
игр ает у него веревочный хв ост . А без хвоста
змей и летат ь не будет .
Когда самолет устойчив и хорошо управляем,
он может легко и безопасно совершать различ­
ные маневры. Простейший маневр - это раз­
ворот , или вираж . Летчик накреняет самолет
в сторону поворота , например влево , и про­
екция подъемной силы будет разворачивать
самолет в ту ж е сторону (рис. 16). Но чтобы са­
молет при этом не опустился вниз, надо увели­
чит ь подъемную силу. Летчик одновременно
с отклонением ручки упр авления влево тянет
ее на себя и тем самым увеличивает угол атаки .
При этом летчик почувствует , что его силь­
но прижимает к сиден ью . Иными словами, он
испытает перегрузку (перегрузкой называется
отношение действующей на летчика или само­
.11ет силы, исключая силу тяжести, к силе их
тяжести). Чем интенсивнее разворот ,
тем
больш е требуется угол крена и тем больше
перегрузка. В горизонтальном полете перегруз­
ка равна единице, при угл е крена в 60°-2,
при 70° - 3, а при 80° - уже 6! Перегрузки
возникают при любом маневре самолета,
если при этом ·изменяется подъемная си11а,
т. е . возникает ускорение . Для легких ма­
невренных самолетов максимальная пере­
грузка - 10, а для тя желых или пассажир­
ских - около 2. Тренированный летчик дли­
тельное время легко переносит перегрузку,
равную 5, а если она действует доли секунды,
то до 15 и даже 20. На беспилотных ракетах
допускаются большие перегрузки . Поэтому
самолету трудно уверну'Гься от зенитной ракеты .
Легкие самолеты могут совершать много фи­
гур высшего пилотажа (см . цвет . рис . у стр . 72).
Высший пилотаж зародился в 1913 г., когда
русский летчик Нестеров и французский пилот
Пегу почти в один и тот же ден ь выполнили «мерт­
вую петлю» , или, как ее тепер ь называют , пет­
лю Нестер ова . Когда скорост ь аамолетов была
uебольшой , высший пилотаж применяли н е
только для спорта Или тренировки летчика, но
и в воздушных боях между истребителями . Но
с повышением скорости си льно возрастает ра­
диус разворота . При скорости 500 км /час ра­
диус разворота около 600 м, а пр:И скор ости
1800 км /час уже около 8 км. При· таком раз­
вороте легко потерять из виду пр отивника.
Наиболее опасная фигура высi:uего пилота­
жа - «штопор» . Угол атаки при «штопоре»
доходит до 50°. Плавное обтекание крыла и опе­
рений наруш ается , и отклонение рулей
·
мало­
эффективно . Поэтому вывести самолет из «што­
пора» иногда бывает очень трудно .
77

ДВИЖЕНИ� И ЭНЕРГИЯ
ПРОЧНОСТЬ И БЕЗ ОПАСНОСТЬ
Каждый тип самолета долже н пр ойти в спе­
циал ьных лабораториях испытания на проч­
ность . Если самолет выдерживает нагрузку боль­
ше расчетной , это ... очень плохо: конструкцию
надо облегчить, чтобы самолет мог брать боль­
ше горючего или груза.
Очень важно поэтому знать, какие на··
грузин в полете будут действо вать на само­
лет . Эти нагрузки будут больше , если самолет
должен вы полнять различные маневры. Но
даже тяжелые, неманевренные самолеты долж­
ны выдерживать порывы ветра, скорост ь к о­
торых на высот е около 11 км иногда достигает
200 км/час .
Самолет может разрушиться в воздухе не
только от порыва ветр а. Ведь к онструкция са­
молета не может быть, как говорят специалисты,
абсолютно жесткой, и при определенных воз­
действиях он деформируетс:Я . А при деформа­
ци ях , например , крыла изменятся и аэродина­
мические силы. На большой скорости и при
неправил ьной конструкции изменения аэроди­
намических и инерционных сил могут вы з вать
очен ь опасные колебания , которые за несколь­
ко секунд способны разрушить самолет . Такое
явление называется ф л а т т е р о м. Предот­
вращение флаттера-трудная и сложная задача.
Пилотируя самолет , летчик должен быть уве­
рен , чт о двигатель и все другие основные си­
стемы работают нормально, что самолет нахо­
дится в правил ьном положении , что скорость
полета вполне допустима. Только тогда полет
будет безопасным . Этому помогают различ­
ные пи лотажные приборы и специальные ав-
ЭКРАН
с подвижным
ИЭ06РАЖfНИЕМ
\
//
К ПРК50РАМ
••=°Т'
,.
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ
МАШИНА
"'-• •.:· / КАБИНА
�i!:r.:
::
.:
:.
..
...<,
'
САМОЛЕТА
т оматические системы
важные из пилотажны х
управления. Самые
приборов - указа-
тель скорости , махметр, высотомер, авиаго­
ризонт , компас. (Подробно об устройстве этих
приборов и автопилоте рассказано в ст . ((Т ех­
ника помогает водить самолеты» в т. 5 ДЭ .)
Действия летчика в полете должны быть
точными и быстрыми . Поэтому перед тем , как
летет ь на новом самолете, летчик много часов
проводит в кабине , тренируясь в упр авлении .
Для такой тренировки существует даже спе­
циальноеустройство-тренажер.Онсо­
стоит из кабины самолета, электрической счет­
ной машины и экрана с проектором (рис . 17).
Сигналы при· отклонении рычагов упр авления
подаются в счетную машину , которая опре­
деляет , как при этом должен двигаться самолет .
По сигналам счетной машины изменяются по­
казания приборов и одновременно изменится
изображение на экране. Есл и, например, летчик
потянет ручку управления на себя , то сразу
изображение горизонта на экране начнет опус­
каться , как будто действител ьно самолет уве­
личил свой угол атаки. Изображение на экра н
дается через подви;кны\1 проектор или с помощью
телевизиоы:ной устано вки .
Однако, как бы х орошо ни был подготовлен
летчик, при больших скоростях ему очен ь труд­
но уследит ь з а пок азаниями вс ех приборов.
Чтобы облегчит ь ему пилотир ование , особенно
при длительных полетах , применяют автопи­
лоты . Соврем енные самолеты оснащены очен ь
сложными и совершенными авт опилота ми,
которые позволяют хорошо летать даже на ма­
лоустойчивом самолете, надежно осуществл ять
посадку в тумане и т. д .
КРЫ.;JАТЫЕ РАКЕТЫ
"..
."
"�1
1/ .-· '.::"•"';'
�.К&;,1
1_"
" ...
•
:r:..
.._.
•••••••••••
,.
Крылатые ракеты в принципе
пол ета ничем не отличаются от
самолетов , тол ько они летают
без летчика . Испол ьзуют такие
ракеты главным образом для
военных целей , как для оборо­
ны , так и для наступления .
Строятся и специ альные ракеты
для исследований условий по­
лета на больших, еще не ос­
военных скоростях или высо­
тах . Резул ьтаты полета таких
ракет дополняют исследов ания
в аэродинамических трубах .
�/
······
··
Рис. 17. Схем а тр ен ажера (установки Д.J
J
JI тренировки nетчика на зем.1
1
е).
78
Иногда ракету трудно от­
личить по виду от самолета.

У крылатой ракеты могут быть и четыре крыла,
расположенные в двух взаимно пер пендику­
лярных плоскостя х. Это дел ается для того,
чтобы маневр ракеты можно было совершать
без крена . Ракеты могут стартовать как с з ем­
ли (рис. 18), так и с самолета (рис. 19). В
з ависимости от назначения различают ракеты
«во здух-воздух», « з емля -воздух», <(воздух­
землю> , «Во здух-вода>> и т. п. Например , ракета
«земля - воздух» стартует с земли и предназна­
чена для поражения воздушных целей (самолетов
или ракет противника) . Ракета <(воздух - зем­
лю> стартует с самолета и поражает цел ь на
земле . Ракеты упр авляются автоматически ; наво­
дят их на цель обычно с помощью ради олока­
тора. Чт обы достигнуть больщой скорост.ц (до
М = 6) , на ракетах устанавливают воз душно­
реактивные или ракетные двигатели (см . ст .
<(По лет в космосе ») .
ПУТИ ДА.JIЬНЕЙШЕГО Р A3BHTHJI
АВИАЦИИ
Пока что только военные самолеты летают
быстрее звука . Но уже в самом скором времени
будут созданы и пассажирские сверхзвуковые
самолеты со скоростью полета до 2000 и даже
3000 км/час. Представьте себе, 1'ак сократятся
тогда расстояния! Ехать из Хабаровска в Мос­
кву на поезде нужно больше недели ; на воздуш­
ном лайнере ТУ-114 этот путь занимает 8 часов,
а сверхзвуковой самолет см ожет пройти его
всего за 3 часа .
Если летет ь с востока на запад, то при поле­
те на свер х звуковом самолете можно <( обогнать»
время . Если бы мы вылетали из Хабаровска на
таком самолете сразу после встречи Ново­
го го да, скажем в час ночи, когд а в Москве
7 часов вечер а, то в столицу мы прибыли
бы в 10 часов вечера прошедшего года. Одним
сл овом, мы смогли бы встретить Новый год
дв ажды .
Самолеты , особенно тяжелые сверхзвуко­
вые , требуют для взлета и посадки специ аль­
ных аэр одромов с длинными (3-4 км) бетон­
ными взлетно-посадочными полосами . Строи­
тел ьство таких аэр одромов обходится очень
дорого , а в г орных районах , например, практи­
чески вообще невозможно . Поэт ому будущие
самолеты должны иметь возможност ь взле тать
и садиться либо вертикал ьн о, либо на маленьких
аэр одр омах . Такого типа опытные самолеты уже
построены . На них устанавлив аются или допол­
нител ьные вертикал ьно расположенные дви-
К РЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
Рис.
·
18. Р аке та «земл я-воздух» н а стартовой установке.
Ри с. 19. Rрыла та я ракета «воздух-воздух », подвешенна я на
са молете.
79

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
гатели; или специальные устройства для пово­
рота струй от ос новных двигателей вниз .
Ави;щионная техника будет развив аться д
еще дальше . Уже сейчас разрабатЫваются про­
екты гиперзвуковы х
воздушно-космических
самолетов . Такой самолет будет об ладать ско­
ростью , соот ветствующей числу М = 5, даже
10 и более , и сможет «выпрыгиваты из атмо­
сферы Земли . При входе в атмосферу самолет
«отскочит» от нее, подобно плоскому камню ,
брошенному вдол ь повер хности воды , облетит
вокруг Земли , войдет в атмосферу и выберет
место посадки .
Такой самол ет может быт ь и последней
ступенью ракеты , которая возвращается на
Землю после дал ьнего космического пол ета.
Но чтобы создать самолет такого типа , нужно
решить еще много проблем , и первая из них -
преодол еть «тепловой бар ьер », с которым мы
познакомилис ь в начале статьи .
•
ЧE.JIOBER ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
Каравелла Колумба
«Санта -М ария».
Более двух третей
повер хности Земли 'За­
нимают моря и океаны ,
бесчисленные реки , озе­
ра .· Мировой океан бо­
лее миллиарда лет назад
стал колыбелью жизни
на Земле. Для. тысяч
видов . жив отных во­
да-их
"
· р одщ�я стихия :
для рыб , моллюсков и
даже млекопитающих ,
например кита, дельфи­
на, моржа.
После миллионов лет
эволюции из океана
вышли на сушу з.емно-
водные. От них и произо­
шел наиболее совершенный класс жив отного
мира - млекопитающие , среди ни х и человек .
Но увы...
Это «в ысшее творение природы» ,
пройдя миллионнолетний пут ь развития , утра­
тило ср еди лесов и гор свои связи с водной
стихией . Человеку , ставшему хозяином Зем­
ли, внов ь пришлось научит ься. пйаватЬ; без
этого он не мог бы свободно передв�гаться даже
в пр едел ах одного материка ...
Окружавшее материки безбрежное море ма­
нило его своей таинственност ью. И человек
.;;
;
научился преодолевать тысячекилометровые
водные прос транства: опираясь на силу своего
разума, он научился плавать .
.
Сначала инстинк­
тивно, а потом сознательно ·он познавал зако­
ны природы , позволившие ему совершать этот
подвиг .
Надо ли подробно рассказывать о значении
плавания в жизни· человека. Достаточно ска­
зать, что благодаря этому умению человечест­
во расселилось по Земле, по всем ее материкам.
80
ТАЙНА ОСТРОВА ПАСХИ
Е вропейские путешественники , впервые по­
павшие в XVIII в. на затерянный в Ти хом ок еане
о-в Пасхи , об наружили там колоссальные ка­
менные статуи , из
'
ображавшие людей или богов .
Вес некоторых из эти х изв аяний достигал 20 т.
У людей, живши х на ос трове , х ранились до­
щечки с письменами , но никто из них не умел
прочест ь, что там было написано. Было не­
понятно и кто писал на этих дощечках, и кто
установил статуи . А еще таинственнее было то,
что статуи , оч ень похожие на изваяния о-ва
Пасхи , были об наружены за тридевять земель
от него - в Южной Америке , в Перу. Неко­
торые ученые даже высказали предположение ,
что статуи и на о- ве Пасхи и в Перу установил
один и тот ж е народ. Но население остров а стоя­
ло на очень низком кул ьтурном уровне, лодок ,
пригодных для плавания по океану, у них не

быдо, · а до перуанского берега от о-ва Пасхи
4000 1'М. Как же люди Перебрались чер ез
океан?
Норвежский ученый Тур Хей!!рдал решил
док азать, что и много веков назад люди могли
переплывать океан . Он отпр авился ·в Южную
Америку и построил там плот - точную копию
древних перуанских плотов: девять толстых бре­
вен из бальзовых дерев ьев, свяiзанных веревка­
ми; на плоту были бамбуковая хижина , четырех­
угольный парус, и рулевое весло на корме .
У полинезийцев сохр анилось предание , что не­
когда через океан приплыл с востока на плоту
легендарный вождь остр овитян Кон-Тики .
В честь его Хейердал и пят ь его товарищей
назвали свой плот «Кон-Тики» .
Более трех месяцев продолжалось путеше­
ст вие шести отв·ажных исследов ателей. Около
8000 1'М проплыли они на плоту и док азали высо­
кие мореходные качеств а древнего перуанского
корабля . Об этом плавании Хейердал рассказал
в с воей увлекательной книге «Пут ешествие на
«Кон-Тики».
О том, когда и как люди научилис ь пл авать
на плотах и лодках , можно только догады­
ваться . К разным народам это умение пришло,
о чевидно, в разное время и при различных об­
стоятельств ах . Почти все жив отные умеют
плавать, но иногда он и предпочитают пользо­
ваться плывущим мимо них предметом .
Человек , не умеющий плавать, попав в воду,
инстинктивно стремится ухватиться за что-ни ­
будь. Плывущее дерево для него - спасител ь­
ная поддержка, а дерев ья, случайно сцепив­
шиеся ветвями, - уже надежная опор а. Воз­
можно, чт о где-нибудь так и началось плавание
на плотах. Люди научились плавать верхом на
дереве, оседлав его, как коня . Если в таком
дереве было большое дупл о, человек мог плыть
более удобно : его ноги оставались сухими , а шес­
том он отт алкив ался от дна пли от плывущих
рядом дерев ьев. Возможно, так он и пришел к
д олбленой лодке и к веслу .
RAR Ж ИДКОС ТИ ВСТРЕЧАЮТ
�<ГOCTEil•>
Погрузим под воду кусок пробки . Стоит
тодько отнят ь руку , как вода вытолкнет его
на повер хность. Но так будет не с каждым пред­
метом . Недаром говорят: «Пошел камнем на
дно•>. Действительно, камень или, скажем , ме­
талличес кий ключ сразу пойдут на дно . Но
можно доказат ь, что жидк ост ь выталкивает
о6д.э.т.з
ЧЕЛОВЕК ПОКОР ЯЕТ ОКЕАН
Рис. f.
ввер х и те тела, которые в ней тонут, да только
не удается ей э·rо : не хватает у нее силы, чтобы
их вытолкнуть.
Привяжем к металлической ложк е тонкую
резиновую нит ь, как показано на рисунке 1,
и измерим длину резинки . Затем опустим лож­
ку в сосуд с водой . Снов а измерив теперь длину
резинки , мы убедимся, что нит ь стала короче.
Значит , вода выталкивает дожку вверх.
Силу, которая выталкивает тело из жидко­
сти, называют вытал кивающей или поддержи­
вающей. Пробка плавает на поверхности воды.
словно ее кто-то поддерживает . Резинка стала
в воде короче - как будто что-то выт алкивает
ложку снизу .
Куда же направлена выталкивающая сила?
Резиновая нить, к которой подвешена ложка
в воде , укорачиваясь, со- ..
..
..
..
------.,
,;
храняет свое отв есное поло­
жение и не отклоняется в
стор ону . Ес ли короткой нит­
кой привязать к пробке груз
и опустить его на дно , нить
натянется
строго отвесно
(рис . 2) . Это показывает , что
выталкивающая сила, дейст-L-.61•••
вующая на пробку, направле-
на вертикально вверх .
Рис. 2.
Почему больно лежать на морской гальке на
берегу и не больно, погрузившись в море? По­
чему тя жест ь ведр а с водой мы начинаем ощу­
щат ь тол ько с того момента, когда ведро пока­
зывается над повер хностью воды в колодце?
Попробуйте сами ответить на эти вопр осы .
ДАВJIЕНИЕ ЖИДКОСТИ
Жидк ос'Гь давит на предмет , опущенный в нее,
и снизу вверх, и свер ху вниз, и в любом другом
направлении . Но сила, с которой она давит, раз­
лична и зависит от того, насколько глубоко опу­
щен предмет в воду . Деревянный брусок, опу-
81

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
щенный в море на метр овую глубину, всплывет
и останется таким же, но на две океана давление
воды изменит его свойств а.
Уч еные проделали опыт : на прочном тросе
опустили глубоко в море металлическую клетку,
внутри которой был положен кусок дерева .
Когда клетку вы нули на повер хность, оказа­
лось, что колоссальное давление воды так силь­
но сжало кусок дерева, что он потерял способ­
ност ь плавать и тонул в воде . Недаром же чело­
век , глубоко нырнувший, чувствует боль в
ушах : вода давит на бараб анную перепонку .
Да вление внутри жпдкости равно ее уде ль­
ному весу (d) , умноженному на высоту ее стол­
ба (h) . Из этого следует , что в любой точке на
Рис. 3.
одной и той же глубине
давление в жидкости
од инаково (рис. 3) , и 1J:ем
глубже , тем давление
больше.
Если сравнить дав­
ления , создаваемые во­
дой и ртутью, то ока­
жется, что столб ртути
дав ит в 13,6 раза силь­
нее , чем столб воды та­
кой же высоты, так как
удел ьный вес ртути в
13,6 раза больше удель­
ного веса воды. Но в од-
ной и той же жидкости,
на одной и той же глубине при различных
ат мосферных условиях давление может быт ь
неодинаковым. На высокой горе оно меньше,
чем у поверхности моря. Ведь к давлению жид­
кости добавляется давление воздуха на ее по­
ве рх ност ь.
Давление измеряют единицей бар . 1 бар =
=10° п/м3• На глубине 10 м вода создает дав­
ление : P=dh =9800 н/.1t 3·10 м = 0,98 бар . (Сред­
нее атмосферное давление - 1,013 бар) .
На рисунке 4 изображено несколько сосу-
r<:
:
1!.- -- -
Рис. 6.
82
Рис. :i. О пыт Паскаля.
дов. Форма у них самая различная , неодина­
кова и площадь дна , но уровень воды, нали­
той в них , одинаков . Следовательно , давле­
ние жидкости на дно во всех этих сосудах
одинаково. При первом взгляде на сосуды
даже не верится эт ому. Однак о это не так . Не­
даром это явление называется гидростатиче­
ским парадоксом 1•
Не надо только путать давление с силой
давления. Давление - это сила, действующая
на единицу площади. Понятие же «сила давле­
нию) применяется ко всей площади дна в сосуде.
На рисунке 5 изображен опыт француз ского
ученого Блеза Паскаля. В верхнем днище проч­
ной деревянной бочки, доверху наполненной
вод ою, он продедал узкое от верстие и плотно
вставил в него длинную трубку. Когда Паскаль
налил в трубку несколько кружек воды , дав­
ление воды разорвало бочку. Этот оп ыт на гляд­
но показ ал , как можно небольшим количеством
воды создать огромную силу давления у дна со­
суда .
i Парадоксом называется утверждение, расходя­
щееся с общепринятым мнением или такое, которо&
на первый взгляд кажется удивительным и нелеuыы,
но оказывается справедливым.

КАК ОБОЙТИСЬ БЕЗ ВЫСШЕЙ
МАТЕМАТИКИ
В жидк ост ь помещен куб (рис . 6). Давление
на одной и той же глубине одинаково , поэтому
силы давления , действующие на его боковые
гр ани , ур авновешиваются . Сила давления , дей­
ствующая на вер хнюю грань, меньше силы , дей­
ствующей на нижнюю грань, потому что эти
грани расположены на разной глубине, - чем
глубже, тем давление в жидкости больше . Зна­
чит , равнодействующая вс ех сил, действующих
со стороны жидкости на куб , направлена вер­
тикально. Это и ест ь выталкивающая сила.
Для такого простого случая выт алкиваю­
щую силу рассчитать нетрудно. Но если куб
расположен в воде наклонно, рассчитать выт ал­
кивающую силу гораздо труднее . Если же
у тела, опущен ного в воду , непр авил ьная форма ,
для расчета выт алкивающей силы уже надо
применить вы сшую математику .
Впр очем , можно найти более легкий и корот­
ний путь. Воз ьмем себе в проводники знаме­
нитого голландского математика и физика Сте­
вина. В конце XVI в. вышла его книга, в ко­
торой дан простой и наглядный прием для
определения выталкива юще й силы . Позже этот
прием , правда , в неск олько измененном виде ,
стали называть принципом отвердевания.
Представим себе, что в сосуде с жидкост ью
какая-то часть ее неправильной формы затвер­
дела, но вес эт ой части остался неизменным . «З а­
твердевшая» част ь не всплывет и не опустится на
дно . Следов ательно, ее вес Р уравновешивается
силой F, т. е . силой давления со стороны остав­
шейся жи дкости (рис . 7,а).
Мысленно удалим «затвердевший» объем
жидкости и вставим на его место твердое тело
(из металла) точно такого же объема и формы
(рис . 7 ,6). Жи дкост ь будет «обманута». Ведь
для нее ничто не изменилос ь, и она будет да­
вит ь на это тело с такой же силой, как раньше
,.;авила на жидкост ь. Еслп у твердого тела вес
Рис. 6.
ЧЕЛОВЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
а
6
F
F
р
р
Рис. 7.
больше, чем у «затв ердевшей» жидкости , то оно
опустится на дно сосуда . Мы знаем , что в жид­
кости вес тела уменьш ается . Он ста новится
равным Р - F.
Если же вес твердого тела меньше , чем вес
« затвердевшей» жидкости , то выт алкивающая
сила будет больше, чем сила тяжести тела ,
и оно всплывет .
(1.
..
..-
1
Р11с. 8
f
р
Итак , если тело полностью погружено в
жидкость, на него действует вертикально вверх
выт алкив ающая сила, равная весу жидкости
в объеме тела. На тело, частично погруженное
в жидк ость (рис . 8), действует вы талкивающая
сила, равная весу жидкости в объеме погру­
женной части тел а.
Обычно обе эти формулировки объединяют
в одну : на тело, частично или полностью погру­
женное в жидкость, действует ве ртикально
вверх выталкивающая сила, равн ая весу
жидкости , вытесненной телом . Этот закон назы­
вается законом Архимеда . Выталкивающая сила
зависит не от наклона тела и не от его формы ,
а только от объема вытесненной им жидкости
и от ее удельного веса.
88

ДВ ИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
--
-
В старинной восточ­
ной сказке рассказы­
вается : «Цар ь обещал
дать тому , кто взвесит
его слона , столько зо­
лота, сколько весит сам
слон. Бедняк перевоз­
чик ввел слона в свою
большую лодку и отме­
тил уровен ь, до которого
она погрузил ась в воду. Затем он свел слона на
берег п нагрузил лодку золотом до прежней
отметк и. Вес золота равня лся весу слона».
Негр амотный лодочник , конечно , не знал закона
Архимеда , но он сообразил: если у двух грузов
одинак овы й вес , они погрузят лодку в воду до
одн ого и того же уровня .
. И•ХН1'1ЕД И ЕГО ОТКРЫТИЕ
Легендарные рассказы об исторических лич­
ностях , пуст ь и не всегда в точности соответ­
ствуют фактам , очень интересны и запоминают­
ся на всю жизнь. О древнегреческом ученом
Архимеде и его открытиях возникло много ле­
генд. Вот одна из них.
Гиерон , завоевав царский престол в сицилий­
ском городе Сиракузах, решил в благодарность
за эту свою удачу принести в дар богам золо­
тую корону . Он заказал ее мастеру и прик азал
отвесит ь ему нужное количество золота . Тот
к назначенному сроку приготовил корону. Вес
ее точно соответствовал весу отпущенного зо­
лота . Но царю донесли , что мастер частично под­
менил золото серебром . Гиерон разгневался , но,
поскол ьку сам не ·м ог найти способ уличит ь
мастер а, обраrился за помощью к Архимеду .
Как рассказыв ают , Архимед сделал два
слитка - один из золота, другой из серебра -
84
каждый такого же веса , какой был у кор оны .
Затем наполнил водой сосуд до самых краев,
опустил в него серебряный слиток и отмет11л ,
сколько воды тот вы теснил .
То же самое он пр оделал и со слиткюt золота.
Объем золотого слитка оказаJ1ся меньше, чем
у равного ему по весу слитка серебра. Затем
Архимед опустил в сосуд корону : поды вы текло
бол ьше, чем от золотого слитка , и меньше , чем
от серебряного. Сравнив три полученных объе­
ма вытесненной воды, Архимед рассчита.1
1
, сколь­
ко золота и сколько серебра пошл о на изготов­
ление короны . Так была доказана вина мастера .
Два обстоятел ьства важны в этой легенде .
Во-первых , Архимед нашел способ измерять
объемы твердых тел со с.1ожной формой . Во-вто­
рых , он сопоставил вес а различных веществ не
друг с другом, а с весом воды, т. е. впервые
обратил вн имание на свойство фи зичесних те.11,
которое мы тепер ь называем плотностью пли
удельным вес ом . Это само по себе было уже
большим открытием. Работы Архимеда отю1-
ч аются простотой и доступностью дл я понима­
ния . Многие выведенные им законы легли в ос­
нову современной наую1. Слава его неда р ом
.сохранилась до ваших дней.
Архимед открыл три закона , которые стали
основой науки о плавании тел:
1. Тела, имеющие при равном объеме рав­
ный с жидкостью в е с, плавают, полностью по­
гружаясь в жидк ость.
2. Тела, бoJiee легкие , че ы жидк ость, при
погружении в нее стремятся кверху с силой,
равной разности между весом жидкости, взя­
той в объеме тела, и ве сом самого тела.
3. Тела тяжелее жидкости и опущенные в
нее тонут. П ребЬiва я в жидк ости, они теряют в
своем весе стольRо , сколько весит жидкость,
вз ятая в объеме тела.
ПJIABAHHE- �то рАВНОВЕСНЕ
Тело плавает, когда его вес уравновешен вытал­
кивающей силой. Тело не тонет, не всплывает и
может находит ься в жидкости на любой глуби­
не , так как плотность жидкости мало меня ется
с увеличением давления. Так плавают рыбы ,
:морские жив отные, подводные лодки , батиска­
фы, так может пл авать и чел овек.
Вес плавающей рыбы в точности равен весу
вытесненной ею воды. В любом жив ом организме
до 90 и даже более пр оцентов воды , так что его
средняя плотность мало отличается от п.11 от­
ности воды.

Человек у, подводной лодке,. кораблю пла-:. ..
в ать в воде помогает .. . воздух! Проведем неслож­
ный расчет . Плотность стекла, из которого сде­
лана бутылка, равна 2,2 г /см3; плотность воды -
1 г/см3• Следовательно, стекло в воде пойдет ко­
дну . Но если стеклянная бутылка, наполненная
воздухом , плотно закрыта пробкой, она буДет
плавать на пове рхности воды . Масса стеклян­
ной литровой бутылки равна примерно 0,5 кг;
масса воздуха , заключенного в вей,- около
1 г, а средняя плотность закупоренной бутыл-
ки с воздухом - 0,501 г/см3 (1;01 с:3) ,т. е. вдвое
меньше плотности воды .
Налив в бутылку некоторое количество во­
ды , мы можем сдел ать ее среднюю плотность
в Jочн ости равной плотности воды . Такая бу­
ты лка сможет плавать в воде на любой глубине .
Средняя плотность бутылки , запол ненной одним
воздухом , меньше, чем плотность жидкости ; она не
может плавать на любой г лубине и будет вытолк­
нута на ее поверхност ь. Объем ее погруженной в
воду части уменьшается , так как часть бутылки
окажется над водой. Поэтому и выталкивающая
сил а уменьшится и станет в точности равной
весу бутылки с воздухом .
Подводная лодка плавает на любой глубине ,
не опускаясь и не поднимаясь, если ее средняя
плотность равна плотности морской воды. Что­
бы получить среднюю плотность подводн ой лод­
ки, нужно сложить массы ее корпуса, двигате­
лей, людей и воздуха, находя щегося в ней, и
разделит ь полученную сумму на объем , занимае­
мый лодкой.
Набрав в балластные цистерны воду , подвод­
ная лодка погрузится в глубину моря ; ее сред­
няя плотность станет больше плотности морской
воды. Если же выдавить сжатым воздухом воду из
балл астных цистерн, подводная лодка всплы­
вет . Объем подводной лодки всегда один и тот
же . Она изменяет среднюю плотность, увеличи­
вая или уменьшая свою массу , заполняя свои
цистерны во здухом или водой. Запас сжатого
воздуха вс егда должен быть в подводно й лодке ,
без него она не сможет поддер живать свою пла­
вучесть и всплыть на поверхность воды .
Кроме того , подводная лодка не могла бы
пл авать под водой без так называемых горизон­
тальных рулей : даже самая незначительная
разница между ее весом и выталкивающей силой
гнала бы ее на дно или на поверхность. По-ино ­
му изменяет свою среднюю плотность «автоном­
ный» водолаз (запас сжатого во здуха он носит на
спине в баллоне) : если ему нужно всплы ть , он
на дувает скафандр воздухом . Средняя плот-
ЧЕЛОВЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
ность человеческого тела больше плотности
воды , она равна 1,03 г /см3 • Плавучесть человеку
обеспечивает воздух, набир аемый им при вдохе
в легкие .
При полном вдохе средняя плотность че ло­
веческого тела становится меньше плотности
воды. При выдохе , когда тело теряет плаву­
чест ь, человеку приходится создавать подъем­
ную силу дви жением рук . Искусство пл авать -
эт о умение пр авильно дышать, координируя вдо­
хи и выдохи с движением рук и ног.
ПJIАВАНИ·Е ПОД ВОДОЙ
Наибол ьшая глубина в Мировом океане-
11 км. Подводные же лодки не могут опускаться
ниже 250 м; их корпус не выдержал бы большое
давление воды . Ведь на такой глубине на
каждый квадратный сантиметр поверхности
додки давит сила примерно в 250 н. Давление
здесь в 20 с лишним раз больше атмосферного .
Образно говоря , подводная лодка движется
только под самым «потолком» океана .
В еще худшем положении находится водо­
лаз. �ели его скафандр сделан из мягкой водо­
непроницаемой ткани , то внешнее давление
воды п ередается че рез ткань на человека . Ниже
150 м он опуститься не может . Поэтому был соз­
дан жесткий скафандр . Он представляет собой
как бы прочный футляр и защищает от давления
воды . В нем водолаз дышит воздухом с нормаль­
ным атмосферным давлением . Водолаз внешне
напоминает закованного в латы средневекового
рыцаря . Такие скафандры дают возможност ь опу­
скаться до 250 м, но они неудобны для работы
под водой. Их используют главным образом для
осмотра предметов, лежащих на две . Сейч ас не­
обходимость в них уже миновала: для осмотра
дна используют телевизионные камеры , погру­
жаемые на дно .
Человек издавна мечтал «акклиматизиро­
ватьсю> в океане. В научно-фантастическом рома­
не А. Р . Беляева «Человек-амфибию> , написан-
86

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Гонки оодводвоrо скутера в морской черепахи .
пом в 20-х годах, ребенку сделали опер ацию ,
после которой он мог дышат ь не только легки­
ми, но и жабрами . На rлазах у человека-амфи­
бии были бол ьшие вы пуклые очки , а одежда его
состояла из сверкающей чешуи . В наши дни эта
фантазия писателя уже близка к осуществлению.
За последние годы большое развитие получило
подв одное плавание. Люди часами плавают под
водой, изучая жизнь моря и его обитателей. Н а
ногах у них резиновые ласты , глаза и нос закры­
ты водонепроницаемой полумаской, а во рту
мундштук , соединенный с находящимся за
спиной аппаратом с баллонами сжатого возду­
ха - аквалангом .
В переводе на русский язык «акваланг» -
подводные легкие. Средняя плотность аквалан­
гист а со всем его оборудованием очень близка
к плотности воды . Изменяя объем воздуха в
своих легких , аквалангист может в небольших
предел ах изменять свою плавучесть, т. е. под­
ниматься или погружаться .
Акв алангисты спускаются под воду не толь­
ко для исследования растительной и животной
жизни океана, но и для подъема затонувших
грузов , и для археологических работ . Плавание
под водой и подводная охота на рыб стали новым
видом спорта . Аквалангисты могут достигать
глубин до 100 м .
Один из пионеров подводного плавания -
француз Ив Кусто сконструировал подв од­
ный скутер , который может тянуть человека под
водой со скоростью 10 км/час .
Подводное плавание дает возможность изу­
чать «потолок» океана. Но человек стремится
обследовать и его дно . Сначала он проник глу­
боко в океан в прочном металлическом цилинд­
ре . Затем для глубинных исследований стали
88
применять стальные шары - батисферы с ил­
люминатор ами из толстого кв арцев ого стекла.
В батисфере челов ек з ащищен от давления в оды
стальной броней .
В 1934 г. америк анским ученым Вильяму
Бибу и Отису Бартону удалось опуститься в ба­
тисфере на глубину 923 м . Во время спуска
они обнаружили новые виды рыб . С помощью
батисфер были проведены многие интересные
исследов ания . Однако у этих аппаратов есть
большой недостаток : с кораблем они связаны
тросом . Трос позволял батисфере передвигать­
ся только по верти кали , а обрыв его неминуемо
кончился бы гибелью исследов ателей.
Эти недостатки были преодолены , когда за
изучение морских глубин взялся знаменитый
исследов атель стратосферы бельгийский профес­
сор Огюст Пикар . Он сконструировал для погру­
жения на большие глубины батиск аф - подвод­
ный стратостат .
В батискафе исследователи и приборы на­
ходятся в стальной шарообразной гондоле; она
укреплена под металлическим продолговатым
«попл авком» , который наполнен бензином .
Плотность бензина - 0,8 г/см3 , поэтому такой
«попл авок» дает подводному кораблю запас
плавучести .
Если бы в «попл авке» батискафа был воз­
дух , как , например , в цистернах п·щв одной
лодки , то на глубине в несколько километров
его надо было бы з ащитить от громадного дав ­
ления толстыми стальными стенк ами . Это сни­
зило бы плав учесть . Бензин же почти несжи­
маем , нак и вода , и тонкие стенки <(пош1авка>)
лишь не дают бензину растечься в воде . Д,;�я по­
гружения батиснафа использован балласт из
стальных дробинок . Они удержив аются в cuc-

ци альной камере электромагнитом и могут
быть мгновенно выброш ены.
30 сентября 1953 г. батискаф, в котором на­
х одились Пикар с сыном, достиг гл убины 3150 м.
Исследов атели пробыли под водой 2 часа 20 мин.
и непр ерывно вели киносъемку. На случай
встречи с невиданными морскими чудовища­
ми батискаф был снабжен гл убоководной
пушкой .
В другом батискафе , построенном во Фран­
ции по проекту инженер а Вильяма , 15 фев раля
1954 г. Гуо и Вильям установили новый рекорд
погружения , опустившись на глубину 4050 м .
Сейчас усов ершенств ованные батискафы ос­
нащены двигателем и винтами и могут уже
самостоятельно передвигаться в любом на-
Батискаф, rотовый к uorpyжeвmo.
ЧЕЛОВЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
правлении . В последние годы в батискафе до­
стигли дна океана в Марианской впадине -
в самом глубоком месте на Земле. Толща воды
здесь до ::;тигает 11 ООО м.
В батискафе были сын Пикара Жак и аме­
риканский моряк Дон Уолш .
Может показаться , что на больш ой глубине,
под колоссальным давлением в 800-1000 атм
(1 атм = 1,013 бар) , вода так сжата ивес ее в
объеме батискафа так велик , что это помешает
дальнейшему погружению . На самом деле не
так . Ведь жидкости почти не сжимаются . Плот­
ность воды на дне Марианской впадины лишь
на 5% больше, чем у повер хности . Поэтому и
выталкивающая сила мало меняется при увели­
чении глубины .
Это можно проверить на опыте . Для него
н ужен пластмассовый сосуд и мелкокалиберная
винтовка. В сосуд налив ается до половины его
объема вода . Пуля , попавшая в верхнюю по­
ловину сосуда , проделает две аккур атные круг­
лые дырки , и только . Выстрел в нижнюю часть
сосуда разнесет его на част и. Объяснит ь это
можно так : пуля проходит через жидкость
за очень короткое время ; вода сжимается на
величину объема пули, но не успев ает подняться .
Давление за это мгновение настолько возрас­
та ет , что сосуд разлетается на куски . Поэтому и
подводная лодка гибнет, когда на некотором рас­
стоянии от нее взрывается глубинная бомба .
Практическая несжимаемость жидкости исполь­
зуется и в батискафе. Толщина стальных стенок
у полой гондолы равна 9 см , а у бензинового
«поплавка» - всего цескольким миллиметрам.
Пе!1АВАН ИЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ
У подводной лодки такелаж, нулевая пл аву­
честь , т. е. ее средняя плотность, в точности рав­
няется плотности воды . Чтобы нырнуть на дно ,
она должна уменьшить свою ш�авучесть , а чтобы
подняться на поверхность - ув еличить ее.
У обычного надводного корабля должна быть
положительная плавучесть , чтобы он мо г нести
свои надстройки, находящиеся под водой на од­
ном и том же горизонтальном уровне , грузы и
людей, не погружаясь в воду.
Почему плав ает на поверхности воды дерево?
Ведь плотность целлюлозы, из которой состоит
древесина, выше плотности воды - 1,5 г /см3•
Помните описанный в начале статьи опыт , ког­
да ученые подвергли деревянный брусо к колос­
сальному сжатию и тот уже не смог плавать?
Дерево плавает потому, что в нем есть воздух .
87

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Давление воды вытесни­
ло этот воздух , и дерево
потеряло
плавучесть .
Намокшие стволы де­
ревьев тонут в воде.
Плот, сдел анный из де­
ревьев , обладает поло­
жительной плавучестью,
пока он не намок . Хейер­
дал и его спутники на
«Кон-Тики» пережили
немало тревожных дней ,
наблюдая , как намока­
ют бальзовые бревна , из
которых был сооружен
их плот.
Лодки и корабли обладают положительной
плавучестью потому, что вода не может цро­
никнуть внутрь их корпуса. У корабля в воду
погр ужено только его днище ; вес вытесненной
им воды как раз равен весу всего к орабля , по­
тому он больше не погружается в воду.
УПРЯМОЕ ПOJIEHO
Силу, действ ующую на какое-либо тело ,
можно представить приложенной к одной его
геометрической точке. Так , например , сила з ем­
ного притяжения (вес) приложена к центр у
тяжести тела. Выталкивающая сила тоже при­
ложена к определенной точке - к так назыв ае­
мому це нтру да вления . Эта точка находится
в центр е тщкести вытесненного телом объема
жидкости .
Деревянный брусок , например обыкновен­
ное полено , не может плавать стоймЯ . Сколько бы
мы ни пробовали установить его вертикально ,
упрямое полено будет падать набок и плавать
только плашмя. Как видно на рисунке 9,
центр давления находится ниже центра тя­
жести. Стоит полену чуть отклонит ься от вер-
88
тикали, как возникает пара сил , которая уво­
дит его еще дальше от вертикального положе­
ния. Теперь нам стали понятными причуды
упрямого полена . Оказывается , его поведение
диктуется неумолимыми законами физики.
ЦЕНТР ДАВJIЕНИЯ
•< ПУТЕШЕСТВУЕТ•»
Полено , плавающее плашмя , находится в
устойчивом равновесии , или , как говорят судо­
строители, обладает остойчив остью . Остойчи­
вость должна быть и у
корабля .
На рисунке 10 слева
схематически
изобра­
ж ен корабль; который
от качки . и от ветра
накренился . Величина
выталкивающей
сил ы
при этом не изменилась ,
так как объе�i погру­
женной части у право­
го борта корабля уве-
личился настолько же ,
Рис. 9.
насколько уменьшился слева от осевой линии .
Правая часть корабля вытесняет больше воды ,
чем левая, значит , и центр тяжести вытеснен­
ного объема жидкости тоже переместился вправо
от осевой линии . Оказывается , центр давления
<< Путешеств ует» ! Только это и создает устойчи­
вость . На рисунке видно , что вес и выталкиваю­
щая сила образуют пару сил , которая стре­
мится вернуть корабль в положение устойчи­
вого равновесия . Иг.1
1
а, точка опоры которой ни­
же центра тяжести , не моп,ет стоять на зеркале
вертикально.
МЕТАЦЕНТР
Мы установили , что при крене корабля центр
давления смещается от осевой линии в ту же сто­
рону. При этом обычно возникает пара сил, ко­
торая стремптся вернуть корабль в по;южение
равновесия. Удастся или не удастся этим силам
выровнять 1юрабль , з ависит от многих причин :
от формы корабля , от того , как он нагружен 11
какой крен он сделал. Если трюм корабля пра­
вильно нагружен и борта его достаточно высоки,
то даже большой крен кораблю не страшен .
Когда же основная масса груза расположен а
на палубе, а трюм почти пустой, даже неболь­
шой крен может стать причиной гиб.эли судна .

Точка М, в которой выталкивающая сила
пересекается с осью корабля, называется ме ­
тацентром . Если метацент р расположен выше
центра тяжести судна - корабль устойчив , ес­
ли ниже -неустойчив . На рисунке 10 слева изо­
бражен крен судна с правильно нагруженным
трюмом . Центр тя жести кор абля находится
сравнительно близко от ки.�:rя и расположен
/р
/
Рис. 10.
ниже метацентра. Справа на том же рисунке -
крен судна с пере груженной палубой и пустым
трюмом. Центр тяжести судна находится срав­
нительно ближе к палубе и расположен выше
метацентра. В этом случае сила тяжести и выта.т:r­
кивающая си.т�а опрокидывают корабль . Чем выше
метацентр над центром тяжести , тем большей
остойчивостью обладает судно.
В наше время только сошедший с ума ка­
питан может з агрузить свое судно так , что
центр тяжести окажется выше метацентра. Тя­
п-;елые грузы помещают в нижнюю часть трю ­
ма , а легкие - в верхнюю и на палубу.
Трюмы г рузовых судов , идущих порожня-
ЧЕЛОВЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
ком , иногда специально загружают балластом .
чтобы мета центр был выше центра тяжести.
ВОДОИ ЗМЕЩЕНИЕ
Когда речной буксир тянет баржу, видно и на
глаз, что он намного больше ее. Но моряки
определяют размеры судна точной цифрой: не­
длиной и шириной, а водоизмещением . Если
водоизмещение судна 5 тыс. т, это значит , что
столько весит вытесненная им вода, когд а он()
нагружено до нормы. Вес корабля с грузом
также равен в этом случае 5 тыс . т-ведь когд а
тело плавает , его вес равен весу вытесненной:
жидкости . На обшивке судна обычно делают
отметку, соответствующую его погружению при.
полной нагруз ке . Но если корабль перейдет из
од ного океана в другой, где вода более соле­
ная , уровень его погружения станет меньше .
Водоизмещение , равное весу судна, при этом .
понятно , не изменится, но глубина погружения
станет меньше. На обшивке судна поэтому де­
.т:r ают не одну, а несколько отметок в зависимости
от солености воды в различных морях.
Чем больше водоизмещение корабля , тем
больше груза он может взять на борт. Водоиз­
мещение в современном судостроении непрерыв­
но увеличивается : у советского танкера «София»
водоизмещение 62 500 т, в Япони:и строится тан­
кер «Ниссо мару» водоизмещением в 132 ООО тt
Это примерно в три раз а больше , чем водоизме­
щение каждого из таких гигантов Атлантики,
как «Иль-де-Франс» (45 .ООО т), «Нормандию>
(46 ООО т), и почти в два раза больше водоизме­
щен ия «Куин Мери» (81 ООО т).
КОРАБЕ.JIЬНЫ Й АКАДЕМИ К KPЬl.JIOB
Английский
линейный корабль «Роял
Джордж» , стоявший в 1799 г. на рейде Саут­
гемптона, немного наклонили , чтобы очистить
днище от ракушек и водорослей. Для этоrо
пушки с одного борта откатили к осевой плос­
кости судна, пушки же другого борта оставили
на своем месте . Судно получило безопасный для
него крен. Огневые люки нижнего ряда пушек
были выше поверхности моря. До вечера работу
не успели з акончить , а ночью на море подня­
лось небольшое волнение . Волны захлестну­
лись в пушечные люки, вода просочилась в
трюм , и корабль перевернулся. Погибло
около 1000 человек , вместе с ними и адмирал ,
командовавший эскадрой.
89

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Способность норабля оставаться на плnву
при большем или меньшем нрене называется
запасом плавучести. Знаменитый нораблестрои­
тель анад. А . Н . Крылов много лет работал над
те орией остойчив ости и непотопляемости но­
рабля . Он часто прив одил в пример эту натастро­
фу для подт верждения той мысли, что запас
плавучести судна измеряется объемом его над­
водн ой части. Дейстnптельно, пусть даже борта
норабля высоно подняты над поверхностью
моря , но, если в них есть нание-либо нез адра­
енные , т. е. не занрытые плотно, отверстия ,
запас плавучести резн о снижается .
А. Н . Крылов отмечал , что иногда даже
нужно иснусстиенно уменьшать запас плаву­
чести . В наше время нажды й большой норабль
р а зделен на водонепроницаемые отсени . Попав
в поврежде нный отсен , вода может придать
нораблю оп асный нрен. Пожертвовав неното­
рым запасом плавучести и з атопив подводные
отсени другого борта , можно сохранить по­
врежденный норабль на плаву. Еще в 1904 г.
А . Н. Крылов разработал для некоторых типов
военных нораблей таблицы непотопляемости .
Но царсное адмиралтейство не осущест вило
предложение ученого.
Инжене р броненосца «Орел» В. П. Костенно,
знаномый с таблицами Крылова, по своей ини­
циативе устроил на норабле систему выравни­
вания . И во время Цусимсного боя , несмотря
на тяжелые повреждения , этот норабль оста­
вался на плаву. А получившие тание же по­
вреждения бронен осцы «Аленсандр 111» , «Боро­
дпно» , «Суворов» опронинулись и затонули .
ATOMHЫii ЛЕДОКОе.11 «.JIEHllH»
В нашей стране з а годы Советсной вдасти
создан сильный Военно-Мореной Фл от, в строи­
те льстве ноторого антивное участие принимал
А. Н. Крылов . Наши торговые суда бороздят
все оне аны мира , а на севере СССР работает
самый мощный в мире ледокольный флот .
В 1959 г. в СССР вступил в строй первый
атомный ледонол «Ленин» , ставший флагманом
Полярного флота. Это один из самых з амеча­
те льных нораблей нашего времени (см . в т. 5
статьи «Водный транспорт» , «Атом на сл ужбе
человена»).
У ледонола «Ленин» большое водоизмещение -
16 тыс . т. Энергетичесное сердце норабля -
три мощных атомных реантора. Их суточная
потребность в топливе - неснольно де сятRов ...
граммов ядерного горючего. Без остановок
90
л е донол может продвигаться во льдах двух­
метровой толщ ины. Атомный ле докол продлп.1
навигацию по Северному морен ому пути почти
в два раза.
В нонструнции атомох ода была исполь зо­
вана и разработанная акад. А . Н . Крыловым
теория непотопляемости. Одиннадцать водо­
непроницаемы х переборон сохранят корабль на
плаву даже в том случае, если будут затопдены
два главных отсека.
На самом ли деле ледокод колет лед? Нет ,
это предст авление неверно. Корпусу ледокола
прпдана такая форма , что нос его с раз гона
въезжает на лед , ломает и продавливает его .
KAlt ДВllЖЕТСЯ КОРАБа11Ь ?
Примерно 160 лет назад Роберт Фультон
впервые предл ожил установит ь на норабле
паровую машину. «Когда я строил в Нью­
Й орке свой первый пароход, - вспоминал он
впоследствии,-люди отнеслись к моему замыслу
през рительно , нак к фантастической затее» .
Еще совсем недавно основным типом кораб­
лей были пароходы , сжигающие в топках своих
паровых нотлов каменны lr уголь . Паровая ма­
ш ина приводил а в действие нолеса или винт .
Первым пароходам не хватал о взятого на борт
угля , чтобы пересечь Атлантику.
Парусные кораблн 11 з зска;:1ры адм 11ра.1 а Ушакова.

ЧЕЛОВ ЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
Кораб.;�ь с паровым д внrате.лем .
На большинстве современных кораблей
установлены дизельные двигатели, вырабаты­
вающие электроэнергию. Вал винта приво­
дится в действие электромотором . На ледоколе
«Ленин» и америк анском грузо-пассажирском
судне «Сав анна» установлены атомные двига­
тели, позволяющие им совершать дальние ш1а­
вания без пополнения з апасов топлива - 1 кг
урана им хватает на целый месяц плавания .
Американские подводные лодки совершали кру­
госветные плаванин, не пополняя запасы топлива.
Ходовой винт корабля , вращаясь в воде , соз­
дает усилие тяги . l\орабль медленно набирает
скорость . При движении с постоянной скоростью
корабль рассекает воду и испытывает ее сопро­
тивление . Сила этого сопротивления з ависит
от скорости корабля , от формы и величины его
корпуса . Чем уже Rорабль , чем п лавнее его
«обводы» , тем большую скорость он развияает
при той же мощности двигателей . По этому у скоро­
стных кораблей вытянутая стреловидная форма .
Вся мощность двигателя при движенип
корабля расходуется , чтобы преодолеть сопро­
тивление воды. Но чтобы увеличить скорость
норабля в 2 раза , мощность двигателей п запа­
сы топлива должны быть увеличены уже в 4 раза .
Скорости современных пассажирских и военных
судов достигают 40 узлов (узел - 1,852 км/час).
При дальнейшем увеличении скорости двига­
тель 11 запас топлив а з аняли бы все водоизме­
щение судна , не оставив места для пассажиров
и полезного груза.
Древние мореплаватели использовали для
движения кораблей энергию ветра. На парус­
никах водоизмещением едва в 500 т Rолумб
достиг Америки, а Магеллан обогнул земной
шар.
Еще 100 лет назад, в l\рымской войне ,
участв овали парусные- стопушечные корабли
водоизмещением в нескол ько тысяч тонн !
Но парусник всегда зависел от капризов
ш �годы. В наше время парусные суда исполь-
Военный норвб�ь с днзсльным н двнrате�ям н .
91

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
зуются в основном для спорта, подготовки мо­
ряков , рыбного промысла и для научных экспе­
диций . Советское парусное судно «Зарю> осна­
щено специальной аппаратурой для измерения
магнитного поля Земли . Чтобы ·не мешать пока­
заниям этих приборов , на судне нет ни одн ой
железной детали.
Парусное судно может двигаться даже
против ветра, используя его силу. Это :кажется
уд ивительным : судно пе ремещается по ломаной
линии . Та:кой способ движения называется ла­
вировкой. Если при та:ком движении ветер дует
справа , то говорят , что судно идет правым гал­
сом ; если слева - то левым галсом . Чтобы
парусник мог лавировать , у него должен быть
большой и тяжелый :киль . Тяжесть повышает
ост ойчив ость при боковом ветре ; большая пло­
щадь :киля создает большое сопротивление прн
бо:ковом смещении судна; сопротивление дви­
жению вперед у него в сотни раз меньше , чем
в боковом направлении . .
Рассмотрим лавировку на примере яхты
(рис. 11). Сила ветра ОА создает силу ОВ , дей­
ствующую на парус РР1 • Силу ОС учитывать не
нужно, та:к :ка:к ветер совсем не действует на
парус , :когда он дует вдоль его плоскости.
Разложим тепер ь силу ОВ на две силы:
одну -ОК , движущую судно по направлению
:киля LL1 ; другую - ОМ , перенди:кулярную
:к направлению :киля ; силу ОМ можно не при­
нимать во внимание , та:к :ка:к вода оказывает
очень большое сопротивление та:кому перемещению
лод:ки . Та:ким образом , очень большая сила ОА
те ряет свою большую составляющую ОС , другая
его часть - ОМ давит на :киль , но :киль не сме-
/
р
;/
j(
/
Р11с. t t. Лавирование парусного судна.
щается и з-з а большого сопротивдевия воды .
И толь:ко небольшая часть силы ОА-в направ­
лении ОК - двигает яхту хоть и нанскосо:к ,
но все же навстречу ветру. Пройдя немного
та:к, .11 евым галсом , я хтсмен из менит по.тю жение
паруса, и яхта пойдет правым галсом .
•
ЗВУК
Кажется, со всем не нужно пояснять , что
та:кое зву:к. Это то, что мы слышим. Это и неж­
ная мелодия с:крип:ки, и тревожный звон :коло­
кола , и грохот грома или водопада , и слова ,
произносимые человеком ... Все это зву:ки, и
потому мы их слышнм . Но само физическое
явлевие-зву:к-существует на Земле помимо
человека . В те дале:кие времена , :когда на Зем­
ле не было не толь:ко людей, во и простейших
живых организмов, гремели гро зовые рас:каты
грома , грохотали водопады, земную :кору по­
трясали невиданные землетрясения . Но эти
зву:ки ви:кто не слышал, потому что ве:кому
V2
было их слышать. Природа щедра, но ничего
она не делает даром , без нужды. И если по чти
всем животным на Земле природа подарила
способность воспринимать зву:ки,
значит ,
им это было необходимо , без этого они не могли
бы выжить в борьбе за существование .
С точ:ки зрен ия физи:ки зву:к - это во зник­
новение и распространение :колебаний в :ка:ком­
либо веществе, будь то во здух ; жидкость или
твердое тело . Если бы на Луне были живые
существа , слух им не понадо бился бы : на Луне
н ет атмосферы , и в безво здушном пространстве
нечему :колебаться, там н ет и зву:ка.

Наука дока зала , что рыбы вовсе н е немы и
не глухи, они тоже издают звуки и слышат их ,
потому '!ТО они воспринимают колебания , воз­
никающие в воде . Людям же уд ается «услы­
шаты их только с помощью специал ьных при­
боров.
В твердых телах тоже во зникают и распро­
страняются колебания. Землетрясение ощуща­
ется не тол ько в том месте , где оно во знпкло ,
но за десятки, сотни и даже тысячи километров .
Наш орган слуха - ухо - устроен так ,
что непосредственно слышит звуки, распростра­
няющиеся не только в во здухе , но и в воде .
Если вы приставите к своей голове камертон ,
звучащий так слабо , что ухо не ул авливает его
звук , то явственно услыш ите этот звук через
кость : органы внутреннего уха уло вят колеба­
ния, распространяющиеся в твердом теле .
Излучают звук колеблющиеся тела: струна,
камертон (если по ним ударить), колебания воз­
духа в прорези свистка , колебания голосовых
связок и т. п,
Во здух - это смесь газов. Молекулы газов,
составляющие во здух , находятся в беспорядо ч­
ном тепловом движении , беспрерывно сталюrва­
ются друг с другом и ра злетаются. За 1 секунду
каждая мол екула сташшвается с другим и милли­
арды раз. Скорость их движения достигает
1000 м/сек . Атм осфера существует на Земл е
только благодаря притяжению планеты ; если
бы оно исче зло , все молекулы во здух а немед­
ленно улетели бы в м еж зве здное пространство .
Притяжение Земли со здает и атмосферное дав­
ление . Но молекулы воздух а не падают на
Землю , подо бно камню , так как они обладают
кинетичес кой энергией , беспрерывно обмени­
ваются ею друг с другом , противодействуют
сжимающему их да влению . Это значит , что
газ обладает уп ругостью : он сопротивляется
сжатию , а когда давление снято , расширяется,
занимал весь предоста вленный ему объем .
Упругостью обладают и жидкости и твердые
тела.
В твердых тел ах и в жидкостях дейст вуют
большие силы межмолекулярного притяжения .
Их молекулы не могут ра зойтись на расстояние
большее , чем по зволяют эти силы . В га зах же
такие силы очень слабы и их молекулы сближа­
ет только внешнее давл ение .
Упругость во здух а выражается в том , что
любое давJiение на во здух передается им равно ­
мерно во все стороны. Поэтому и возможна в воз­
духе переда ча упругих волн , т. е. сжатий и раз­
режений га за , со зданных лю бым посторонним
телом .
ЗВУК
Из всего многообразия упругих вол н зву­
ковыми называют лиш ь те из них , которые спо­
собен воспринимать наш орган слуха. Возник­
новение , распространение и свойства · звуко­
вых волн изучаются специальным разделом фи­
зики - акустикой.
ЗBYROBAJI BOJIHA
При вибрации звучащее тело отклоняется
от своего положения равновесия попеременно
в противоположные стороны . При каждом откло­
нении оно сжимает одной своей стороной приле­
гающий к нему во здух , а другой стороной раз­
режает . С одной его стороны да вление во зд ух а
становится чут ь больше атмосферного , и на­
столько же оно уменьшается на противополож­
ной стороне. Разница между давлением в слое
сжатия или разреж ения и обычным атмосфер­
ным давлением называется акустическим или
звуковым давлением .
Чередующиеся сжатия и разрежения , со з­
данные вибрирующим телом - источником ,­
перед аются в во здухе благодаря его упругости
от слоя к слою , т. е. распространяются от места
их во зникновения во все стороны . Со зд анные
вибрирующим телом сжатия и разреж ения
воздуха повторяются, постепенно затухая,
в каждой точке пространства , куда достигнет
волна .
Физики-акустики ум еют измерять свойства
звуковой: волны . НаибGльшее значение в этих
измерениях имеет определение величины аку­
стического давления и его частот ы, т. е. коли­
чества колебаний в одну секунду. Единица
этого измерения- rерц - названа по име ­
ни
немецког"' ученого Генриха Герца .
Герц - частота , при которой в одну секунду
происходит одно колебание . Обо значается
она гц.
Орган слуха у человека воспринимает уп ру­
гие волны с частотами от 16 колебаний в секунду
до 20000, т. е. с частотами от 16до 20000щ (20кгц)
Волны с ча стотами меньше 16 гц на зывают ин­
фра звуком , с частотами больше 20 кгц - ул ьт­
развуком.
Чтобы иметь более полное представление
о звуnовой волне , нужно , кроме частоты , знать
и ее длину - расстояние между ближайшими
слоями сжатия (или ра зреж ения) - и скорость
ее распростраJЮния. Все эти величины: частота
'1, дл ина Л и скорость v - взаимо зависимы.
Если измерить две из них , можно найти и тре-
93

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
тью . Их зависимость друг от друга можно
выр азить в простой формуле:
л-�
'1
Так как период колебаний , т. е. время, за
которое проходит одно колебание , определяется
1
через частоту Т = - , то связь этих величпн
'1
выражается формулой. :
A=vT.
Когда над вашим ухом зудит комар, вы
слышите звуки очень высокого тона. Их ча­
стота превышает 10 ООО колебаний в секунду,
длина же звуковой волны равна приблизи­
тельно 3,3 см.
В мычании быка нет звунов с частотой,
большей 30 гц . Наим ен ьш ая длина волны тако­
го звука равна примерно 10 м. Остальные
звуковые волны в мычании бына длиннее 10 м.
RAK ИЗМЕРИ.1
1
11 СКОРОСТЬ ЗВУК..\
Мысл ь измерить скорость звуна впервые
пришла английскому философу Фрэнсису Бэ­
кону. По его совету этим занялся француз­
ский ученый Марен Марсенн . В 1630 г. он про­
вел наблюдение над выстрелом из мушнета .
·
Расстояние между наблюдателем и мушнетом
было поделено на время, прошедшее между
вспышноii от выстрела и долетевшим до наблю­
дател я звуком . Марсенн нашел , что скорость
звука равна 230 туа зам в секунду, что соответ­
ствует 448 .м /сек .
Спустя полвена английсний ученый Ис аак
Ньютон вычислил скорост ь звуна теоретиче-
Длина волны в комарином писке в 330 р аз
короче, чем в мычании быка.
ски, исходя из упругих свойств во зд ух а и за­
висимости объема газа от да вления , зависимост и ,
выраженной законом Бойля-Мариотта. Эта
скорость ока залась немно гим более половпны
скорости, полученной в опыте Марсенна . Когда
теория противоречит опыту, следует иснать,
где ж е ошибна. Ее начали искать и в теорети­
ческих рассуждениях Ньютона, и в опыте
Марсенна .
В 1738 г. французская Анадемия наун по­
вторил а измерение скорости звуна . Опыт был
поставлен на холме Монмартр, бл из Парижа .
Было установлено , что скорость звука равна
171 туазу в сенунду , что соответствует
337 м /сек . Несовпадение с опытом Марсенна
объяснили тем , что его измерение времени
было несовершенным . Однано и ре зультат по­
вторного опыта не соответствовал теоретиче­
сnой формуле Ньютона .
В 1808 г. французсний ученый Пуассон
выяснил, что закономерность, обнаруженная
Бойлем и Мариоттом ( именно она была поJю­
жена в основу расчетов Ньютона) , неприме­
нима для описания , к а �> распространяется звук
в воздухе . Этот зююн справедлив лишь в том
сл учае , когда объем газа изменяется медленно ­
так, что сжимаемый газ отдает среде , которая егu
окруа\аст , во зникающее в нем тепло; или, нао­
борот , так , что медленно расширяющийс я газ
успевает нагреваться от окруж ающей среды .
Следо вател ьно , постоянство температуры воз­
духа (основное ус ло вие закона Бойля-Мариот­
та) может быт ь сохранено лишь в 11зотермиче­
с1шх ус ловиях , т. е . при сво бодном теплообмене
между сжимаемым га зом и онружающей этот
газ средой.
Именно этих ус ловий и нет в звуковой волне .
Теплопро водность воздуха мала , а расстояние

между слоями сжатия и ра зрежен ия велико .
Избыток тепла из слоя сжатия н е успевает пе­
рейти в слой разреж ения . Давление и объем
изменяются в соседних слоях бе з теплообмена
и, следовател ьно , при изменяющейся темпе­
ратуре . Фи зические процессы , происходящие
без теплообмена с окружающей средой, назы­
ваются адиабатическими. В адиабатическом
процессе сжимаемый газ нагревается (вспом­
ните , как нагревается велосипедный насос ,
если очень быстро накачивать шину) , а рас­
ширяющийся - охлаждается.
Различие между расширеНIЦlМИ газа в изо­
термических и адиа батических условиях по зво­
лило францу зском у ученому Лапласу объяснить,
почему скорость звука , вы численная по формуле
Ньютон а, не со впадает с ре зул ьтатом опыта :
колебания звукового давления в во здухе про­
исходят в адиа батическ их , а не в изотермиче­
ских усло виях .
В 1822 г. бл из Парижа вновь были постав­
лены опыты. В них участвовали ученые : Гей­
Люссак , Араго , Гумбольдт и др . Ре зул ьтаты
опыта совпали с теоретическими вычисления­
ми Лапласа и подтвердили, что скорость зву­
ка во зрастает с повышен ием температуры . В су­
хом воздухе при О0Ц она равна 331 ,5 м /сек ,
а при 20"Ц - 344 м/сек.
При одной и той же температуре скорост ь
звука больше в том га зе, у которого меньше
молеку11 ярный вес . При О"Ц скорость звука:
в водороде
в гелии
в азоте
-
1284
965
334
316
в кислороде -
м/сек,
м/сек,
м/сек,
м/сек.
ЗВУК
В воде , упругость которой больше, чем у во з­
духа, звук распространяется при 20°Ц со ско­
ростью 1484 м /сек . Упругость твердых тел боль­
ше, чем жидкости . В алюминии, желе зе , стали
скорость звука равна примерно 5000 м/сек .
Р АСПРОС'l,Р АНЕНИЕ
11 ОТРАЖЕНИЕ З ВУКА
Звук распространяется от звучащего тела
равномерно во все стороны , если на его п ут и
нет никаких преп ятствий. Но не всякое пре­
пятствие может ограничит ь его распростране­
ние . От звука нельзя загородиться небольшим
листом картона , как от пучка света . Звуковые
волны , как и всякие волны , спосо бны огибат ь
препятствия, «не замечать» их , если их размеры
меньше , чем длина волны . Длина слышимых
в воздухе звуновых волн колеблется от 15 м до
0,015 м. Если у препятствий на их пути мень­
шие размеры (например , у древесных стволов
в редколесье) , то волны их просто огибают .
Препятствие же больших размеров (стена дома,
скала) отражает звуковые волны по тому же
з акону, чт о и свето вые : угол падения равен
углу отражения. Эхо - это отраж ение звука
от препятствий.
Своеобраз но переходит звук из одной среды
в другую . Явление это до вольно сложное, но
оно подчиняется общему правилу: звук н е
переходит из одной среды в другую , если их
плотности резко отличны , например из воды
в во здух . Достигал границы этих сред , он
почти полностью отраж ается. Очень незначи­
тельная част ь его энергии уходит на вибрацию
Так была в первые измерена скорость з в)'ка.
Do

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Оба колокольч11ка 11злучают звуковые во;�ны с одинаковой частотой . Дл1ш а волны бол ьше в той ореде, rде ова распростра­
няется с бол ь шей скоростью.
поверхностных слоев
.
другой среды . Погрузив
го лову под самую поверхность рею1, вы еще
услышите громкие звуки, на гл убине же в 1 м
уж е ничего не услышите . Рыбы не слышат
звук , раздающийс я над поверхностью моря,
но звук от тела , вибрирующего в воде , они слы­
шат хорошо .
Через тонкие стенки звук слышен потому,
что он заставляет их колебаться, и они как бы
воспрои зводят звук уже в другой комнате. Хо­
рошие звукоизоляционные материалы - вата ,
ворсистые ковры , стены из пенобетона или по­
ристой сухой штукатурки - как раз тем и
отлнчаютсл, что в них очень много поверхностей
ра здел а между во здухом и твердым телом . Про­
х одя через каждую из таких поверхностей, звук
.м ногократно отражается. Но , кроме того , и
сама среда , в которой звук распространяетс я,
погJJощает его . Один и тот же звук слышен луч­
ше и дальше в чистом воздухе, чем в тумане ,
где его поглощают поверхности раздела между
воздухом и капелышми воды .
По-разному поглощаются в воздухе звуко­
вые волны различной частоты . Си.11ьнее - звуки
высокие , меньше - низкие , такие , например ,
как бас . Именно поэтому пароходный гудок
издает такой низкий звук (частота его не более
50 гц) : низкий звук слышен на бол ьшем рас­
стоянии. Большой: коJюкол в Московском Кремле,
когда он еще висел на коло1юл ьне «Иван Вел п­
кий», был слышен за 30 верст - он гудел то­
ном примерно в 30 гц (фа субоктавы) . Еще
меньше погдощаютсл инфразвуки, особенно
в воде. Рыбы елышат их за десятки и сотни
кил ометров . А вот ул ьтразвук пеглощается
96
очен ь быстро : ультра звук с частотой в 1 Мгц
ослабляетс я в во здухе вдвое на расстоянии
2 см , тогда как звук в 10 кгц ослабляется
вд вое на 2200 м.
�Н ЕРГИЯ ЗВУКОВОЙ BOJIHЫ
И CИ.JIA ЗВУКА
Хаотическое движение частиц вещества (в том
числе и молекул воздуха) на зывают тепловым .
Когда в воздухе распространяется звуко вая вол­
на, его частицы приобретают , кроме теплового ,
еще и дополнительное движение - колебатель­
ное . Энергию для такого движения дает ча сти­
цам во здуха вибрирующее тело (источник звука);
пока оно колеблется, энергия бесп рерывно пере­
дается от него в окружающий во здух . Чем
дальше пройдет звуковая волна , тем сла бее она
становитс я, тем меньше в ней энергии . То
же самое происходит со звуковой волной и в лю­
бой другой уп ругой среде - в жидкости , в ме­
талле .
Звук распространяется равномерно во все
стороны , и в каждый момент слои сжатого воз­
духа, во зникшие от одного импульса , обра зуют
как бы поверхность шара , в ц ент ре которого
находится звучащее тело . Радиус 11 п оверхность
такого «шара» бесп рерывно растут . Одно и то
же кол ичество энергнн прпходнтся на все боль­
шую и большую поверхность «ш ара» . Поверх­
·н о сть шара пропорциональна квадрату радиуса ,
поэтому количество энергии звуковой волны,
проходяще й, допустим , ч ере з квадратный метр
поверхности , обратно пропорционально квад -

рату расстояния от звучащего тела. Следова­
тельно , на рассто янии звук стано вится слабее .
Русский ученый Н. А. Умов ввел в науку
понятие поток плотности энергии. Величиной
потока энергпи удобно измерять и силу (ин­
тенсивность) звука . Поток плотности энергин
в звуковой волне - это количест во энергии, ко­
торое проходит за секунду че рез единицу по­
верхности , перпендикулярной направлению вол­
ны . Чем бол ьше поток плотности энергии, тем
бол ьше сила звука . Измеряется поток энергии
в ваттах на квад ратный м етр (вт /м2) .
ЗНЕРГИ.Я ЧЕ.JJОВЕЧЕСКОГ О ГОЛОСА
Голосовой аппарат челове ка , как и .11 юбой
источник звука , передает энергию в окружаю­
щую среду, но эт а эн ергия очень мала . Пред­
ста вьте себе , что вы на стадионе, где одновре­
менно говорят и кричат 100 OOQ человек . Если
превратить поток энергии этих голосов в энер­
гию электричес кую , то ее едва хватит на .11 ам­
почку мален ыюго электричес кого фонарика .
Мощность одновременного разговора всех лю­
дей на земном шаре едва ли больше мощности
автомо биля «Моск вич» .
У;+; е давно придуманы устройства , по зво­
ляющие слыш ать голос на далеком расстоянии .
Благодаря свойству отражаться от препятств ий
звуковые волны можно специальными устрой­
ствами направлять в определенную сторону,
подобно лучу прожектора .
Желая окликнуть кого-либо , находящегос я
в отдалении , мы обычно подноспм ко рту .11 адо ­
ни и тем самым направляем поток звуково й
эне ргии в ну1nную нам сторону. По этому щ е
принцип у уст роен рупор . Он со зд ает направ:1ен­
ную звуковую волну так, что поток ее энергии
_-:
:=:,
·:::=
-- ---
-·
·-··-
-
Рупор qолководца.
17д.э.т.з
не рассеивается во
все стороны, а к он­
центрируется в од­
ном направ.11ении .
Греческий: по.11ко ­
водец Александр Ма­
кедонсю1й подьзовал­
ся во время сраа;е­
ний рупором . В гро­
хоте боя трудно было
бы сл ышать слова
команды, но, если
отдавать ее че рез ру­
п ор,
она хорошо
слышна и на боль­
шом расстоянии.
ЗВУК
НАШЕ УХО
В органе слуха ра зличают наружное , сред�
н ее и внутреннее ух о. Наружное )' ХО - это
ушная раковина и начало слухового проход а
до барабанной: перепонки. За ней - область
сред него уха: полость , заполненная во здухом,
и три слуховые косточки . Первая из них , моло­
точек, одним концом сочленена с барабанной
перепонкой, другим - со второй косточкой
Органы слухового аппарата у человека : 1 - )'ШНая раковина;
2 - наружный слуховой про ход; :; - барабанная перепонка;
4 - барабанная полость; :; - мо .11:оточек; 1; - наковальня;
7 - стремя; 8 - евстахиева труба; 9 - полукружные каналы;
:10 - у.читка; 11 - слуховои нерв; 12 - височная кость.
наковальней. Наковадьня соединена с треть ей
косточкой - стременем, которое уп ирается в пе­
репонку, отделяющую �реднее ухо от внут­
реннего . Молото чек , наковальня и стремя -
это своеобразный рычажный механизм , пере­
даю{Ций . колебания барабанной перепонки во
внутреннее ухо. Внутреннее ухо (лабиринт) ­
это полость, свернутая у:1иткой и напо.11ненна я
жидкостью . Внутри .11 абиринта ест ь мем брана,
соприкасающаяся со слуховыми н е рвам и.
При тишине давление во здуха с обеих сто­
рон барабанной перепонки одинаково и она
находится в состоянии покоя. Когда i-1\ e в на­
ружном ухе давление во здуха увеличпвается,
барабанная перепонка прогпбаетс я внутрь. При
эт ом во зд ух , находящийся в среднем ухе,
сж имается . Есл и давление воздуха в наружном
ухе умен ьшается, уп ругий во здух в среднем
ухе прогибает барабанную перепою; у в область
наружного ух а.
Любое периодическое изменение аr\устиче­
ского да вления в пределах от 16 гц до 20 кгц
приводит к периодическим колебаниям бара- ·
банной перепонки. Е е колебания передаются
9';

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
молоточку, наковальне и стремени. Стремя пере­
дает колебания перепонке , отдел яющей внут­
реннее ухо от среднего . В жидкости лабиринта
во зникают упругие волны , и они приводят
в движение мембрану улитки. Мембрана сопри­
касается с кончиками нервных корешков, кото­
рые передают раздражен ие в мозг. Эти раздра­
жения и воспринимаются мозгом как звук .
ЗАГА ДRА
_
НАШЕГО CJIYXA
Движение в виде волн встречается почти во
всех областях фи зических явлений . Звуковые
волны , как и волны в любых других физиче­
ских явлениях , ока зывают переменное во вре­
мени давление на предмет , сто ящий на их пути.
Благодаря звуковому давлению мы и мо­
жем слышать з вук . Оно ничтожно . Мы ле'гко
ул авливаем чут ь слышный шорох , хотя его
звуковое да вление на барабанную п ерепонку
уха равно всего лишь 3.10-5 н/м2, т. е. в 3.101°
раз меньше давления атмосферного . Такое дав­
ление соответствует нагрузке примерно трем
десятимиллионным грамма на 1 см 2 • Наше
ухо гора здо чувствительнее , чем самые точней­
шие химические весы !
Такая чувствительность уха уж е сама по
себе загадочна. Физиологи рассчитали, исходя
из физической упругости барабанной перепон­
ки, на какую величину она смещается под дав­
лением самого слабого звука, который можно
еще отчетливо услышать . И получилась трудно
понимаемая величина: такой слабый звук
прогибает барабанную перепонку на расстоя­
н ие меньше, чем. .. размеры атома ! Науке
еще н е вполне ясно , как осуществляется в на­
шем ухе передача и восприятие столь слабых
звуков.
ЕЩЕ БOJIEE УДИВИТЕJIЬНАН
ЗАГАДКА
Мать, спяща я возле больного ребенка, сра­
зу же просыпается в тревоге , если его дыхание
изменится. Она чутко слышит и из всех других
шумов выделяет изменения в чут ь слышных
звуках детского дых ания . И то же самое ухо
переносит бе з особого для себя вреда чудовищ­
н ые раскаты грома, когда человек попадает в
центр сильной гро зы .
Поток энергии самого слабого звука , кото­
рый восп ринимают люди, обладающие особой
остротой слуха, поразительно ничтож ен : можно
98
услыш ать звук с энергией, равной ro- 1 2 вт /м2•
А перестает слышать наше ухо только те зву ки,
поток энергии которых превышает 10 вт/м2•
Звук такой интенсивности непереносим - он
вызывает ощущение нестерпим ой боли.
Способность воспринимать звуки, интен­
сивност ь кото рых различается в 1013 ра з, -
это уж е совершенно зам ечательное и удивитель­
ное свойство нашего ух а! Измерительная тех­
ника не знает такого прибора , которым можно
было бы определ ять величины, ра зличающиеся
в десять триллионов раз (10 ООО ООО ООО ООО) .
На весах с т аким диапа зоном чувствительн ости
можно было бы взвесить и камень в один кило­
грамм и н ебольшую планету.
CJIYX И JIОГАРИФМЫ
Только привычка пользоваться своим слу­
хом да недостаточная осведомленность мешают
нам уд ивлят ься подлинному чуду - устрой­
ству нашего ух а.
Наше ухо -очень точный прибор . Мы легко
определяем , сравнивая два звука , какой из
них громче и какой обладает большей энер­
гией, даже если их интенсивности близки. А
слышать мы можем и шелест листьев, и тиканье
часов , и раскаты грома, и грохот водопада.
1\аждый из этих звуков воспринимается орга­
ном слуха, который оценивает его громкость .
Зависимость между энергией воспринимае­
мого звук а и тем ощущением громкости, кото­
рое он производит , установлена опытным путем .
При этом выяснилось, что изменение громко­
сти зву.ка при изменении потока энергии звуко­
вой волны проще всего оценивать с помощью
логарифмов .
Принято считать, что гром.кость зву.ка изме­
нится на единицу, если его эпергия увеличится
или уменьшится в 10 раз . Единица громк ости ­
бе.л. (6). Однако для пра.ктических оцено.к
гром.кости зву.ка о.казалось уд обнее пол ьзо­
ваться десятой частью этой единицы - деци­
белом (дб) .
Если энергия первоначального звуна Е
0
возрастет в 10 раз, т. е. окажется равной
10 Е0 , то громкость воспринимаемого зву.ка
увеличится на 10 дб ; энергия вырастет в 100 раз,
громкость повысится на 20 д б; в 1000 раз -
на 30 дб. Всему нео бъятному диапа зону в изме­
нениях энергии звука, который доступен на­
шему уху, т. е . изменение примерно в 10 трил­
лионо в ра з, соответствует изменение в ощуще�
нии громкости всего на 13 б, или на 130 дб.

Физшш условились принять за начальный
уровень отсчета энергию та кого слабого звука ,
который может услыш ать далеко н е каждый
человек даже с очень чутким слухом . Энергия
такого звука равна Е
0
= 1О-12 вт/м2• С помо­
щью этой величины определяется громкость
любого звука . Если его энергия равна Е , то
его громкост ь , выраженная в децибелах, будет
10 lg � дб. Даем табличку, в которой по-
о
ка зана громкость знакомых всем звуков на·
расстоянии нескольких метров и соответствую­
щая им энергия потока:
шелест листьев - 10 дб -10-11 вт/м2 ,
тиканье ча сов
-
20 дб -10-10 вт/м2,
мирная беседа
-
40 дб - 1О-8вт/м2,
громкий разговор - 70 дб - 10-5 вт/м2,
шумная улица
-
90 дб - 10-з вт!м2,
самолет на старте - 100 дб - 10-2 вт/м 2•
Эта таблица полезна. Пусть она напоминает ,
что громкий разговор действует на наши уши
с эне ргией в 1000 раз большей, чем мирная
беседа . Берегите свои уши и нервы .
ГРОМКОСТЬ ЗВУ КА И ЕГО ТОН
Один и тот же звук может восприниматься
одним человеком ка1< н ормальный, а другим -
к ак громкий. Громкость звука зависит не только
от чувствительности уха , но и от психического
восприятия . И тем не менее каждый человек
воспринимает звук , обладающий большей энер­
гией, к ак более громкий.
Самый слабый звук с самой малой энергией,
воспринимаемый ухом , называют порогом
слышимости. Низкие и высокие тона
воспринимаются на пороге слышимости по­
разному. Чтобы у них была одинаковая гром­
кость, энергия и давление звука должны быть
у низких тонов больше, чем у высоких . Тембр
звук а определяется не только количеством
высоких и низких обертонов, но и соотноше­
нием их энергий и звуковых давлений.
Очень сильные звуки со здают в органах
слух а ощущение боли. Звук любого тона имеет
болевой порог восприятия . На цветном рисун ке
у страницы 112 пока заны гран ицы слыш имости.
Область слыш имости ограничена двумя кри­
выми: порога слышимости и порога болевого
восприятия. Естественная же область звуковых
давлений , воспринимаемых ухом при звуча­
нии голоса , показана на этом рисунке штри­
ховкой.
7•
ЗВ УК
ОТ КУДА ПРИШЕЛ ЗВУК?
Бас кто-то окликнул . Услышав голос , вы
повернете лицо именно в ту сторону, откуда
он донесся. Происходит это потому, что слухо­
вые раздражения приходят в мо зг одновременно
от обоих ушей только в том случае , если источ­
ник звука находится от них на равном расстоя­
нии. Голову мы поворачиваем всегда в ту сторо­
ну, откуда звуковое раздражение пришло в мо зг
хотя бы на сотую долю секунды раньше , чем
раздражение, воспринятое другим ухом .
Т аким образом , восприятие звука обоими
уш ами дает во зможность определ ить , в какой
стороне от нашего лица находится источник
звука . Это свойство нашего слуха называется
бинауральным эффектом . Его часто исполь­
зуют в технике , например для стереофониче­
ского звучания в кино . При демонстрации
стереофониче ски озв ученных фильмов звуки
производятся двумя или н есколькими динами­
ками в ра зличных точках кино зала . По такому
же принципу устроены и проигрыватели для
стереофонических граммофонных пластинок .
�ФФЕКТ ДОПЛЕРА
Вы, наверное, замечали, как наменяется
звук сирены электропоезда , когда тот проносит­
ся мимо платформы, на которой вы стоите.
Когда поезд приближается, тон сирены высо­
кий и тревожный; когда же поезд пронесет­
ся мимо , ее звук резко меняется: становится
более низким , как бы успокаивающим . Сирена
со здает в во здухе одинаковое количество ко­
леqаний и при приближении поезда , и при
его удалении, скажем 100 гц. Но , прибли­
жаясь к вашему уху, она как бы догоняет
свой звук , а удал яясь, как бы «уво зит>) его
с собой.
Скорость звука - 340 м/сек, скорост ь по­
езда примем для простоты расчета в 34 м/ сек .
Предположим , что сирена , приближаясь к вам,
гудит 1 сек, за это время она во збудит 100 коле­
баний; если бы поезд не двигался , вы услыша�
ли бы звук с частотой в 100 гц. Но поезд при­
ближается. Допустим , что сирена ю1.чала гу­
деть за 340 м до платформы. Первое и з ее
колебаний ва ш сл ух уловит ро вно че рез секун­
ду. Но она гудит-то всего 1 сек , и за эту се­
кунду поезд промчится 34 м. Последнее ко­
лебание произойдет в 306 м от вас , и вы его
306
услышите через 340 сек, т. е. через 0,9 сек. Со вре-
99

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
мени, «огда вы услышали первое «олебание,
прошло всего 0,9 сек , та« «а« сирена перестала
гудеть, «огда вы услыш али ее первое «олебание .
Та«им образом , все 100 «олебаний вы воспри­
няли за 0,9 сек , а частота ус.11ышанного вами
100
зву«а стала 09 гц, т. е . 111 гц . Повторив те
'
же рассуждения для удаляющегося поезда ,
мы найдем , что частота зву«а должна ум ень­
шиться до 91 гц. Разница в.частотах зву«а при
приближении и при уд алении поезда равна
2
9
от осно вн ой частоты - это почти два тона
музы«ального ряда . Если бы с«рипач взял на
промчавшемся поезде ноту ре, то , по«а поезд
приближается, мы слышали бы ми , а «огда поезд
уж е удаляется - до.
Изменение частоты зву«а вследствие эффе«та
Доплера мощно подсчитать по формуле:
vo
v=
'
1±_.!
!"_
__
w
где и - с«орость, с «оторой движется источни«
распространяющегося зву«а, w - с«орость зву«а
в воздухе (340 м/сек) , v0 - ча стота источни«а
зву«а , v - слышимая частота . Зна« (< Минус» в
знаменателе относится R приближающемуся
ИСТОЧНИRУ зву«а , знаR (< ПЛЮС» - R удал яюще­
муся . (Об эффе«те Доплера см . та«же в ст .
« Свет» .)
А что будет , если исто чни« зву«а летит на
вас со с«оростью зву«а или даже с«орее , чем
зву«? Когда в небе проносится реа«тивный
самолет , он обгоняет производимый им грохот .
Сначала вы увидите летящий низ«о самолет ,
а затем уж е, «огда он с«роется з а горизонтом,
до вас дойдет зву« значительно более нпз«ий ,
чем тот , «оторый можно услыш ать н а аэродроме
при старте .
УДАРНАЯ ВОЛНА
По«а самолет летит медленнее зву«а, все
происходит по формуле Доплера: он догоняет
свой зву« , частоты соответственно изменяются.
Ка« только самолет достиг с«орости зву«а , он
начинает двигаться вместе со зву«ом . Но вот
он увеличивает с«орость, обгоняет з ву« . Все
зву«овые нолебания во здух а должны оставаться
сзади самолета, в «онусе , угол которого тем
меньше, чем скорость самолета больше скорости
звука .
Но так происходило бы , есл и бы самолет воз­
буждал только слабые во змущения в во здушной
:100
среде , такие , ка« зву« . Но самолеt - ист оч­
ник очен ь сил ьных возмущений . При полете со
сверх звуновой с«оростью воздух перед летя­
щим телом уплотняется, и в этом слое во зд ух а
резко во зрастают и да вление и температура.
Этот слой даже уд ается сфотографировать , на­
сто.11ько в нем отличны и плотност ь и «оэффи­
циент преломления от обычного во здуха . Ско­
рость звука в таком слое тоже меняется, она
становится больше скорости самолета . Во зни­
·«ает
так называемая ударная волна , она на­
много обгон яет самолет . Распространяясь, уда р­
ная волна затихает , и ее скорость сравниваетс я
с обычной звуковой; следовател ьно , он а уж е
отстает от самолета .
Иногда в бе зоблачный ден ь вы слышите
будто уд ар грома . С уд ивлением ищете в н ебе
грозовое облако , но , приглядевшись, видите
вместо него серебристую точк у. .. Это - ско­
ростной самолет , а уд ар «грома» - остат«и
его уд арной волны , давно уже превратившейся
в звуковую . Если такой самолет пролетит
на высоте в 20 м вдоль колонны автомо билей,
ид ущ их по шоссе , мощная ударная волна
разобьет все автомашины и сбросит их остатки
в кювет. (О том, как образуется ударная волна,
рассказано в ст . (< Крылатый полет�>.)
РЕ�JОНАТОРЫ
Чтобы раскачать качели, надо их подталки­
вать в такт с их движением . Если толкать как
попало - не в такт, - сильно раскачать не
уд астс я. То же самое происх одит с любым и
ко.'I ебаниямп, например со з вуковыми вол на ми,
с волнами на воде .
Неподалеку друг от друга поста влены два
к амертона, настроенные на одну и ту же ча сто­
ту колебания . Если один из камертонов заста­
вить звучат ь, его звуковая волна раскачает
и другой камертон . Это явление называется ре­
зонансом. Прекратив звучание первого «амер­
тона , вы можете услышат ь , что второй некоторое
время . продо.11жает звучат ь. Но камертон ,
настроенный на другую волну, н е отзо­
вется на звучание первого , н е будет резо­
нировать.
Резонанс широко исполь зуется в акустике .
Деnа рояля, норпус скрипки, раструб валторны,
рад иорупор - все это резонаторы . Звук одной
то.11ько скрипичной струны не слышен будет
в концертном зале , его во много раз усиливает
резонатор - ко рпус скрипки . Как резонатор
дейст вует и сам концертный зал .

Звучащее тело преобразует н е всю полу­
ченную им энергию в эне ргию звука . Резона­
тор увеличивает коэффициент такого преобра­
зован ия . :Корпус скрипки собирает сла бые звуки
и раскачивает им и основной звук , как качели.
:К роме того , резонаторы музыкальных инстру­
ментов придают звуку своеобразный тембр,
окраску, мягкость звучания своими оберто­
нами .
Но форма наилучш его резонатора остается
до сих пор загадкой для науки. Почему в одном
зале слышны все звуки , издаваемые скрипкой,
а в другом , с такой же кубатурой, некоторые
звуковые оттенки пропадают? Почему, слегка
изменив форму у корпуса скрипки, можно на­
много усилить ее звук? Почему скрип ки, изго­
то вленные в XVII - XVI II столетиях итальян­
скими мастерами Амади , Страдивари и Гварне­
ри, сейчас еще пока невозм ожно превзойти? Все
это предстоит разгадать ученым .
MYtJЫRAJIЬHЫE 3ВУ КИ
Мы с удо во.'lьствием слуша ем песню , игру
пианиста или скрипача , духовой оркестр , игра­
ющий в этдалении . Все эти звуки мы н азы­
ваем музыRой. Но редко встречаются люди,
кото рым приятны визг , скрежет , грохот . В па­
уке музыкальным называется тот звук , в кото­
ром изменение а1>устического давления , вос­
принимаемое ухом , уп орядо чено и, кроме того ,
повторяется регул ярно, че рез равные проме­
жутки времени. Звук перестает быть музыкаль-
- ---- --·
3BYR
ным , и его называют шумом, если звуко вое
давление изменяется в нем беспорядочно .
В каждом музыкальном звуке есть топ и
тембр . Понятие звуRовой тон ввел в аRустику
Галилео Галилей . Тон звука оп ределяется
частотой, с которой изменяется давление в зву­
ковой волне . Небольшая частота колебаний
соответствует низкому тону, бо.ТJьшая частота
колебаний - высоRому тону.
Если бы вибрирующие тел а создав али при
зв учании в 1>аждый момент только один тон , м ы
не смогли бы отличать голос одного челов ека
от голоса другого , а все музыкальные инстру­
менты зв учали бы для нас одинаково. Всякое
вибрирующее тело создает одновр еменно зву.ки
нескольких тонов и при этом различной силы.
Самый низк п й из них назыв ают основным то­
ном; более высокие тона , сопровождающие
основной , - обертонами . В совместном зву­
чании о сновной тон и обертоны создают тембр
звука. :Каждому музыкальн ому инструмен ту,
каждому челов.еческому голосу присущ свой
тембр , своя <ю :краска» зв ука. Один тембр отли­
чается от другого числом и силой обертон ов .
Чем больше их в звучании основного тона , тем
приятнее тембр звука.
Ухо челове:ка способно анализировать звук ,
т. е . разбир аться в сов о:kупности тонов и обер­
тонов , и это позволяет ему отличать один
тембр от другого .
Если высокие обертон ы преобладают в чело­
веческом голосе над низки ми , г оворят, что
в голосе «слышится звучание металла». :Когда
же преобладают низкие обертоны, голос п а зы-
у rармонических колебаний а, 6 11 в различные амплитуды , а их частоты относятся как 1 : ,'J : l>.
•
При одновременном авучании они слаrаются и обраауют сложное периодическое колебание •.
101

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
f1:1�!'-\
1vv'1
о
5
Б
/\
о
2
4
6
8
о
2
4
6
8
о
2
4
6
8
ЧеJ1овеческий roJJoc - это СJJожиое коJ1ебанне , состоящее из
мноrнх простых коJ1ебаний раЗJ1ичноrо тона и rромкости: А -
rJ1асная «а» ; произнесенная мужским roJJocoм , основная час­
тота - 200 коJ1ебаиий в секунду; Б - rJ1асная «И», высокий
roJJoc девочки , основная частота -350 коJ1ебаний в секунду;
R - это тоже «И», тоJ1ько произнесенное низким женским
roJJocoм ; ооновная частота -250 коJ1ебаний в секунду; r -
т ак поетроенв воJ1на «беззву чной » соr.tасной «С», ее часто-
та - окоJ10 6000 коJ1ебаний в секунду.
вают «мягю1м» , «бархатистым)) . При этом нель­
зя упуск ать из виду, что восприятие гш1оса
слухом зависит не только от частоты колебаний
и силы зв ука, не только от тонов и обертонов ,
н о и от чувствительности уха к тонам различ­
ной высоты .
l\l;t'ЗЫRA.JIЬHЫE СОЗВУ ЧИЯ
В музык альных произведениях - симфо­
ниях , I<онцертах, сонатах - одновременно зву­
чит не один тон, а несI<ольI<о, и I<аждый из них
сопров ождается своими обертонами . Такое явле­
ние наз ыв ается созвучием.
:1.02
Самое простое созв учие - одновременное
звучание дв ух тонов . У I<аждого из них своя
частота I<олебаний . Отношение двух таI<их
частот называют интервалом. Если это отноше­
ние равно 1 : 1, интервал будет унисоном . От­
ношение 1 :2 -октава, 2:3- квинта, 3:4-
кварта , 4:5 - большая терция , 5:6 - малая
терция.
Если час тоты дв ух тонов очень мало отли­
чаются друг от друга , их совместное зв учание
создает своеобразное завывание - «биение)) :
совместн ое зв учание периодичесI<и то уси ли­
вается , то ослабляется . Количество усил ений
в одну сеI<унду называют частотой биений.
Если частота биений не больш е четырех в се­
I<унду , они не мешают сл уховому восприятию .
Если же частота достигает трех десятк ов (и осо­
бенно тридцати трех) , звуковое ощущен ие
нестерпимо . Однако при большой часто те
(около 130 в сек унду) влияние биений н а ощущ е­
ние слуха исчезает .
При зв учании струн скрипки , виолончели,
рояля всегда слышны, I<роме основного тона,
верхние обертоны. Предположим, что однов ре­
менно звучат дв е струн ы, их основные частоты-
200 и 400 гц и у I<аждой струны 5 обертонов .
I
1\�'�А'1Jl
ll
"'
10"'"к.
5
1О
15
�··"- ·
fvlf\ .�'
.
vli
"
ш
5
10
15
20
ю··с"
Одна и та же нота - до первой октавы - звучит на разных
музыкаJ1ьных инструментах по-разному. РаЗJ1ичие зависит от
тем бра , который придается ноте инструментом : I - так воJ1на
этой ноты выrJ1ядит, коrда ее воспроизводят на кJ1ариете; 11 -
та же нота , в оспро11зведенная на пианино ; Il I - до первой
октавы на скр11пке.

У первой струн ы:
основной тон
200 гц,
первый обертон
400 гц,
второй обертон
600 гц
третий обертон
800 гц,
четвертый обертон- 1000 гц,
пятый обертон
-
1200 гц.
У втор ой струны:
основной тон
400 гц
первый обертон
800 гц,
второй обертон
1200 гц,
третий обертон
1600 гц,
четв ертый обертон - 2000 . гц,
пятый обертон
-
2400 гц.
Отношение частот у основных тонов равно 1 : 2,
т. е. оитава. При совместном зв учании обеи х
струн три тона у н их совпадают : 400 , 800 и
1200 гц. Чем больше в совместном звучании
один аиовых тонов , тем больше сродств а в со­
зв учии стр ун . В этом случае биений нет совсем.
Таное созв учие назыв ают консонансом.
Если вторую струну заменить третьей , у но­
.торой :
основной тон
первый обертон
второй обертон
третий обертон
четв ертый обертон­
пятый обертон
410 гц,
820 гц,
1230 гц,
164U гц,
2050 гц,
2460 гц,
то совместные звучания первой и третьей струн
будут давать биения : 400 и 410 гц, 800 и 820 гц,
1200 и 1230 гц. Частота биений - 10 , 20 и 30 гц.
Оитав а разрушена, и получился диссонанс,
иоторый наш е ухо воспримет иаи неприятное
з авывание .
Изучение интерв алов , иоторые дают лучшие
ионсонансы, привело к образованию звуко­
вой гам мы; где отношение частот строго опре­
делено. Существ ует много разновидностей гамм,
СУ&КОНТРОКТАВА
ЗВ УК
у большинств а из них отношение частот легко
и зобразить каи восходящий или нисходящий
ряд , иаи арифметичесиую пропорцию. Напри­
мер , мажорная , или диатоническая, гамма
включает тоны, частоты которых относятся как
1.9 .5
•
4.3 .5
.1
5
·в·4·з· 2·з·-в·
Звук , частота которого 65 гц, называют до
большой октавы. Впрочем , в неиоторых странах
частота до другая, но ненамного отличается
от 65 гц. Если мы , например , будем считать ,
что частота до большой октавы 64 гц , т о у до
малой октавы частота будет 128 гц, а у до пер­
вой октавы - 256 гц.
Если принять до первой октавы з а основной
тон , то частоты остальных шести тонов диатони­
чесиой гаммы легио высчитать:
до -256гц,
ре -288гц,
ми-320гц,
фа -341,33 гц,
соль - 384 гц,
ля - 426,66 гц,
си -480гц.
Эти частоты колебаний соответств уют про­
и звольно определенной частоте для до боль­
шой октавы - 64 гц. На практике р ассчиты­
вают тоны диатонической гаммы по частоте
колебаний ля первой октавы. До недавнего
в ремени частоту для Э'!ого ля определяли в
435 гц. Теперь принято считать ля первой
октавы звуиом с частотой 440 гц. Этот звун
можно услыш ать по радио , когда передают
сигн алы для настройии музык альных инстру­
ментов . Впрочем, для музыки важно не точ­
н ое количество колебаний дл я того или и ного
звука, а соотношение частот, т. е. вел ичина
интервала.
.
Пll"rAll
ОКТАВА
/ КОНТРО КТАВА
&OЛ" WAll
О КТАВА
MAЛAll
ОКТАВА
ПEPBAl
l
ОКТАВА
BTOPAll
ОКТАВА
ТPETbll
ОКТАВА
Ч�TBE PTAll f:
ОКТАВА
1/.
l!l!!l!!!l!!l!ttlt!l!!!l!!l!!!l!!l!!!l!!l!!!l!!I!!! t
Клавиатура фортепьяно.
:103

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ОБОЗН А 'I ЕНИЕ М УЗЫКАJIЬНЫХ
ЗВУКОВ
В гл убоной древности зв ую1 мелодий записы­
вали буквами , в средние веl\а - особыми знач­
нами , невмами, ноторые приблизительно уна­
зывали повышение и понижение тонов . Для
более точного определения высоты тона R нев­
мам стали приписыв ать цветные черточки . Нев­
мами записывали тольно вональные мелодии ,
но эта запись лишь приблизител ьно указыв ала
певцу посл едовател ьность повышений и пони­
жений тона. В XI в. итальянец Гвидо д'Ареццо
изобред более точн ую систему записи звуков
на четырех линейнах . Он же дал названия для
бол ьшинств а современных нот. Тольно в XIV в .
появилась запись нот на пяти линейках - ното­
носцах . Кроме пяти основных линеек , приме­
няют 5 добавочных вверху и 5 внизу. Н оты
записываются на линейнах и .м ежду ними. Что
означают линейки, указывает ключ , ноторый
н а ходится сл ева на основных линейнах. Для
фортепьянной музыки хараRтерны дв а ключа­
скрипичный и басовый . Для записи хоровой
и орRестровой музьши существ уют и другие
ключи :
Do , соль, фа.
М ел одии , записанная соврем .-нн ыми нотами и ненмами.
Основные линейни в нотной записи разбиты
на равные части , таи называемые такты . Онu
определяют дл и тел ьность зв учания . Размерность
музьшального произведения и его тональность
ун а заны рядом с ключом . Нотами обозначают
только основной звуR . Обертоны, определ яю­
щие тембр , онрасн у зв уна, зависят от .м узы­
каJiьного инструмента .
llEP EДA ЧА ЗВ)''RОВ
НА РАССТОЯНИЕ И З ..\ПИСЬ ЗВУКОВ
Читая книгу вслух , .мы восприн имаем не
голос авто ра, а только смысд его речи , воспро­
изводим его мысли . Нотная запись подобна сло­
вам, изображенным бунв ами , вернее, подобна
.1.04
Первый те;rефои Белла: 1 - якорь мектромаrн ита; 2 - з.1ект­
ромаrm1т; 3 - слуховая раков11на (амбушюр) ; .J - заземление;
.:; - г а"11 ьваническ11й элем ент.
фонетичесRой транскрипции , ноторая приме­
няется при изучении иностранных языков .
Уч еные очень давно искали способы запи­
сывать жив ую человеческую речь и не читае­
м ую , а слышимую музык у. Одновременно шли
поисни передачи звуков з а пределы прямой
С.'I ЫШИМОСТИ .
Оптический: телеграф, передающий на та­
кие расстояния запись слов , был изобретен еще
в 1<онце XVI II в. В 1832 г. впервые публично
демонстрировался действ ующий элентрический
телеграф.
К 1855 г. относятся перв ые попытки пере­
дачи изображений по телеграфу. А непосред ­
ственные передача и запись зв уков стали воз­
можными тольRо в посл едней четверти прошло­
го столетия . Первым предл ожил наиболее
простой способ передачи зв уRов с помощью
элентромагнитной индукции американс1шй фи­
з ик А. БелJI . Его изобретение - телефон -
было зарегистриров ано в 1876 г.
Намотав изолированную проволону на же­
лезный сердечюш и поднеся к такой 1<атушке
намерто н , Белл обнаружил , что в проволоке
возюшает переменный тон . Это происходит
потому, что нолеблющаяся ножна намертона
изменяет магнитное поле сердечнина . Б елл
соед инил нонцы обмотон у дв ух таних натушен
и установил на обоих сердечниRах по намер­
тону. Когда один из намертонов возбуждал
в своей натушне тон , намагничивал ся сердечник
и в другой Rатушне. Изменения то1\а во втором
сердечнике заставляли звучать н второй 1.; амер­
тон. Но вначале прибор Бе:ша воспроизвод ил
зв уки очень неясно . Они былн похожи на жуж­
жание. Для у:1 учшения звука Белл воспо.'1 ьзо­
вался отнрытием немецкого физика Х.'1 адни,
изучавшего :колебания пластин .
Повторяя опыты Хладни, Бе,'1л заметил ,
что пластина отзывается и на человеческий
голос. Тогда он поместил в своем приборе у сер­
дечнинов не :к амертоны , а пластины . Одна из

них :колебалась от воздействия голоса . Ее :коле­
бания превращались в и 11
1
пульсы электричесно­
го тона и воспроизводились второй пластиной .
Но 1111
1
пульсы можно было передавать по про­
воду на большое расстояние. И з обретенное Бед­
лом устр ойств о действ овало на сравнительно
небольшом расстоянии и сильно иск ажало го­
л ос. В телефоне Белла для передачи звука
испол ьзовалась энергия самого человеческого
голоса. А она, :как 11
1
ы знаем , чрез вычайно
м ала , и только с ее помощью передать звуки на
очень большое р а сстояние было нельзя - неиз­
бежны были бы з начител ьные потери энергии.
Эти недостатки устранил микрофон, изо­
бретенный Юзом . Его микрофон представля.1
1
собой угольный стерженек , заостренные .концы
.которого помещались внутри угольных же
ча шечек . Эву.новые волны изменяли плотность
контакта между .концами стержень.на и чашеч­
ками . В цепь телефона и ми.нрофона Юза была
включена батарея , мощность .которой мог.1
1
а
быть как угодно велика. l\олебания челове­
ческого голоса то увеличива.1
1
и, то уменьша.1
1
и
сопротивление угольного стержень.н а , причем
точно в та.кт со зв уковыми колебаниями . Через
катушк у телефона , таюие в такт с .нолебания11
1
и
го л оса , проходил ток батареи , вызывал .коле­
бания мембраны , ноторая уже преобразовыв ала
ихв.но.1
1
ебания воздуха, т. е. в з ву.н. Ми.нрофон
Юза был .на.к бы .нрано11
1
в эле.нтричес.ной цепи
батарея - телефон ; он позволял проходить тону
Хладниевы ф11гуры.
ЗВУК
Первые усовершенствования телефона: А - тел ефонная труб­
ка Белла: 1 - слухова я раковина (а мбушюр) , 2 - мембрана,
."J - постоянный магнит, 4 - проводник, ;; - зажим, tJ -
линейный провод; Б - микрофон Юза: а - тел ефонная труб ­
ка Белла, 6 - угольный стержень, в - )'Г ольные колодочки "
• - батарея.
через телефон в такт с .колебаниями з вука
перед ми.нрофон ом, т. е. был управляющим
э.т�:ементом схемы, подобно современным радио­
.т�:ампам. В этом принципиа.т�:ьное р а зличие
микрофонов Юза и Белла.
П очти та.ним же осталось и д о сих пор уст­
ройство внутригородск ого телефона. В между­
городней телефонной сети необходимо исполь­
зовать усилители .
Телефон перед авал звун на расстоян ие, но
толц.но по проводам , по .которым шел эле.нтри­
чес.ний то.к. Гигантским шагом вперед было
изобретение передачи зву.нов с помощью элект­
ромагнитных радиоволн . Первым использовал
эти волны для связи русский физин А. С . По­
пов . Передача с помощью
:
: щ ектромагнитных
волн осуществляется на любые расстояния - 11
1
ы
сrышим го.1
1
ос наших космонавтов и наверняка
услышим голоса людей , высадившихся на дру­
гих планетах .
Сущность передачи з вука с помощью радио­
волн з аключается в том , что зву.новые .колеба­
ния преобразуются микрофоном в колебания
электричесного тока. Этими .колебаниями (их
называют .колебаниями низкой частоты) управ­
ляет излучение радиоволн с передатчиками (.как
говорят , модулируют ими радиоволны) . Моду­
лированные з вук овой частотой радиоволны при­
нимаются радиоприемни.н ом, где они усили-
105

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Сов!М'менная конетрукц11я телефонной трубки: 1 - постоян­
ные кольцеобразные магниты; 2 - прокладка; :i - слуховая
раковина; ./, - пол юсн ые надставк11; 5 - мембрана; 6 - об-
мотка ; 7 - корпус микротслефона.
Фонограф Эд11с1tна .
Схема первой радиопередачи ; предложенная А. С . Поповым:
А - передатчик: 1 - ключ, 2 - батарея , :J - источник вы­
сокого переменного напряжения , 4 - передающая антенна;
J; - прнемю1к: 5 - приемная антенна , 6 - когерер, 7 -
электрический магнит, s - зл емент, 11 - батарея , 10 - те .1 с-
графный аппарат.
:108
ваются , из них «отсеив аются» зву1\овые Rоле­
бания , затем они снов а усилив аются и преобра­
зуются в слышимые нами звуRовые Rолебания
(см. ст . «Радио»).
Почти одновременно с изобретением радио­
связи были найдены способы , RaR записывать
и хранить подлинные звуRи. Помните , в старой
н емецкой сказRе барон Мюнхгаузен , путешест­
вуя по России, подобрал на дороге замерзшую
дудочк у, а в теплой избе из нее полились от­
таявшие звуки. Такая сказочная мечта сбылась
в начале нашего века . Впервые ее осуществ ил
Эдисон . Спр аведл ивости ради следует отме­
тить , что изобретение это могло быть сделано
за сотню лет до Эдисона - развитие физики уже
тогда было для этого достаточным . Но чтобы
откр ыть не з амеченное когда-то , понадобился
гений Эдисона .
Эдисон воспользовался свойств ом тонкой
металлической пластинки воспринимать Rоле­
бания оRружающей среды. На таRой пластинке
Эдисон укрепил игл у из сапфира . Она едв а
касалась цилиндр а, покрытого оловянным ли­
стом. При вращении цилиндр а игла слеп<а
царапала его поверхность , а сам цилиндр сме­
щался вдоль своей оси. Таким образом, игла
процарапыв а .1
1
а на цилиндре спираль. Пластин­
ка под действ ием звуковой волны кодебалась
и с различной силой прижимала иглу к цилин­
дру. Так :=�вуки записывались на цилиндр . Что­
бы воспроизвести их снов а, достаточно бьшо
п оместить иглу в начале спир али и с той же
скоростью вращать цилиндр . Игла, ско.11ьзя по
борозде , заставляла пластию\у воспроизво­
дить звуковые кол ебания .
При дальнейшем усов ершенствовании фоно­
графа олово на поверхности цилиндра заменил и
воском. Затем цилиндр заменили плос1\ОЙ вос­
ковой пл астинкой, на которую борозда также
наносилась по спирал и, н о колебания иглы
шли не в глубину борозды , а по ее ширине. Этот
прибор был наз ван граммофоном . У него бьшо
огромное преимущество перед фонографом:
стало возможным Rопировать запись звуков с
восковых пластинок на пл астмассовые.
В наш е время звук з аписыв ается на ди сках
из мягкого , воскообразного веществ а. С этого
дисl\а методом гальванопластИI\И с нимается
металлическая копия , и уже на копии штампу­
ются пластмассовые пл астинки . Так можно
получить мн ого экземпляров одной и той же зв у­
козаписи .
Записыв ать зв ук можно и с помощью св ета .
Для Этого использовано несl\олько различных
природных явлений .

ЗВУК
прозрачность полосы на пленке раз­
лична, то и проходящий через нее
свет становится то ярче , то тусклее.
Мигающий свет превращают в ток
с помощью фотоэлемента. Сущност ь
фотоэффекта , используемого в фо­
тоэл ементе , состоит в том, что свет
способен в ы бив ать из некоторы х ме­
таллов электроны . При этом, если
осветить пластинк у, например , из
цезия , она заряжается положитель­
но , а в пространств е над нею появ­
ляются свободные переносчики элек­
трического тока - электроны.
Схема механической записи звука: 1 - мембрана; 2 - рсзе11; :1 -
знуконая дорожка; 4 - диск; :; - р упор.
На основе этого явления создан
прибор - фотоэлемент . Первые фото­
элементы были похожи на электро­
скоп. В стеклянном сосуде укреплены
В зависимости от силы света , падающего
на эмульсию фотопленки, на ней после проявле­
ния пол учаются то совсем непрозрачные, то лишь
затемненн ые и даже совершенно прозрачные
места . На это и обратили внимание физики,
когда искали способ записыв ать звук св етом.
Звуковые колебания надо было превратить в ко­
лебания электрического тока, питающего , с:ка­
жем, электролампочн у. Микрофон включили
в цепь лампочки и ее мигающим светом стали
осв ещать движущую ся в приборе фотопленку.
Посл е проявJiе ния негатива на пленке оказа­
лась светлая полоса с неравномерной прозрач­
ностью . Где света попало больше, полоса была
темнее, где меньше - светлее. На позитивной
пл енке изображение света и тени оказалось на
черной полосе - на так называемой звуковой
до рожке. Это и была «фотография» зв ук а .
Чтобы «фотография» зазв учал а, через дви­
жущуюся пленку пропускают пучок света от
лампочки с постоянной яркостью . Так как
Схема воспроизведения звука с кинопленки. Спр ав а - звуко­
вая дорожка.
дв е металлические пл астинки: одна
соединена с отрицательным полюсом электрич е­
ской батареи, другая - с положительным . Под
действием св ета из отрицательно заряженной
пластинки вырываются электроны, которые притя­
гиваются др угой пластинкой . Гальв анометром
можно установить , что величина тока в цепи
изменяется в з ависи мости от интенсивности
света , падающего на отрицательно заряжен­
ную пластинку. Узкий пучо к света проходит
через звуковую дорожку на фотоэлемент . Вы­
зв анный им электрический ток идет по обмотке
электромагнита . И тот с различной силой (в за­
висимости от я ркости упавшего на элемент
св ета) притя гивает мемррану и заставляет ее
воспроизв одить звуковые колебания .
Запись звука светом применяется в кино .
Звуковая дорожка находится на краю кино­
ленты: свет , про ходящий через нее, направляет­
ся не на экран , а на фотоэлемент .
Вместо фотоэлемента, описанного выше,
можно поставить фотосопротивление . В зависи­
мости от силы св ета (осв ещенности) оно может
изменять свое эле1•трическое сопротивление
и пропускать через себя то больший, то меньший
ток .
Сравнительно недавно уд алось получить
магнитную запись звука . Для этого использо­
ва;1и электромагнитн ую индукцию . На тонкой
алюминиев ой мембране укреплена между полю­
сами постоянного магнита легкая проволочная
:катушка . Мембрана , сов ершая зв уковые коле­
бания , приво дит катушку в движение и возбуж­
дает в ней индукционный ток . Этот ток подается
н а обмотку электромагнита ; п·еред ним протяги­
вается железная проволока или пластмассовая
107

ДВ ИЖЕ НИЕ И ЭНЕРГИЯ
Запись звука на м а гнитной .,енте .
лента , в состав которой входит тончайший поро­
шок желе з а или другого ферромагнетика. Про­
волока или лента намагничив ается тем сильнее,
чем больший ток возбужден в катушке зву1юм.
Чтобы воспроиз вести по такой записи зв ук ,
надо протянуть ленту с той же скоростью вбли­
зи электромагнита . Пр.оизойдет обратный про­
цесс . В обмотк е возникает ток , и з меняющий
свою величину в з ависимости от намагничен­
ности ленты . После усиления этот ток пропу­
скают через обмотку другого электромагнита ,
который з аставляет мембрану совершать .коле­
бания, и зв ук воспроизводится .
У магнитной записи немало преимуществ
перед св етовой. Когда звук з аписан светом,
фотопленку надо проявить и отпечатать . Снять
запись с фотопленки уже нельз я. Магнитную
з апись можно тотчас же прослуш ать , а затем
стереть ее с пленки. Для этого достаточно про­
тянуть пленку около магнита , по которому течет
быстропеременный ток . Плен.ка многократно
перемагнитится , следы з аписанного звука исчез­
нут , и пленка пригодна для новой записи .
Чтобы записыв ать и воспроизводить звук ,
создан удобный прибор - магнитофон и спе­
циальная пластмассовая пленка, содержаща я
мелкозернистый ферромагнитный порошок . Маг­
нитная з апись широко применяется в радио­
передачах . Многое из того , что передается п о
радио , удобнее предв арительно записать н а
магнитофонную пленк у, а з атем уже воспроиз­
вести перед микрофоном для передачи в эфир .
НЕСЛЫШИltlЫЕ (< 3ВУRИ>»
Колебания с частотой менее 1о гц не вос­
принимаются нашим слухом - это инфразвук .
Не слышны та кже колебания с частотой более
20 ООО гц - это ультразвук . Когда были соз­
даны высокочувств ительные приемники звуков
.:108
для самых различных частот, обнаружилось ,
что инфра- и ул ьтразвуки распространены в
природе так же широко, как и звуки слыши­
мые. Выяснилось, что их излучают н восприни­
мают живые существ а на суше, в воздухе и в
воде и используют их для своих (< Переговоров» .
Собаки, например , воспринимают ультр азв уки
с частотой до 40 кг ц . Этим пользуются дрес­
сировщи ки, чтобы подав ать собаке команду,
неслышимую людьми . Установленные в море
приемники ул ьтразв ука обнаруживают его прн
появлении (<Пл ав ающих остр овов>> планктона .
Оказалось , что крохотные веслоногие рачю1
в этом планктоне создают ул ьтразвуковые вол­
ны, потирая лапку о лапку. В море были обна­
ружены и слышимые зв уки : их издают некото­
рые рыбы (см. в т. 4 ст. (<Зву:ни моря»). Издает
з вуки и само море. Их называют (< голосом моря» .
Частота таких зв уков меньш е 16 гц. Порыви­
стый ветер где-то далеко зарождает шторм, при­
водит в движение поверхность воды . Сжатие
и р а зрежение морской волны передаются в про­
странство над водой и порождают инфразвуко­
вые волны.
Инфразвуковое излучение ощущают различ­
ные жители моря : медузы, ракообразные суще­
ства, морские бл охи и гоморусы. Прибрежные
животные, услыш ав (< голос моря» ,
прячутся
в морской глубине или в водороСJlЯХ . Еще рань­
ше узнают . о приближении шторма морские
животные, находящиеся вдали от берега , по­
тому что звук вообще распространяется в воде
в 5 р а з быстрее, чем в воздухе,- со скоростью
1460 м/сек .
Инфразвук мы не слыш им, но можем его
ощущать . Иногда в троллейбусе компрессор
воздушного тормоза начинает работать ненор­
мально , и пассажиры, хотя и не слыш ат зв ук ,
ощущают бол ь в ушах. Компрессор издает инфра­
звук . Обычно и нфразвук содержит обертоны ,
:которые мы можем слышать . Например , в гро­
хоте грома основная масса звуковой энергии
сосредоточена в инфразвуковой обл асти , мы
же слышим в громе только обертоны , более
высокие, чем инфразв ук .
Инфразв ук по сравнению со с.1ыш нмыми
зв уками мало погл ощается воздухом; потому
и нфразвуковая волна распространяется н а
очень далекие рассто яния . Приборами улав­
ливаются инфразвуковые волны на больш ом
расстоянии от его источника . Интересно , что
на своем пути и нфразв ук очища ется от св оих
обертон ов , так ка:к воздух поглощает их .
Инфразв ук имеет больш ое з начение в воен­
ном деле. Улавливая его приборами , весьма

точно определ яют место , отк уда действ ует даль­
нобойная артиллерия .
В воде инфразвук поглощается также зна­
чител ьно слабее слышимых звуков и потому
может быть ул овлен за много сотен километров .
Это помогает рыболовецким судам быстро на­
ходить стаи рыб, издающих инфразвук.
На очень больш ой морской глубине, куда
не проникает свет, жив ут рыбы, у которых нет
зрения . Но они возмещают его способностью
издав ать ультразвуковые волны и восприни­
мать эхо от этих волн . Это позволяет им не
тол ы\о ориентироваться при движении , но и
охотиться на других рыб.
Ультр азвуком поJ1ьзуется и летучая мышь.
Наблюдая ее стремительный полет , невольно
ожидаешь, что она вот- вот налетит на ство.'1
дерева или стену здания. Но каждый раз, встре­
чая на пути препятствие, о на стремител ьно
в змыв ает вверх или круто поворачивает в сто­
рону. Исслед ов ания естеств оиспытателей до­
казали, что зрею1е у летучей мыши весьма сла­
бое. Она почтif слепа . Но умение пользов аться
ул ьтр азвуком и его отражением от предметов
помо гает ей ор иентиров аться в сложной обста­
н овке и на лету ловить добычу - мелких мо­
шек .
Н3ЛУЧАТЕ.!JИ у.JIЬTPАав;,·кА
Чтобы излучатель мог создав ать упругие
волны ул ьтр азвука, частота его колебаний дол­
жна прев ышать 20 ООО гц. Такие излучател и
отк рыты уже давно , но применяться стали сов­
сем недавно . В 1880 г. французские ученые бра­
тья Пьер и Поль Кюри исследовали свойств а
кристаллов. Они заметили, что , если кристалд
кварца сжать с дв ух сторон, на его гранях ,
+!
!1
+
+!
i11
+
�•i1".
+
+:
;11
+
+!i11
+
+
+
Получен и е кварцевой п.1астинки 11 образован11е на ней пьезо­
электричества . Основная часть кварцевоrо кристалла - шеоти ­
rра11ная призма, стре.11.:ам11 показаны основные се кр11сталло-
rрафичсские оси.
ЗВУК
перпендикулярных направлению сжатия , воз­
никают электрические заряды: на одной гра­
ни - положител ьные , на другой - отрицатель­
ные . Таким же свойств ом обладают кристаллы
турмалина , сегнетовой соли , даже сахара. З аря­
ды на гранях кристалла возникают и при его
растяжении . Но на грани, дававшей при сжа­
тии положительный заряд , при растяжении
будет отрицател ьный, и наоборот.
Т акое возникновение электрических заря­
дов на кристаллах было названо пьезоэлектри­
чест вом (от греческого слов а «пьезо» - давлю) .
Кристалл , имеющий такое свойств о, называют
пьезоэлектриком. В дальнейш ем братья Кюри
обнаружили, что пьезоэлектрический эффект
обратим : если на гранях кристалла со здать
разноименные электрические заряды, он либо
сожмется, либо растянется, в зависимости от
того , к какой грани приложен положител ьный
и к какой отрицательный заряд .
Пьезоэлектричеств о впервые было практи­
чески применено лиш ь в мировой войне 1914-
1918 гг. Французский ученый Поль Ланжевен
предложил использовать это явление, чтобы
обнаружив ать подводные лодки . Винт лодки
порождает при своем вращении упругие волны.
Они распространяются в воде со скоростью
1460 .м/сек . Если пьезоэлектрический кристалл ,
опущенн ый в воду, окажется на пути ул ьтра­
звуковой волны, то волна сожмет его грани
и на них появятся электрические ааряды .
Ланжевен изобрел и излучатель ул ьтра­
звуковых волн . Пробуя заряжать грани квар­
цевого кристалла элект.ричеств ом от генера­
тора переменного тока высокой частоты , он
установил , что кристалл совершает при этом
нолебания в такт изменению напряжения тока .
Однl!. пл астинка кристалла излучает ул ьтра­
звук очень малой мощности . Чтобы получить
больш ую мощность колебаний, Ланжевен со­
ставил из мно гих кварцевых пластинок мозаич­
н ый слой. Кварцев ую мозаику он вложил
меж ду дв умя стальными листами . Они и скреп­
ляш1 ее, и были электродами .
Чтобы увеличить амплитуду колебаний у
пластинок кристалла, Ланжевен воспользо­
вался явдением резонанса : если собств енная
частота колебаниi:i пластинки совпадает с ча­
стотой колебаний напряжения на электродах,
амплитуд а колебаний на пластинке резко воз­
растает . Исследования Ланжев ена дали воз­
можность изготовлять кварцевые излучатели ул ь­
тразвука различных частот .
Пьезоэлектрическими свойств ами обладают
не только кристаллы, но и керамика из титаната
:109

ДВ ИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Маrнитострикционные иЗJ
J
учатели.
бария . У херамических излучателей много
преимуществ перед кварцевыми . Им можно
придавать любые размеры и любую форму.
Ультраз вух можно получать и др угим спо­
собом. Еще в 1847 г. физик Джоуль, изучая
магнитные свойств а металлов , обнаружил , что
железн ые и никелевые стержни изменяют сйои
размеры при перемагничивании электрическим
током . Ногда направление тох а в обмотке изме­
няется , стержень то ·уменьшается , то увели­
чивается в такт изменениям в направлении тока.
В окружающей среде при этом возбуждаются
упругие волны, частота хоторых определяется
к олебаниями стержня . Это явление было на­
звано магнитострикцией (от латинского слова
«стриктус)> - сжатие) .
З ВУК НА СJIУЖБЕ У ЧEJIOBERA
Физические явления изучаются не только
для того , чтобы понять их сущность , н о и для
того , чтобы научиться ими упра влять , чтобы с
их помощью бороться со стихиями природы .
Так действ овал человек всегда со времен воз­
никнов ения челов еческого обществ а.
Одно из первых явлений природы, которое
человек наблюдал , которое стремился понять ,­
это эхо . Очевидно, еще в раннем, каменном
веке человек научился пользоваться этим явле­
нием для ориентировки в горной местности .
Отражение звука от препятствий во многом
похоже на полет мяча, брошенного на землю
или на стену. Угол его падения равен углу
отражения . В горном ущел ье мы слышим много­
кратное эхо . Это значит, что к нам приходят
звуки, отраженные от нескольк их скал . Если
в горах крикнуть и отметить время до прихода
эха , то легко определить расстояние до места ,
от которого зв ук был отражен . Для этого до­
статочно умножить скорость зв ука на засечен­
ное время и это произведение разделить на дв а,
так как за это время звук прошел «туда» и
«обратно)> .
110
В 1887- 1 889 гг. зв ук впервые был применен
для определения глубины моря. Источником
звука был колокол, зв учавший под водой.
Результаты опытов не были утешительными :
звук , отражаясь от дна , давал очень слабое эхо,
еле слышное в общем шуме моря.
Нолокол использовали дл я предупреждения
кораблей во время тумана. Он звонил под
водой в центре опасной при тумане бухты.
Норабли, направляющиеся в гавань , опускали
по бортам слуховые трубы , похожие на уши .
Но звучание колокола оказалось и дл я этого
слишком слабым .
Значительно сильнее звук дает сирена -
вращающийся диск с отверстиями , через ко­
торые продувают струю воздуха . Нолокол за­
менили сиреной.
И измерению глубины моря с помощью эха
вернулись несколько лет спустя. В 1912 г .
был сконструирован специальный прибор -
эхолот . У одного из бортов корабля взрыв али
в воде пороховой патрон, зв ук взрыва после
его отражения от дна принимался на др угом
борту. Эхолотом можно было измерять гл убины
до 150 м. Эхолотом был заменен менее соверш ен­
ный прибор - лот (канат с грузом на конце и
метками длины) .
Вс коре произошло событие, расширившее при­
менение эхолота. В Атл антическом океане в силь­
ный туман корабль-ги гант «Титанию> столкнулся
на полном ходу с огромным айсбергом . Норабль
очень быстро затонул. С тех пор для обнаружения
препятствий на пути кораблей стали пользоваться
э холотом. Его повернули из вертикального поло­
жения в горизонтальное. Зрение лоцмана, когда
не видно ни зги, стали заменять эхолотом .
В наше время эхолот усовершенствован и назы­
вается уже гидролокатором. Он действует по
Принцип работы сирены.

о------- - -- - - ---
ю------- -- ------
HOCJl
l
K Pb15bl
20----;
;
;;.;;;�м-- ���1�;;
;
�
HOF'A&/lb �
tl�1, 'J"; 1, '"•' 1
::�\/�
�
Pl!Лlol!• ДНА
5 0 ------ ---------
Запись рельефа дна с помо щью ул ьтразвукового эхоло та.
тому же принципу ультразвуковыми волнами :
ультразвуковой луч, посланный излучателем, от­
ражается от препятствия, возвращается обратно
и улавливается звукоприемн иком . Посылая звук ,
регистрируют время. Зная, с какой скоростью
распространяется ультразвук в воде, можно опре­
делить расстояние до препятствия и даже его
форму . С помощью гидр олокатор а было най­
дено много затонувших кораблей. Усовершен­
ств ов анный гидр олокатор излучает ультразвук
не непрерывно, а через определенные проме­
жутки времени . Эхо улавливается несколькими
при емниками , отстоящими друг от друга на
некотором расстоянии . Все это позволяет
более точно определить место препятствия пе­
ред кораблем или очертания морского дна .
Широко применяется ультразвук в метал­
лургии . Он хорошо распр остраняется в метал­
лах , и ультразвуковое эхо используется для
опр еделения качества металлических и зделий.
Есл и в таком изделии есть инор одные вкрап­
л ения (раковины), ул ьтр азвуковой луч отр а­
жается от них , как от препятствия . Сконструи­
рован специальный прибор - ультразвуковой
дефектоскоп . Но этот прибор позволяет обна­
ружит ь лишь наличие дефекта и расстояние
до него от повер хности и зделия . Форму и раз­
меры дефекта можно увидеть с помощью ульт­
развукового микроскопа . В таком пр иборе
ультразвуковой луч «ощупывает» дефект в ме­
т алле и дает его изображение на экране элек­
тронно-лучевой трубки , похожей на трубку
в телевизоре .
Оба эти прибора р аботают на волнах очень
вы сокой частоты . Зная примерно размеры де­
феl\та, который должен быть обнаружен в ме­
таллическом изделии , легко рассчитать частоту
волны , мо гущей его определить. Если приме-
ЗВУК
нить ультразвук с самой малой частотой -
20 кгц, то длина его волны в металле (при ско­
рости звука 5000 м /сек) будет :
'
5000
л = 20000
=0,25 м.
Это значит , что волною такой частоты можн о
измерить дефект, размеры которого не меньше
0,25 �t . Звуковые и ультразвуковые волны , так
же как и все прочие волны в природе, не от­
ражаются от препятствий с размерами мень­
шими , чем длина волны . Они и х просто оги­
бают. Это явление называется дифракцией .
ВЕЩЕСТВО В ЗВУ КОВОМ 11 0.JIE
Звуковая или ультразвуковая волна , рас­
пространяясь в веществе , вызывает колебания
его частиц. Амплитуда колебаний зависит от
силы звука - чем больше сила звука, тем
больше амплитуда смещения частиц . Частицы
веществ , подвергнутых действию звукового по­
ля большой силы , интенсивно колеблются.
Если подвергнуть действию мощного ультра­
звука две несмешив ающиеся жидкости , напри­
мер масло и воду , то на границе взаимного
соприкосновения они начинают интенсивно пере­
мешиваться , как бы проникая друг в друга.
При этом обра зуется эмул ьсия , состоящая из
мельчайших капелек масла, распределенных
в воде . Так получают, например , различные
лекарства , а в пищев ой промышленности -
маргарин, майонез , различные соусы и т. п .
Используется ультр азвук и при изготовле­
нии светочувствительных эмульсий для ф ото­
плец к и и фотобумаги . Он раздробляет зерна
бромистого серебра и перемешивает их в ка­
ком-либо коллоиде , например в желатине.
Чем мельче получаются зерна, тем большее
увеличение допускает фотоснимок .
В других случаях ультразвук используют
не для раздр обления, а чтобы заставить слип­
нуться мельчайшие частицы,
засоряющие
жидкость или газ . Это возможно в том случае,
если слипшиеся частицы не разрушаются в
том же звуковом поле. Если воздух , в кото­
ром много пыли - твердых частиц , взвешен­
ных в воздухе (сажи , цемента, золы и т. п.), ­
подвергнут ь мощному воздействию ультр азвука
(с интенсивностью 0,2-0,5 вт /см 2), мельчай­
шие ,твердые частички слипаются друг с другом
так прочно , что тот же ультразвук не может
преодолеть силы их молекулярного взаимо­
действия . Образуются крупные частицы , кото-
11J.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
рые уже легко улавливаются фильтрами или
просто оседают под действием силы тяжести .
Если сфокусированный вогнутым излуча­
телем пучок ультразвуковых волн с частотой
от 0,8 до 2 Мгц направить из жидкости вверх,
произойдет интересное явление. Мы уже знаем ,
звуковые волны не могут перейти из более
плотной среды (воды) в менее плотную (воз­
дух) - они полностью отразятся от поверх­
ности раздела. При отр а жении повер х ность
воды будет испытывать давление . Стена, на­
пример , тоже , отражая мяч , испытывает дав­
ление . Возникает так называемое давление
звуко воrо излучения (не смешивать со звуко­
вым давлением) . Оно в с о тни и тысячи раз мень­
ше звукового давления , и природа его совер­
шенно другая . Звуковое давление изменяется
в каждой точке и распростр аняется радиально ;
давление ::�вукового излучения всегда действует
в одну сторону , и величина его неизменна,
если не меняется сила звука. Давление излу­
чения звука образует на повер хности жидкости
своеобразный холм или горб высотой до 50 см
(при помощи ультр азвука интенсивностью
в 50 вт /см 2 }. При этом некоторые жидкости
интенсивно распыляются , образуя плотное об­
лако тумана. Жидкость будто кипит . Сущность
этог о явления очень сложна и связана с обра­
зов анием капиллярных волн на повер хности
жидкости; они подобны морским волнам , т оль­
ко размеры их в миллионы раз меньше - д оли
микрона . Из гребней этих волн и образуются
мел ьчайшие частички «ультразвукового тумана».
RАВllТАЦИЯ
Применение ультразвука значител ьно рас­
ширилось после того, как было открыто явле­
ние кавитации. Уже давно было замечено ,
что гребные винты морских судов быстро изна­
шиваются при увеличении числ а оборотов .
П овер хность хорошо отполированного , не под­
дающегося ржавлению винта покрывалась мел­
кими щербинками . Гидродинамические свой­
ства винта, т. е. способность его пр ив одит ь
судно в движение , резко ухудшались. Так
же разрушались и лопасти гидротурбин . При­
чину этого явления уда.11ось установить лишь
после того, как обнаружили, что так же раз­
рушается повер хност ь электродов , нанесен­
ных на кварцевый пьезоэлект рик , если он
излучает мощные ультразвуковые колебания .
При работе гребного вала и лопастей гид­
ротурбины создаются в жидкости мощные упру­
гие колебания ул ьтр азвуковой частоты . В мо­
мент разрежения волны образуются в жидкости
разрывы, з аполненные растворенным в воде
газом , - кавитационные пузырьки. Легче всего
они возникают там, где ест ь частицы воздуха
или каких-то примесей . В слое сжатия очень
большое давление , оно вызыв ает кавитацию:
разрывы в жидкости исчезают и происходит
rидравлический удар . Эти гидр авлические уда­
ры и разрушают металлическую повер хност ь
винта или лопастей. Удар одного кавитацион­
ного пузырька слаб , но на поверхность металла
обрушиваются тысячи таких ударов .
Удар и аи во.11 на сверхзв�'кового са11 0 .1
1
ета в пастушеский кн�·т.
112
Полет ы сверхзвуко вых самолетов
над населенными пунктами строго
запрещены. Обычный самолет звуко­
вые волны обгоняют и, расп ростра­
няясь по всем направлениям , посте­
пенно безобидно зат ухают. Само­
лет , летящий со скорост ью более
1200 н.></час, сам обгоняет свои еобет·
венн ые звуки. Рокот работающих мо­
торов, свист и грохот рассекаемого
крыльями воздуха, вее звуковые волны
сливаются в одну мощную уд арную
волну, в верш11не которой быстрее зву­
ка летит самолет.
Дости гая земной
поверхноетп ;
уд арная волна приносит много бед :
из окон вылетают стекла, рушатся
стены , от стрnшиых уд аров, сильнее
грома, можно на всегда оглохнут ь .
Поэтому 11епытания сверхзвуковых
самолетов проводят в пустынной мест­
ности, где уд арные волны не могут
причииить вреда.
Но мало ко му 11звеетно, что гроз·
ные уд арные звуковые волны давно
уже несут скромную, мирную 11 полез·
н�·ю сл ужбу - они помогают стеречь
колхозны е стада. Хороший кнут пас­
туха устроен очень разумно и целеео·
образно. Многовековой опыт народа
воплотил в нем сложный ком ш1екс
законов механ11ки. Секрет хорошего
кнута в том , что он постепенно к
концу становится вее тон ьше 11 тонь­
ше и заверш ается раетрепом - легкой
кисточкой .
. Умедый сильный взмах кнутов11-
щем, 11 вдо.1ь по веревке кнута побе­
жит короткая во.1иа - 11згиб. К11не­
т 11чеекая анергия будет сохраняться
иензменной по всей длине пробега .
Но к концу кнут тоиьше, масса мень­
ше, знерг11я волны постояинn , е.1едо·
вательно , скорость будет очень быстро
и очень сильно возрастать, достигая
сверхзвуко вых значений, Возникает
мощная уд арная звуковая волна -
резкий и оглуш ительн ый, как выетре.1,
удар кнута. Ударную звуковую во.1ну
нередко можно услыша т ь и в цирке.
Укротитель с ее -помощью пр11вод11т к
послушанию даже львов.

д•аграмма МЫШJ1
11
1
ОСТВ авуков. Сnрава - полный спектр авуков,
которые может слышать qеповек. Вниау в четырех диаграммах 8ТОТ
спектр раадепев ва отдельные обпасти: 1 - обпасть речи, 2 - обl
l
асть
музы ки ,
3-обl
l
асть мыmвмых шумов, 4 - обl
l
асть шумов, причи­
няющих органу <'Jlyx& боJ
J
ь, и авуков немышимых. Стрелками пока-
80
60
40
100
80
60
40
20
140
120
100
80
60
40
20
о
60
40
20
о
-20
ааяы в диаграммах места определенных �1вуков.
100
1000
10000
t
100
1000
10000
�
100
1000
10000
ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ В 0,1 СЕК.
20
100
1000
10000
140s
1-
120 :s
:i:
100 1О)(
s<
80
Uc:;
:i:w
WLD
601-s
�ffi'
10�ot
20 w1О
1О
о�
>
-20

N
"
s
:r:
:r:
UJ
�
ID
о
о
с:;
с:
UJ
1-
�
"
s
:r:
:r:
UJ
�
ID
о
о
2UJ
1-
1 СЖАТЫЙ ГЕЛИЙ
� ИЗ КОМПРЕССОРА
СБОРНИК
ЖИДКОГО ГЕЛИЯ (4,2"К)
СЛИ В ЖИДКОГО ГЕЛИЯ
12·к
Тоблuца н cmamъcit "Па nодсmупа.ж
н а6солюmн.ому нулю"
Устройство аппарата для ожижеви я
гелия. Внt"'!/ дюар - сосуд для хра·
иеияя жидкоt'О гелия.
ЗАЛИВКА
ГЕЛИЯ
1 ЗАЛИВКА
�АЗОТА
..
'
WTVЦIP
ДЛR 8ААКУММР08КМ
06ЪЁМ
Alt" re:nм"

Кавитация, возникающая при работе гребно­
го винта, конечно, вредное явление. Но ее можно
сде,1
1
ать и полезной. Кавитацию создают искус­
ственно, например пьезоэлектриками. И тогда
удастся использовать ее при обработке твердых
хрупких материалов - стекла, фарфора, дра­
гоценных камней, сверхтвердых сплавов. С се
помощью можно чистить очень загрязненные
или заржавленные металлические дета.'Iи. Очи­
стка происходит мгновенно. Тысячи разры­
вающихся в 11;идкостп кавитационных пузырь­
ков снимают с металла и ржавчину и грязь.
Если бетон при укладке не был достаточно
уплотнен, в нем образуются воздушные поло­
сти. А такая полость, например, в бетонном теле
плотины очень опасна. Качество некоторых бе­
тонных сооружений тщательно проверяется
ультразвуковым дефектоскопом. Он своевре­
менно обнаружит и размеры, и глубину зале­
гания воздушных полостей.
На крупном строительстве, например при
постройке гидроэлектростанции, укладывают
сотни тысяч кубометров бетона. Его качество
непрерывно контролируется. И в этом ультра­
звук незаменим. Бетон приобретает прочность
не сразу. При укладке он жидкий, затем «со­
зревает» - твердеет - и превращается в проч­
ныii массив. На разных стадиях созревания
бетона у.'Iьтразвук проходит через него с раз­
личной скоростью. Специальным аппаратом
мотно измерить эту скорость и таким образом
с.тrе;:щть за качеством бетона в процессе строи­
те,1ьства.
Важную роль играет ультразвук в произ­
водстве цемента, асбеста и строительных мате­
риалов. Качество этих материалов зависит
от размера их зерен. Обычно на цементных
заводах применяют механический размол. Но
если дробить цемент или асбест ультразвуком
с частотой 450 кгц, размер частиц уменьшается
до 12 мк. Такой тонкий размол благоприятно
сказывается на качестве сооружений и изделий
из цемента и асбеста.
У 111IЬТР A;JBYR РЕЖЕТ МЕТ А.J1Л
На обычных металлорежущих стан:ках нель­
зя просверлить в металлической детали узкое
отверстие сложной формы, например в виде
пятиконечной звезды. Тут без слесаря не обой-
о8д.э.т.3
ЗВУК
Принцип работы ультразнуконого станка; 1 - источник по­
стоянного тока; 2 - генератор; :; - маrн11тостриюtионный
сердечник; 4 - конце11тратор; 5 - 11
11
струмснт; 6 - обрабаты-
ваемая деталь; 7 - суспензия; l!J - насос; 9 - абр::
:1
зив.
+,о[J
х•••о
•••
•••
ф
•
••
•
�m
•+
Некоторые профили инструмента для скн11з11ых отоерст11й
и углублений при ультразвуковой обработке мета.1л11ческ11х
изде.�JIЙ.
дешься, а с помощью ультразвука это мо ­
жно сделать. Маrнитостриtщионный вибратор
моЖет просверлить отверстие любой формы.
Ультразвуковое долото вполне заменяет .фре­
зерный станок. При этом такое долото намного
проще фрезерного станка и обрабатывать им
металлические детали дешевле и быстрее, чем
фрезерным станком.
Ультразвуком можно даже делать винтовую
нарезку в металлических дета.11ях, в стекле,
в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала де­
лается в мягком металле, а потом уже деталь
подвергают закалке. На ультразвуковом станке
резьбу можно делать в уже закаленном
металле и в самых твердых сплавах. То же и
со штампами. Обычно штамп закаляют уже
после его тщательной отделки. На ультразву­
ковом станке сложнейшую обработку произ­
водит абразив (наждак, корундовый порошок)
в поле ультразвуковой волны. Беспрерывно
:1:13

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
колеблясь в поле ультразвука, частицы твер­
дого порошка «вгрызаются» в обрабатываемый
сплав и вырезают отверстие такой же формы,
как и у долота.
Большинство ультразвуковых станков ра­
ботает бесшумно. В недалеком будущем в це­
хах металлообрабатывающих заводов не будет
ни лязга, ни грохота. Путь к тишине идет
через звук.
У.JIЬТРАЗВ�тК Ji МЕДИl�ИllЕ
Ультразвук может резать не только стекло
и металлы, но и живую ткань. Обычно при
хирургической ампутации руки или ноги врач
работает скальпелем и пилой. Но их можно
заменить ультразвуковым лучом. Такая опера­
ция проходит быстрее, и ткани тела зажив­
ляются после нее значительно лучше. С помо­
щью ультразвукового луча можно исследовать
расположение внутренних. опухолей. В огру­
бевших от опухолей тканях скорость ультра­
звуковой волны иная, чем в здоровых. Измеряя
скорости прохождения ультразвука через тело,
можно очень точно определить границы опухоли.
Особенно успешно такие исследования прово­
дятся в коре головного мозга.
Ультразвук обладает способностью разру­
шать живые ткани. Первыми его жертвами были
рыбы, убитые и оглушенные ультразвуком, ко­
гда Ланжевен и Вуд испытывали эхолоты в бух­
те Тулона. Обитающие в воде микробы при
облучении их ультразвуком погибают, ульт­
развуковые колебания их прямо-таки разры­
вают на части: разрушается оболочка их :клет­
ки, да и само внутриклеточное вещество. Поэ­
тому ультразвуком можно обеззараживать воду.
Ультразву:к применяют в медицине, чтобы
разрушить, например, клетки раковых опухолей
или камни в печени. Успешно разрабатывается
совершенно безболезненное лечение зубов с
помощью ультразвука.
Акустика - не завершенная наука, ведь
завершенных наук не существует. В ней много
важных и еще не решенных проблем и даже
загадочных... О некоторых мы вам рассказали,
с другими столкнется тот из вас, кто в буду­
щем выберет себе увлекательную специаль­
ность физика-акустика.
••
НА ПОДСТУПАХ К AБCOJIIOTHOMY HY.JIIO
ЧТО ТАКОЕ XO.JIOД?
Состояние и свойства вещества зависят от
его температуры. Возьмем, например, воду.
При температуре ниже 0°Ц - это твердое тело,
при 100°Ц она переходит в газообразное со­
стояние, а при десятках тысяч градусов пре­
вращается в плазму.
Температура определяется интенсивностью
так называемого теплового движения молекул
и атомов. Чем быстрее они двигаются в веще­
стве, тем выше его температура. Когда веще­
ство охлаждается, тепловое движение его ча­
стиц затухает. Если же тепловое движение
совсем прекратится, дальнейшее понижение
температуры станет, очевидно, невозможным.
Такую наинизшую температуру называют аб­
солютным нулем и принимают ее за начало от­
счета в абсолютной температурной шкале,
носящей имя английского физика Кельвина.
Абсолютный нуль - 0° К (нуль градусов
Кельвина). При отсчете по шкале Кельвина
114
температура таяния льда равна 273,16° К, темпе­
ратура кипения воды (при атмосферном дав­
лении) - 373, 16°К (рис. 1). Величиной гра­
дусы в шкалах Кельвина и Цельсия равны.
Температуру, выраженную в градусах Цель­
сия, легко перевести в градусы Кельвина: для
этого нужно прибавить к ней 273, 16°. Напри­
мер, +27°Ц соответствует 300,16°К.
Повседневный опыт убеждает нас в том, что
при :контакте двух тел с разной температурой
тепло самопроизвольно переходит от более на­
гретого тела к менее нагретому и температуры
обоих тел становятся равными. Передача тепла
от менее нагретого тела к телу с более высокой
температурой никогда не происходит само­
произвольно. Чтобы осуществить такую пере­
дачу, надо затратить энергию - механическую,
электрическую,
химическую или
какую­
нибудь другую.
Передачу тепла от холодного тела в окру­
жающую среду, имеющую более высокую тем­
пературу, можно рассматривать как получе-

::.:
::
•
.
.
.
.
.
•
•
••
11
--
-
ТЕМПЕРАТУРА ПОВЕРХНОСтИ COЛHLl,A
(&000°к)
КИПЕНИЕ ЖЕЛЕЗА (3273°К)
ПЛАВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА (1800°К)
ПЛАВllЕНИЕ ОЛОВА (505°К)"
ТЕМПЕРАТУРА
тАi
ii'
иЁ"i'i
i:Ali
нoro ЛЬДА (273,18°К)
ТВЕРДЫЙ КИСЛОРОД (54,ЗQ"К)
ЖИДКИЙ ВОДОРОД (20,4"К)
жидкиil ГЕЛИА -1(4,2"1<)
жидкий гели11-П(2,19°К)
Рис. 1. Абсолютная температ�·риая
шкала.
НА ПОДСТУПАХ К АБСОЛЮТНОМУ НУЛЮ
ние холода. Тогда под холодом надо подразу­
мевать количество тепла, которое отнимается
от охлаждаемого тела. :Количество хоJюда не
пропорционально затраченной работе: чем ни­
же температура охлаждаемого тела, тем больше
нужно работы, чтобы получить то же количе­
стnо холода. Особенно сильно возрастает за­
трата работы на охлаждение вблизи абсолют­
ного нуля. Например, чтобы получить холод
на температурном уровне 3°1\ (-270°Ц), нужно
затратить в 1000 раз больше работы, чем для
получения того же количества холода при. тем­
пературе 270°1\ (-З0Ц). При абсолютном же
нуле затрата работы для получения холода
должна быть равна бесконечности. Это, кстати.
показывает, что охладить тело точно до 0°1·1:
вообще невозможно.
Понижение температуры меняет своiiства
многих тел. Например, мягкая и упругая ре­
зина становится при температуре около 200°1\
жесткой и от удара молотком раскалывается,
как стекло. Так же ведут себя многие метал­
лы, например железо, сталь, свинец. Если
из свинца сделать колокольчик и охJ1адить
его в жидком азоте, он будет издавать ме­
лодичный звон: свинец станет твердым. Но
есть металлы и сплавы, в которых пош1же­
ние температуры увеличивает прочность, остав­
ляя им достаточную пластичность. Таковы,
например, медь, ее сплавы и алюминий. Именно
из этих металлов изготовляют аппараты, кото­
рые используются при низких температурах.
ГЕЛИЙ ПРЕВРАЩАЕТСН
в жидкость
Для испарения любой жидкости к ней надо
подвести тепло (его называют теплотой испа­
рения). Тепло, необходимое для испарения
жидкости, кипящей при низкой температуре,
например для жидкого азота, жидкого водо­
рода или жидкого гелия, будет подводиться
на низком температурном уровне. Таким обра­
зом, тело, от которого будет взято это тепло,
охладится до такой низкой температуры.
Испаряя жидкий гелий в вакууме, можно
получить температуру всего на О, 7° больше
абсолютного нуля. Еще более низкую темпе­
ратуру (до 0,3°1\) дает сжиженный изотоп
гелия Не3.
Чтобы охладить какой-либо предмет до
нужной температуры, достаточно поместить его
в ванну с соответствующим сжиженным газом.
11u

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Таким образом, основная задача при получе­
нии очень низких температур - это сжижение
газов. Его можно добиться двумя методами.
Первый метод - дроссел11рование, т. е. рас­
ширение сжатого газа в вентиле. При таком
расширении молекулы газа преодолевают силу
взаимного притяжения, их тепловое движение
замедляется и газ охлаждается.
Этот метод применяется в простейших уста­
новках для ожи жения газов. Газ сжимают
компрессором, охлаждают в теплообменнике
и расширяют в дроссельном вентиле. При таком
расширении часть газа ожижается. У каждого
газа есть определенная температурная точка -
так называемая инверсионная температура. При
дросселировании газа, находящегося выше ин­
версионной температуры, он уже не охлаждает­
ся, а нагревается. Для большинства газов ин­
версионная температура выше комнатной, но
у водорода она равна 193°К (-8О0Ц), а у ге­
лия даже 33°К (-240°Ц). Поэтому применять
метод дросселирования можно, то.т�ько предва­
рительно охладив газ ниже его инверсионной
температуры.
При другом способе получения холода сжа­
тый газ заставляют не только расширяться,
но и совершать механическую работу в цилиндре
с поршнем или в турбине. Молекулы газа, уда­
ряясь о поршень или о лопатки турбины, пере­
дают им свою энергию; скорость молекул силь­
но снижается, и газ интенсивно охлаждается.
Расширительные машины, применяемые при
этом способе, называются детандерами. Они
могут быть поршневого или турбинного типа.
На цветной табдице у страницы 113 показано,
как устроен аппарат для ожижения гелия с пор­
шневым детандером. В аппарат из компрессора
поступает гелий, сжатый при комнатной темпе­
ратуре давлением окодо 20 атм. Сжатый
гелий предварительно охлаждается в теплооб­
меннике и в ванне с жидким азотом. Ббдьшая
часть сжатого гедия расширяется в поршнеuом
детандере, а гелий, оставшийся сжатым, охлаж­
дается холодным газом до 11-12°1{ и после
теплообменника расширяется в дроссельном вен­
тиле. При этом часть газа превращается в
жидкость и скапливается в сборнике. Гелий,
оставшийся в газообразном состоянии, подается
в теплообменник для охлаждения следующих
порций газа, нагревается до комнатной темпе­
ратуры и вновь сжимается компрессором. При
этом сжижается примерно 10 % подаваемого в
аппарат гелия. Для тепдоизоляции от окру­
жающей среды все холодные узлы аппарата по­
мещены в герметичный кожух - своеобразный
116
термос, в котором поддерживается высокий
вакуум.
Жидкий гелий представляет собой бесцвет­
ную легкую жидкость, плотность которой в 8 раз
меньше, чем у воды. Он кипит под атмосферным
давлением при температуре около 4°К. Жидкий
гелий используют обычно для охлаждения ис­
следуемых веществ до температуры, близкой
к абсолютному нулю.
Водород, азот и другие газы сжижают теми
же методами, но соответственно при более
высокой температуре.
КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ
Исследование низких температур привело
к открытию двух удивительных явлений -
сверхпроводимости и сверхтекучести. Оба эти
явления весьма отличаются от свойств, кото­
рыми обладают вещества при обычных темпера­
турах, и могут бы'l'ь объясне ны только с по­
мощью квантовой механики.
Один из основных законов квантовой меха­
ники - это представление о дискретном, т. е .
прерывистом, характере физических процес­
сов в природе. В частности, это значит, что энер­
гия любого вида, в том числе и тепловая, может
передаваться лишь определенными, очень ма­
лыми порциями - квантами. Только квантовая
механика может объяснить некоторые явления
в микромире: свойства молекуд и атомов, дви­
жение э.т1ектронов, устойчивость ядер.
Законам квантовой механики должны под­
чиняться и многие явления в веществах -
в газах, жидкостях и твердых телах. При
обычных температурах из-за интенсивного теп­
лового движения частиц квантовые свойства
вещества не могут быть обнару жены: С пони­
жением температуры интенсивность теплово­
го движения частиц и их энергия умень­
шаются и квантовые свойства вещества начи­
нают отчетливо проявляться.
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
Способность твердого тела проводить элек­
тричество обусловлена свободными электро­
нами, которые перемещаются между атомами
кристаллической решетки. Такие электроны
можно для наглядности представить как некую
«жидкосты, протекающую сквозь решетку
кристалла. Под действием электрического поля
эта «электронная жидкость» течет через про-

водник в виде электрического тока. Но между
«жидкостью» и кристаллической решеткой про­
исходит трение - электрическое сопротивле­
ние металла.
Величина сопротивления во многом зави­
сит от состояния кристаллической решепш.
При высокой температуре геометрическая пра­
вильность решетки существенно нарушается
тепловым движением атомов. С понижением
температуры эта правильность восстанавли­
вается. Чем ниже температура, тем меньше и
сопротивление.
В 1911 г. гош1андский физик .Камерлинг­
Оннес открыл удивительное явление: при тем­
пературе 4,12°.К в ртути внезапно исчезает
электрическое сопротивление {рис. 2). Вна­
чале предполагали, что :какое-то сопротивле­
ние в ртути все же остается и его просто не
могут измерить. Но и самые чувствительные
приборы не обнаружили сопротивления. Это
11
1
�i:;
11
1
"'
�
��:i:
!'!"
�
4• 10-�·Ca.t
З'
Z'
t•
2
'
4:
б
8
\О
! Тк•4 ,12'К
Tl:MПl:PATYPA 'К
Рис. 2 . Электрическое сопротивление ртути при низких темпе­
рат)
·
рах. При температуре 4,12° н: сопротивление резко падает
ДО нуля,
физическое явление назвали сверхпроводи­
мостью.
Сверхпроводимость прекрасно иллюстри­
руется таким опытом. .Кольцо из какого­
либо сверхпроводящего металла охлаждается
жидким гелием. В кольце одним импульсом маг­
нитного поля наводится электрический ток,
и этот ток не исчезает до тех пор, пока удается
поддерживать в металле низкую температуру.
Существование незатухающих токов под­
тверждают и другие поразительные экспери­
менты. Опишем один из них. На кольцо, в ко­
то ром течет незатухающий ток, опускается
сверхпроводящий шарик. Магнитное поле кольца
индуцирует ток того же направления на поверх­
ности шарика. Так как сопротивление у шарика
также равно нулю, индуцированный ток в нем
не затухает. Магнитные поля токов :кольца и
НА ПОДСТУПАХ К АБСОЛЮТНОМУ НУЛЮ
Рне. 3. Плавающий сверхпроводящий шорик над
сверхпроводящим кольцом с незат)·хающ11м током
(из к1111ги Мендельсона «Физика низких тем-
ператур»).
шарика взаимно отталкивают их друг от дру­
га. И вот шарик плавает над кольцом: отталки­
вающая сила преодолевает его вес (рис. 3).
Таким образом, при так называемой крити­
чесной температуре некоторые металлы скачко­
образно переходят в состояние сверхпроводи­
мости, при котором_ шшностью отсутствует
э;'Jектрическое сопротивление. В дальнейшем
было открыто, что сверхпроводимостью обла­
дает не только ртуть, но и другие металлы,
например олово, свинец, цинк, алюминий.
Всего до сих пор открыто 23 элемента со свой­
ствами сверхпроводников.
В последние годы ученые обнаружили, что
сверхпроводимость возникает и в некоторых
сплавах, составные части :которых сами по себе
таким свойством не обладают даже при самых
низких температурах. Таковы, например, спла­
вы висмута с натрием, с :калием. Сверхпроводи­
мость обнаружена более чем у 35 двойных
сплавов и примерно у 70 более сложных соеди­
нений металлов. .Критические температуры
перехода в сверхпроводящее состояние обра­
зуют интервал более чем в полтора десятка
градусов: 18°.К - для химпческоrо соединения
ниобий-олово и О,165°.К - для гафния.
Сверхпроводящие металлы при температуре
ниже :критической становятся идеа;1ьными диа-
:1:17

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
жmеэо
8ИСМУТ
С81!РХПРО80ДНИК
Р11с. 4. Проникновение магнитного поля в шары из разл11чных
материалов.
"
�400
w
1-
� 300
"
w
� 200
с:
w
о
�
� 100
с"
�
2
з
4
ТЕМПЕРАТУРА •к
Р11с. 5. Д11аграмма сuсрхпроиодящсго перехода олова.
магнетиками. Известно, что различные метал­
лы, находясь в магнитном поJ1е, в той или иной
степени пропускают через сеnя магнитные сило­
вые .�инии. Ферромагнетики, например железо,
втягивают в себя эти линии и сгущают их.
В диамагнетике, например в висмуте, магнит­
ные силовые линии, наоборот, несколько раз­
режены. Сверхпроводники же полностью вытал­
юшают из себя магнитные силоные линии (рис. 4).
Ес.1
1
и сверхпроводник поместить в магнит­
ном поле, сверхпроводимость нарушается. Чем
ниже температура, окружающая сверхпровод­
ник, тем боJ1ьшая сила магнитного поля нужна,
чтобы разрушить сверхпроводимость. На ри­
сунке 5 показана зависимость критической
температуры свинца от напряженности маг­
нитного ПОJIЯ.
В последнее время сверхпроводимость нача­
ли применят�, в технике. После того как были
найдены сверхпроводники с высокой темпера­
туроii перехода (примерно 18°К), стало возмож­
ным 11зготовJ1ять так называемые сверхпро­
водящие соленоиды. Такой соленоид устроен
как и обычный, только обмотка его изготовлена
из сверхпроводящей проволоки, например из
спJiанов ниобий-олово или ниобий-цирко­
ний. Вся обмотка помещается в сосуд с жидким
гелием. В этих условиях электрическое сопро-
:1:18
тивление обмотки равно нулю, и таким образом
поддерживается магнитное поле без затраты
энергии, которая при других способах нужна,
чтобы преодолеть электрическое сопротивление
обмотки. Хотя получение жидкого гелия для
такого соленоида и требует затраты энергии,
эта затрата в сотни раз меньше, чем потреб­
ность в энергии обычного соленоида, создающего
такое же магнитное поле. Теперь построены
сверхпроводящие соленоиды, создающие поле
свыше НЮ ООО эрстед. Сверхпроводящие соле­
ноиды и вообще электротехнические сверхпро­
водящие материалы и устройства (например,
электромагниты,
электродвигатели)
имеют
огромное будущее.
Сверхпроводники применяются также, напри­
мер, в маломощных переключающих устрой­
ствах, особенно в устройствах, предназначен­
ных для вы<шслительных машин. В простей­
шем виде элемент такого устройства - крио­
трон - состоит из свинцовой проволоки, на
Rоторую намотана однослойная катушка из
ниобиевой проволоки (рис. 6 и 7). Когда маг­
нитное поле в сверхпроводящем соленоиде
СОИМЦОВАЯ ПРОВОЛОКА
��J-
06МО'ГНА нио&иевдя
Р11е. 6 . Схематическое устройство кр1ютроиа, который
может использоваться как переключающее устройство.
Р11с. 7. У криотроиа простого ти11а исключительно ма.1ыс
размеры.

из ниобиевой проволоки превысит критиче­
скую для свинца величину, сверхпроводящий
ток в свинцовой проволоке прерывается, и это
соответствует размыканию цепи.
Криотрон можно использовать как реле в
электронно-счетной машине. В узлах электрон­
но-счетной машины, состоящих из криотронов,
достигнута скорость переключений около 20 млн.
в секунду. В криотроне можно создать незату­
хающий ток, и тогда он становится запоми­
нающим устройством для хранения информа­
ции. Такие устройства позволяют образовы­
вать большие запасы легко и быстро «читае­
мой)) информации. Каждый отдельный элемент
прост и дешев. Затрата энергии на работу
:машины с криотронами так мала, что ею мож­
но пренебречь. Все эти преимущества криот­
ронов оправдывают применение дорогостоя­
щих низких температур.
CBEI·x·гEK)'ЧECTlt
Гелий обладает удивительным свойством:
из всех существующих в мире веществ он сжи­
жается при самой низкой температуре: 4,2°К
(-269°Ц). Но у гелия есть и другие удивитель­
ные свойства. При дальнейшем охлаждении:
он остается жидким. Все остальные вещества
при охлаждении в конце концов затвердевают.
В 1937 г. в Московском институте физиче­
ских проблем советский ученый П. Л . Капица
обнаружил, что при температуре ниже 2,2°К
жидкий гелий обладает новым свойством: он
приобретает способность протекать без какого­
либо трения. Это свойство было названо сверх­
текучестью, а гелий при температуре ниже
2,2°К - гелием-11 .
В опыте Капицы гелий-П протекал за не­
ско.1.ько секунд между плотно сжатыми шли­
фованными стеклянными пластинами через
щель шириной всего в 0,5 мк (рис. 8). При
температуре выше 2,2°1\ жидкий гелий лишь
с трудом просачивается через такую щель. Это
показывает, что вязкость у сверхтекучего ге­
лия в миллиарды раз меньше, чем у воды. По
современным представлениям считается, что
вязкость его равна нулю.
Сверхтекучий гелий образует так называе­
мую <<Ползущую)) пленку толщиной около 10-в с.-н
(рис. 9). Taкoii пле�шой он может подниматься
вверх по вертикальной стенке сосуда и выте­
кать из него. Любая жидкость, смачивающая
твердую поверхность, образует пленку, но бы­
стро перетекать по этой пленке не может пика-
НА ПОДСТУПАХ К АБСОЛЮТНОМУ НУЛЮ
-
---
--=-
--
-
--
---
---
+-
-
Рис. 8. Опыт I�ашщы для обнаружения сверХТРКУЧРСТll гелия.
Сверхтекучий гелий быстро вытекает И3 11
11
утренн ей трубки
через )'зкую щель между д11умя пластинками. Внешний со­
суд, также заполненныil rели('м, об«•спr"н1uа:1 одинакопую
температуру гелия сиаруж11 и он)·три трубки.
кая другая жидкость,
кроме гелия-11, и это
свойство
обусловлено
его сверхтекучестью.
Удивительные свой­
ства жидкого гелпя теоре­
тически объяснил совет­
сюrй ученый Л. Д. Лан-
дау. Упрощенно это
объяснение сводится к.
следующему: в гелии-11
та к мало квантов тепла,
что на все его частицы их
не хватает, и образуют-
ся как бы две жидкос-
ти, одновременно суще-
ствующие:
нормаль-
ный гелий, каждая ча-
стица которого несет на
себе квант тепла, и
сверхтекучий гелий, на
частицах которого нет
квантов тепла. Сверх­
текучая часть гелия как
бы находится при абсо­
---------
-
-
-
-
.
-
-
-
-
Рис. 9. Жидкий соерхте�;у­
ч11й гелий образ)·ет на по­
в ерхности сте11.оа пленку
толщиной о несколько мил­
лионных долей сантиметра.
Эта п.1с11ка п11едставляет
собой подоб11Р с11фона, по
которому ж1щr.о�ть вытека­
ет из ге,111еоого резервуара.
лютном нуле температуры; она не обладает
вязкостью, и поэтому обе жидкости могут дви­
гаться друг в друге без трения.
В опыте Капицы сверхтекучая часть гелия-II
быстро перетекала через щель, а нР-сверхтеку­
чая часть лишь медленно просачивалась через
119

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ту же щель. При этом сверхтекучая часть как
бы отфильтровывалась. Опытом доказано, что
за щелью у гелия-11 более низкая температу­
ра, чем до щели. С понижением температуры
ниже 2,2°1\ доля сверхтекучей части в
гелии-11 увеличивается; при абсолютном ну­
ле весь гелий должен превратиться в сверх­
текучиii.
llАИНИЗША.Я TEl\IПEP АТУРА
Молекулы некоторых парамагнитных солей,
например хромокалиевых квасцов, могут пово­
рачиваться, как маленькие магнитики, вдоль
силовых линий магнитного поля. Если такую
соль, предварительно охлажденную с помощью
жидкого гелия до 1°1\, поместить в сильное
магнитное поле, то все ее молекулы повернутся
вдоль силовых линий этого поля, а выделенное
тепло будет передано жидкому гелию. Если
затем резко снять магнитное поле, то молеку.11ы
соли вновь повернутся в разные направления,
а затраченная на это работа приведет к дальней­
шему охлаждению соли.
Так может быть получена температура до
0, 001°1\. Этот способ охлаждения называется
методом адиабатического размагничивания.
Таким же в принципе методом, только с при­
менением других веществ можно получить
еще более низкую температуру. Этот способ
называется ядерным размагничиванием. Наи­
низшая температура, полученная пока что на
Земле, равна 0,00001°1\.
•
СТО MH.JI.J
J
HOHOB ГРАДУСОВ
Холодно или жарко в нашем мире? На пер­
вый взгляд материя Вселенной не так уж горяча.
Дышим мы прохладным воздухом, пьем холодную
воду, катаемся по льду, лепим снежки. Нас
не греет черное ночное небо. Чтобы согреться,
приходится зажигать костры и топить печи.
Между тем подавляющая масса вещества в мире
испепеляюще горяча.
Те десятки градусов в ту или другую сто­
рону от точки таяния льда (0°Ц), в которых мы
живем и к которым привыкли,-редкое исклю­
чение, крошечный уголок природы. Типичная
же, наиболее распространенная температура
вещества - это, как ни странно, миллионы,
десятки миллионов, даже сотни миллионов
градусов. До таких грандиозных температур
нагреты звезды. Астрономы доказали, что
именно в них сосредоточена львиная доля ве­
щества нашего мира. Вот красноречивый при­
мер. Солнце - ближайшая к нам звезда - рас­
калено в недрах до 10-13 млн. градусов.
А вещества в Солнце в тысячи раз больше,
чем во всех планетах солнечной системы.
Что же происходит в жарких глубинах
звезд? Какие процессы поддерживают там
огромную температуру? Современная наука
доказала: там, под ослепительным наружным
покровом, непрерывно идут превращения атом­
ных ядер, и это сопровождается колоссальным
выделением энергии.
120
В раскаленном веществе Солнца очень много
водорода. Но не обычного газа, а водородной
пла з м ы: она состоит не из целых атомов,
а из атомных осколков- ядер и электронов.
При колоссальной температуре солнечных глу­
бин частицы водородной плазмы испытывают
весьма быстрое и энергичное беспорядочное
движение. Ядра при этом с разгона налетают
друг на друга. Иногда столкновение бывает
та ким сильным, что ядра преодолевают взаимное
электрическое отталкивание (они ведь все заря­
жены положительно), тесно сближаются и сли­
ваются воедино. Тогда из двух ядер обычного
(«легкого») водорода, т. е. из двух прото­
н о в, получается ядро тя желого водорода -
дейтрон. Вместестемвылетаютпрочьот­
ходы реакции-электрон и нейтрино. А главное,
освобождается весьма значительная энергия.
+
н·1
Слияние двух протонов - маленький взрыв.
Но он сопровождается не разрушением, а сози­
данием - созиданием нового ядра, более слож-

• МАТЕРИ.1
1
НА СОЛНЦЕ,
ЗВЕЗДАХ, ПЛАЗМА
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЬI
МЕТАЛЛУРГИИ, ХИМИИ
ЕСТЕСТВЕННЫЕ УСЛОВИЯ
ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕХНИКА
СЖИЖЕНИА-РАЗДЕЛЕНИА ГАЗОВ
11 ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИА
ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
ЖИДКИЙ ГЕЛИЙ
4,2°
СОЛНЕЧНАЯ
КОРОНА
•-
-
.
�
�-
1t
11
МАОМА
""'�-
В МАГНИТНОЙ
•
БУТЫЛКЕ
�
*
g.
•
ПЛАЗМЕННЫЙ
ШНУР
-
�Э))))Jэt
-
�-
С1
� 10000
1000 �
ПАЯЛЬНАЯ
ЛАМПА
11
ЭЛ ЕКТРОРАЗРЯД
109
ro8
7
10
I06
Теш1ер11турнан 111к11.•а · явленнil, существующих в природе. Самnя низкая те>шература ВО.'1духа на
Зем11е -8Ы,3° Ц-была отмечена в августе 1958 г. на территории советскоil антаркт11чес1юi1 стаи11ии
"мирныil». Сnмля юшкая температура, полу•1енная в лабораторных условиях, - 0,001° К.

ного и тяжелого , чем исходные . Этот взрыв­
одно из самых сокровенных таинств природы.
Вот что уди вительно . Если бы мы попро­
бов али истолков ать синтез дейтрон а из прото­
нов , руководствуясь только классической
физикой, то пришли бы к выв оду , что такой
синте з невозможен: слишком сильно протоны
от талкив аются друг от друга. Тем не менее на
Сол нце эти пр отоны сливаются , а значит , про­
бивают-таки «непр обив аемую» стену электри­
ческого отталкив ания .
Лишь квантовая мех аника (см . пос леднюю
г лаву ст . «Электромагнитное поле�>) - наука
о микрочастицах и микропроц ессах - объяс­
нила, почему это происходит . :Ква нтова я меха­
ника выяснил а очень характерную для микро­
мира закономе рность: многое из того, ч то в
классической фи зике стр ого-н астр ого запреще­
но , в квантово й механике лишь почти запре­
щено, т. е. не невозможно , а только оч ень
маловероятно .
Сколько бы ни билась муха об оконное
стекло, она никогда не проникнет сквозь не­
го - так утв ерждает классическая физика, и
ут верждает сов ершенно верно, ибо речь идет
о событ ии в мире боJ1ьших тел, в макромире.
Ta6. . 1,1t1(ti 'К r11и111�ье «С1110 .1111.11.11tо11ов ipaJ)ycom>
В вер.rией '1fис111и �хсматичсски изображено столкно..
.
вение газовых струй . Упорядоченное движение га­
зовых молекул после столкнонения стано вится хао­
тичн ым, и температура вещества в месте встречи
поднимается до 10 000°. В cpeo·1
1
eii 'Часпи� изобра­
жена схема возникновения высокой температуры
в п.1азменном шнуре. Вокруг шнура , как вокруг
любого электрического тока , возникает магнитное
по.1е - его силовые лииии изображены в виде
красных колечек. Ток растет, поле тоже растет ,
а с.'lедоватсльно , си.1оныс линии поля - колечки -
сжимаются. Но nо1< руг силов ых ли11ий вьются заря­
женн ые частицы плазмы. И иогда колечки стяги­
ваются , они увлекают заряжснньн� части1�ы 11"1азмы
к оси шнура. Там , у оси , образуется хаос крутя­
щихся и бурлящю,; частиц плазмы . Т емпература
у оси шнура поднимается до 2 ООО 000°. Rmt.dy -
схема действия открытой магнитной ловушки. Вит­
ки , создающие магнитное поле , у ираев катушки
на.1ожсны гуще , чем в центре. Поэтому и магнитное
по;�е , возникающее в катушке , когда по виткам
проходит то к, пол учается неоднородн ым - у ираен
оно сильнее , чем в центре. К рая магнитной ловушки
называют «Пробками» или «зеркалами» .
Когда
ви�·трь .1 овушки вспрыснута плазма , ее электриче­
ски ааряжснные частицы вьются вокруг силовых
линий поля . Подл�тая в спиральном движении
к �пробкам)) , частицы не могут ((JJролезть •• сквозь
них: •1тобы «пролезт ь», Jtужно уменьшить радиус
спира.111 , а для этого требуется дополнительная
энергия , иоторую частице 11 е откуда взять. Таким
образом , частицы <со тражаются •• от <сп робок•>
11 поворачивают обратно. Внутри ловушки возни­
кает встречное движение кружащихся по спиралям
плазменн ых частиц. Они сталкиваются , движение
их становится беспорядоч ным. При соблюдении
ряда дополнительны х условий этим способом уд ает­
ся поднять температуру плазмы (правда , доволь­
но разряженной) до '0-50 миллионов г радусов
и сохранять ее в таком состоянии в течение сотых
долей секунды.
СТО !\IИЛЛИОНОВ ГРАДУСОВ
Иначе будет в мпкромире. Допустим , что
муха - это пр отон , а стекло - непробивае­
мый барьер электри ческого поля . В редч ай­
ших случаях, с какой-нибудь стомиллиардной
«попыткю> ,
эта муха - протон - оч ут ится
вдруг по ту сторону стекла. И, что приме­
чательно, стекло при этом не будет разбито , в
нем не будет пр отк нуто никакой дыроч ки .
Просто с ничтожной вероятностью происходит
поч ти невероятное событи е.
Сущность этого явления - глубоча йшая
физико-философская проблема, поныне еще не
решенная до конца. Уч еные сходятся на том ,
что секрет пар адокса скрыт в специфике микро­
qастиц: это вовсе не предметы , подобные , ска­
жем , билья р дным шарикам , это скорее волно­
вые вероятностные процессы , некий вид взаи­
модействия на самых нижних этажах всеобъем­
лющего здания материи .
Ит ак , сов ершается невер оятное. Где-то в нед­
рах Сол нца соединяются протоны . О редч ай­
шей с лучайности такого синтеза можно судить
по тому, что даже при темпер атур е и плотности
глубин Сол нца протон должен проблуждать
в среднем 14 млрд. лет , непрерывно сближаясь
с другими протонами , пок а не произойдет это
долгожданное событие - образов ание дейтрона.
Но протонов в глубинах Солнца бесчисленно
много, и поэт ому все время то тут , то там про­
исходят «чудеса�>: в крошечных микровзрывах
рождается тяжелый водород . И все новые пор­
ции энергии освобождаются , вливаясь в звезд­
ный жар светила .
Но почему же при синт езе дейтронов выде­
ляется энергия? :Казалось бы, наоб о рот , энер­
гия должна поглощаться: из простого строится
сложное , на сближение двух упрямо отт алки­
ющнхся протонов затрачив ается работа .
Да , работа затр ачи вается , и немалая . Пок а
протоны сблизятся друг с другом, они полно­
стью затормозятся . Но если к этому моменту
они ок ажутся друг от друга на расстоянии
окол о 10-13 см, вступят в действие могучие
силы ядерного притяжения . Протоны как бы
«ц адают1> друг на друга , словно бы хватают
друг друга в мощные «объятию> , и в этом-то
«падении» , в этих «объя тиях�> и выделяется энер­
гия , так же как , скажем , при падении метео­
рита на Землю . Разница в том , что, хотя ядер­
ные с илы действуют на очень малом расстоя­
нии , они в мил лиарды миллиардов раз боль­
ше сил тя готения , поэтому и энер гия синтеза
колоссальна. Она с лихв ой окупает работу,
затраченную протонами на преодол ение элек­
трического отт алкив ания , и, вырыв аясь наружу ,
:121

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕР ГИЯ
вливается в величайшее тепловое богатство
Солнца.
Одним из фундаментов физики стал сейчас
эйнштейно вский
принцип
эквивалентности
массы и энергии: масса любого тела, дважды
помноженная на скорость света, соответствует
энергии этого тела: E=mc2 , где Е - энергия,
т - масса, с - скорость света. Поэтому изме­
нение массы тела или системы тел до11жно
сопровождаться либо выделением, либо по­
ГJющением энергии. Зная это, нетрудно под­
считать, сколько энергии дает синтез дейтрона
из протонов.
Масса протона равна 1,007825, значит, два
протона имеют массу 2,01565, но масса дей­
трона равна 2,01410, т. е . меньше массы двух
протонов на 0,00155 (физики эту разность на­
зывают дефе1,том массы). По принципу эквива­
лентности она соотв етствует энергии в 0,46 млн.
:м ектрон-вольт (электрон-вольт - энергия, кЬ­
торую нрпобретает электрон, когда он преодо­
левает разность потенциалов в один вольт). Вот
это количест во энергии и выделяется при об­
разовании деiiтрона.
Слияние протонов - только начало цепочки
ядерных реакций, происходящих в Со1шце.
+11...
..
..
.
+
н'1
Каждый возникший дейтрон очень скоро
( в сред нем через 5,7 сек ) присоединяет к себе
еще один протон, превращаясь в ядро легкого
гелия и выделяя энергию 5,5 Мэв. Затем, в сред­
нем через миллион лет, ядра легкого гелия
СJ1иваются попарно - тут образуется конечный
продукт, ядро обычного гелия. При этом выбра­
сываются два протона, а энергия выделяется
очень значительная - 12,89 Мэв.
Так, через несколько ядерных превращений
водородные ядра преобразуются в ядра гелия -
газа, который ученые сначала обнаружили
на Солнце и только потом на Земле. В этой
122
статье указан только главный цикл ядерных
превращений; есть и другой, в котороr.i участву­
ют ядра углерода, кислорода, азота (см. поел�д­
нюю главу статьи <(Велиний за �юн»). И энергия,
освобождающаяся во всех этих превращениях,
титанически огромна. Ежесекундно мш1.�1юны
тонн вещества превращает Солнце в лучистые по­
токи. Но водород настолько концентрированное
ядерное горючее, что за миллион лет Солнце
теряет всего лишь миллионную долю своей мас­
сы!
Подобные ядерные процессы могут происхо­
дить лишь при очень высокой температуре, и
названыонитермоядерными.Чемвыше
температура, тем сложнее и тяжелее синтези­
рующиеся ядра, тем больше выделяется энергип.
И именно благодаря термоядерным реа1щиям
та�> сильно нагрето звездное вещество, пылаю­
щее в вечном, неутихающем пожаре.
Поняв жизнь Солнца, разгадав энергетиче­
ские источники звезд, ученые наметшш се­
бе цель: зажечь такой же могучий звездный
огонь и на Земле! Воссоздать в земной промыш­
ленной установке управляемый, послушный че­
ловеческой воде термоядерный процесс. Добить­
ся этого - значит
получить практически
н:
неиссякаемый источник энер­
гии. Ведь водородом наша пла­
нета очень богата (этот эле­
мент входит в состав воды).
Даже если научиться сжигать
в термоядерных реакторах ме­
нее распространенный в при­
роде тяжелый водород (на Со.1
1
н-
це тяжелый водород воспламе­
няется особенно легко), то и
тогда каждая круаша обыч­
ной воды станет равноценна
бочке бензина! Наконец, есть
еще одно замечательное тер­
моядерное горючее - так на-
зываемый сверхтяжелый водо­
род. В природе его, правда, почти нет, но
его можно получать методами современной «ал­
химии» - в ядерных реакторах из легкого
изотопа лития (Li6), которого немало в зем­
ной коре. Смесь тяжелого водорода и сверх­
тяжелого будет, видимо, наиболее подходящим
горючим в термоядерной энергетике будущего.
Как же решается эта великая проб:Jема?
Сейчас главная задача ученых-устроить «звезд­
ную спичку», нагреть вещество до та1шх сверх­
высоких температур, при которых начнет­
ся
энергетически
выгодная термоядерная
реакция.

Как рассчитали физики, в земных условиях
для этого потребуется куда более высокая тем­
ператур а, чем в недрах Сол нца . Причем
термоядерное горючее надо «поджечы без взры­
ва, иначе процесс выйдет из-под контроля. (Не­
контролируемый, неупр авляемы й ядерный син­
тез уже осуществлен в водородной бомбе, где
соединения изотопов водорода воспл аменяются
самым грубым способом - взрывом атомной
бомбы .)
Проще всего нагреть тело, передав ему тепло
от другого тела, нагретого сильнее . Например ,
вода в чайнике закипает, черпая тепло от более
горячего - огня .
Специфика нашей задачи
заключается в том, что зд есь этот простой спо­
соб (прим ененный, кстати , в водородной бомбе)
не годится .
При передаче тепла от горячего тела к хо­
лодному беспорядочно движущиеся атомы горя­
чего тела как бы расталкивают атомы тела
хол одного . Беспор ядок здесь готов , он только
распр остр аняется (ведь именно хаотическое
движение частиц создает нагретость тел , при­
чем средняя его энергия и соответствует темпе­
ратуре) .
А если у нас нет зар анее данного энерпrч­
ного беспорядка, котор ым можно было бы
«з аразить» холодное вещество, то надо ка­
ким-то способом заново создат ь этот беспоря­
док . Только так удастся нагреть холодное тело,
не имея горячего .
Вообразите, что две группы бегунов стре­
мительно несутся :навстречу. Вот они столкну­
лись, перемешались - какая началась толчея ,
нер азбериха! Отличный беспорядок!
Примерно так же физики пыт ались получить
высокую темпер атуру, сталкивая газовые стр уи
большого давления . Действительно , из прямо­
линейного движения атомов пол учалось беспо­
рядочное , и темпер атур а газа поднимал ась
довольно значительно. Такая система нагрева
дав ала до 10 тыс. градусов, в свое время это
был рекорд нагрева вещества в лаборатории:
темпер атур а получал ась выше, чем на пов ерх­
ности Солнца.
Но это еще очень далеко до термоядерной
темпер атуры . И какими мощными ни делали
газовые струи, как быстро ни сшиб али их , за
пределы 10 тыс . гр адусов не ушли .
Происходило это потому , что тепловой бес­
порядок на редкость (<заразителен»: он мгнов енно
убегает от области максимального нагрева,
{< заражая>> собой газ , расширяющийся во все
стороны пос ле столкнов ения струй.
Система грела окружающую среду, как
СТО МИЛЛИОНОВ ГРАДУСОВ
греет печка воздух в комн ате. Она не была
изолиров ана.
Вспомните снова Солнце . Этот све рхгоря­
чий шар идеально изолиров ан от окружаю­
щих тел - висит в пустоте мир ов ого простр ан­
ства и ни с чем не соприкасается . Правда,
Солнце отдает тепло своими лучистыми пото­
ками, но они ничтожно малы по сравнению с пол­
ной энергией светила.
Значит, если мы хотим изолиров ать наше
ис кусственное сол&це, его надо как-то (<под­
весить в пустоте» , иначе его не удастся как
следует разжечь .
Фи зики нашли путь, как осуществить эту
идею . Они воспользовались тем, что термоядер­
ное горючее при сверхвысокой темпер атуре бу­
дет, как и водородное топливо Сол нца , не в твер­
дом, не в жид ком, не в газообразном, а в плаз­
менном с о стоянии, ибо при мил лионах градусов
атомы неминуемо расщепятся на ядр а и элек­
троны (подробнее о плазме см . в ст. «Семь со­
стояний вещества») . Но ядра и электроны , как
электрически заряженные частицы, подвержены
действию электрических и магнитных полей .
Это-т о свойство плазмы фи зики и использовали.
В 50-х годах советские ученые, а за ними
и ученые других стран провели ряд экспери­
ментов .
Из закрытой трубки с электродами в тор­
цах тщательно откачали воздух. Ввели в нее
разреженный газ и через газ пропустили силь­
ный электрический разряд. В газе возникло не­
что похожее на молнию - разрядный шнур
плазмы.
Вокруг шнур а, как вокруг любого тока,
поя вилось магнитное поле, силовые линии кото­
рого можно изобр а зить в виде колечек , охва­
тывающих шнур (см. рис. 2 на цвет. табл. у
стр. 121).
По мере нарастания тока это пол е уси­
лив алось, колечки силовых линий сжимались,
стискив ая шнур пл азмы . В результате плаз­
менные частицы неслись к оси шнура, и там
возникала невообразимая толчея заряженных
частиц . Это вело к резкому повышению тем­
пературы.
В подоб ных опыт ах температуру плазмы
уд алось поднять примерно до 2 мл н. градусов .
Так был достигнут новый рекорд наивысшей
л абор аторной темпер атуры . Но и этого было
мало для термоядерной реакции . К тому же
разряды получ ались практически мгнов енными ,
похожими на взрывы , а шнуры плазмы - неу­
стойчивыми , да и не очень хорошо они были изо­
л ированы от стенок трубки : концы шнура непо-
123

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
средственно касались электр одов , и те отсасы­
вали тепло.
Тогда родилась другая мысль: приготовить
с перва не горячую , а холодную плазму, собрать
ее в быструю струю и впрыснуть в магнитное
поле особой конфигурации , в так называемую
магнитную
бутылку. Там струя
пл азмы должна задержаться , частицы ее - за­
путат ься , закружиться . Из прямого, упорядоч ен­
ного движения частиц создастся хаос, беспорядок,
а это-то и требуется , чтобы повысить температуру .
Холодная пл азма, кстати говоря знакома
всем : это она светится в трубках неоновых рек­
лам, работает в газоразрядных лампах , в лю­
минесцентных светильниках .
Хол одную плазму можно в электрическом
поле ускорить, с обрать в достаточно быструю
струю . Сл ожнее создать магнитную ловушку.
Вот в общи х чертах принцип ее устройства.
Его основа - цилиндрический соленоид,
витки которого наложены нер авномерно : по­
середине цилиндр а - реже , у концов - гуще .
Когда по катушке течет ток , внутри нее возни­
кает магнитное поле , как в любом электромаг­
ните . Из-за неравномерности витков магнитное
поле в катушке также неравномерно: у концов
оно сильнее , чем на середине . Си ловые линии
идут подобно волокнам луковицы : сначала гу­
сто, потом реже, ПОТОМ опять густо .
Магнитное поле такой формы и есть про­
стейшая магнитная бутылка . Усиленные крае­
вые области этого поля называются зеркалами
или пробками .
Электрически заряженные частицы , попав­
шие в бутылку, могут задержаться в ней, с ловно
рыба в сети . Ведь магнитное поле в сегда откло­
няет движущийся заряд - искривляет его тра­
екторию . Если поле достаточно сил ьно , заряжен­
ная частица будет , не вылетая из бутылки ,
двигаться по с пирали , как бы наматывая свой
путь на силовую линиюполя (см. рис. 3 на цвет.
табл .) .
А вблизи пробки , где силовые линии сгу­
щены , частица не м ожет пр обиться сквозь их
чащу (для этого ей нужн а была бы допол­
нительная энергия) и поворачивает обратно ;
пролетев по с пирали к противоположной проб­
ке , частица опять будет отражена и снова на­
правится внутр ь бутылки и т. д . Предполага­
лось, что так можно уловить плазму .
К сожалению , поведение плазмы в магнит­
ной бутылке значительно с ложнее предположен­
ного . Первые же эксперименты показали, что
плазма ловится в магнитную ловушку , увы,
очен ь неохотно.
:124
в эксnериментал ьном зале отдела плаз­
менных исследований Института атомной энер­
г ии воздвигнуты внушител ьные установки ,
немного похожие на старинные паровозы . На­
зываютсяэти установки пробкотрона­
м и. Их назначение - создать магнитные бу­
тылки для пл азмы .
На прочном высоком фундаменте лежит
камера - широкий цилиндр , охв аченный кре­
пежными поясами и облицов анный текстоли­
товыми блоками . С обоих торцов цилиндр за­
крыт, к нему подведены трубы вакуумны х насо­
сов . А вокруг цилиндр а проложены трубчатые
витки обмотки , в них течет охлаждающая вода .
Внутри камеры размещены датчики приборов ,
от них идет множество пр оводов к пульту управ­
ления . К одному из торцов камеры присоединен
инжектор плазмы : из него в камеру, где зара­
нее подготовлен вакуум , впрыскив ается пл аз­
менная струя .
Электрическое питание установки стол ь
обильно , что ее обслуживает специ альный энер­
гетический сектор - с трансформатор ами , вы ­
прямителями, конденсаторными батареями . Он
нах одится вни зу , в подвальном помещении .
Идет эксперимент . Огромной силы электри­
ческие импул ьсы обрушиваются в обмотку '­
токи в сотни тысяч ампер . Одновременно элек­
тронное автоматическое устройство впрыски­
вает в камеру струю водородной плазмы . На
пул ьте , на белых экр анах осциллографов , вспы­
хивают ярко-зеленые кривые, фиксирующие во
всех тонкостях поведение плазменного облачка
в магнитной ловушке.
Годы кропотливой работы потр атили ученые
на опыты в пробкотронах . Изучали особенности
плазмы , ее капризы, которые на первых пор а х
выглядели непреодолимыми , не поддающимися
никакому укрощению . Эфемерное облачко пл а з­
мы было неустойчивым и существовало мил­
лионные доли секунды . Плазма не держалась
в ловушке, касалась стенок камеры и неминуемо
гибл а.
И все-таки опыт накапливался . Наряду с бес­
численными наблюдениями велись теор етиче­
ские исследования. Предлагались новые ре­
жимы воздействия на пл азму , новые структу­
ры обмоток и магнитны х полей в ловушке .
И мало-помалу упорство ученых н ачало по­
беждать.
В 1962 г. в Институте атомной энергии был
достигнут заметный успех . Пробкотрон снаб­
дили дополнител ьной пр одол ьной стабилизи­
рующей обмоткой, и водородную плазму уда­
лось нагреть до свер х звездной температуры -

Пробкотрон , построенный в 1962 r.
в отделе плазменных исследований
Института атом ной энерr1ш им.
И. В . Курчато ва. В этом пробко­
троне уда.1ось наrреть разреженную
плазму (10'0 частиц на куб11 ч('с1шй
сантиметр) до 'О-50 млн . rраду­
сов на тысячные и даже сотые
доли секунды. Снимок сделан свер­
ху; пробкотрон установлен на вы-
соком помосте.
40-50 млн . градус ов . Ос обенно
чт о такая горячая плазма была
ценно то,
задержана
в ловушке на тысячные , даже на сотые доли
секунды . Жи знь плазмы удлинили таким обра­
зом в сотни тысяч раз. Правда , плотность на­
гретой плазмы была сравнительно небольшой -
1010 частиц на 1 см3 •
Затем последов али новые успехи. Ст ремясь
постичь тонкие свойства плазмы , физики далеко
продвинули теоретические исследования этого
своеобраз1юго состояния вещества.
СТО М ИЛЛИОНОВ Г РАДУСОВ
На службу удал ос ь поставить так назы­
ваемые коллективные взаимоде йствия в плаа­
ме , т. е . взаимные влияния ее сгущени й, ком­
ков , неоднор одностей, в т от короткий период,
к огда в ней еще не произошли парные столк­
новения частиц .
В Институте атомной энергии провели, на­
пример , такой эксперимент . В магнитную ло­
вушку впрыснули встречные потоки х олодной
пл азмы . В момент , к огда они пронзили друг
друга , на них обрушили мощный и очень корот-
126')

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕ РГИЯ
кий удар магнитного поля . Непосредственно
на ядр а этот удар почти не подействовал: они
слишком массивны . Зато в электронных пото­
ках тотчас нарушилась однор одност ь, возникли
вихри , «толпы» частичек . От электронов это
групповое хаотическое движение тут же пере­
далос ь ядрам, и их темпер атура подскочила
до десятков миллионов гр адусов,
Так , в ср авнител ьно неб ол ьшой лаборатор­
ной установке плазму удалось нагреть обход­
ным путем , испол ьзуя коллективные взаимо­
действия . При этом с пользой применили ту
самую склонность к неустойчивости , которая
в других аппаратах обычно разр ушала пл аз­
менное облачко .
Ин аче поступили ученые Института ядерной
физики Сибирского отделения Академии наук
Весной 1964 r. эта установка была построена в Институте ядер­
ной физики Сибирского отделения Академии наук СССР. В ней
удалось нагреть плазму тяжелого водорода плотностью в 101•
частиц на кубически11 еантиметр до 100 млн . градусо в. Широкие
кольца, охватывающие ка меру ,- зто обмотка пробкотрона"
создающего магнитную ловушку.·
126
в Новосибирске . На плазму, поймаиnую проб­
котроном , они обрушили такой сильный и рез­
кий удар магнитного поля, что в плазме про­
изошло опрокидывание уд арной волны . По­
лучилось нечто похожее на морской бурун .
Примерно так же опрокидыв аются кр утые
водя ные волны , образуя пенистые гребни -
барашки, в которых частицы беспорядочно
мечутся в разные стороны . В результате
опрокидывания ударной волны температура
ядер в пл азме тяжелого водорода (плотностью
1013 чаОО'иЦ на 1 см3 ) поднялась до рекордной
величины - 100 млн . градус ов . На десятки
микр осекунд в установке зажглас ь фи зическая
термоядерная реакция . Она заявила о себе ней­
тронами , освободившимися при «звездном»
синтезе ядер легкого гелия . В физической лабо­
ратории на мгновен ие вс пыхнула искра искус­
ственного солнца !
Пр авда , от этого проблеска еще далеко до
решения проблемы . Лабор аторные реакции не
дают пока ни джоуля энергии, наоборот , они ее
довол ьно жадно поглощают . Чтобы возбудит ь
энер гетически выгодный термоядерный пр оцесс,
ядра в плазме тяжелого водор ода (плотностью
1014- 1015 частиц на 1 см3 ) предстоит экономно
нагреть до 500 миллионов и даже до миллиарда
градусов и удер жать в течение секунды . Эти
требов ания вар ьируются: при большей плотно­
сти плазмы ее температура и время удер жания
могут быть умен ьшены . Однако невозможно
достич ь цели, если, скажем , заботиться только
о повышении темпер атуры . Задача должна быть
решена комплексно .
Даже при исполнении всех этих требований
останутся еще огромные технические трудности :
нужно научиться создават ь гигантские (в сотни
тысяч эрстед) магнитные поля , высокий ва­
Rуум в достаточном объеме (ведь термоядерное
горючее будет в сотни миллионов раз разрежен­
нее комнатного воздуха) , разработать и по­
лучить жаропроч ные , но не загрязняющие
вакуум материалы для внутренних частей ка­
мер и т. д. Сл овом , до энергетического термо­
ядерного реактор а еще не близко . Сегодня
гл авная цел ь физиков - как можно глубже
понять плазму , научиться обращат ься с ней .
Исследования и дут интенсивно и широким
фронтом . И не только в пр обкотронах . Ста­
вятся опыты в так называемы х тор оидал ьных
камерах . Там плазма находится в кол ьцев ой
трубе , вроде пол ого бублика, и пр едст авляет
собой как бы замкнутый виток мощного пони­
жающего трансформатор а. Раскаляется она
мощным импул ьсом электрического тока .

Есть камеры, где пл азма , схваченная в маг­
нитную ловушку , резко сжимается нар астаю­
щим магнитным полем ; тогда она нагревается
по тому же закону , по которому греется воздух
под поршнем вел осипедн ого насоса. Есть ка­
меры и в ф орме восьмерки . Они тоже дают на­
дежду получит ь устойчивую горячую пл азму .
Несмотря на огр омные трудности (и прин­
ципиальные и технические) , физики и инженеры
уверен но продвигаются по пути к искусственному
солнцу . Настанет день, и их огромная работа
увенч ается полным успехом . Ногда это пр ои­
зойдет ? Уч еные не очень-то любят такие про­
гнозы .
Назыв аются разные сроки - от 5
до 50 лет.
П ромышленны й, управляемый термоядер­
ный реактор будет самой замечательной энер­
гетич еской установкой из всех изобретенных
человеком . Научившись «сжигать воду» в искус­
ственном солнце, мы получим источник топ­
л ива, равноценный 500 океанам , в которых
вместо воды была бы нефт ь! Трудно даже во­
об разить себе, к какому бурному прогрессу
приведет это индустрию , сельское хозяйство,
науку . Получив изобилие энергии , человек
сможет осуществить самые . дерзкие мечты ,
вплоть до кардинал ьного преобразов ания Зем­
ли , ее природы , ее климата. Всюду , где потре­
буется , люди пошлют воду в пустыни , согреют
холодные моря , осушат болота, обнажат запа­
сы полезных ископаемых, полностью , до конца
подчинят себе все сокровища нашей пл анеты .
ПЯТЬСОТ ТЫСЯЧ АТМОСФЕР
Лабораторный документ нnrрева плазм ы в установке Новоси ­
б11 рскоrо института ядерной физики . Верхняя кривая показы­
вает количество нейтроно в, вылетавших из плазм ы при вспыш­
ке термоядерноrо синтеза . Н ижняя кривая показывает кол и­
чество ионов с энерrией в 10 ООО электрон-вольт, что соответ­
ствует тем пературе 100 млн. rрадусов. Под кривыми - дслl'­
ния , показывающие время. Каждое делен ие соответст вует
10 микросекундам.
Ск азочное энер гетическое богатство откр оет
новую эру в истории , эру невиданного изоби­
лия и поистине фантастического умножения
человеческого могуществ а.
•
ПЯТЬСОТ ТЫСЯЧ·АТМОСФЕР
'ITO ТАКОЕ ДАВ.J
J
ЕНИЕ?
Почему :кончик игол:ки должен быть острым?
Почему человек проваливается в рыхлый снег ,
а на лыжах стоит на нем прочно? Почему у везде­
хода широ:кие шины? Чтобы отв етит