Яков Перельман
Занимательная физика. Книга 2
© 2009, Издательство «РИМИС», издание, оформление
Текст и рисунки восстановлены по книге Я. И. Перельмана «Занимательная физика», вышедшей в издательстве П. П. Сойкина (Санкт-Петербург) в 1913 г.
* * *
«Занимательной физике» – 85!
Признáюсь: с волнением перелистывал недавно первое издание книги – родоначальницы нового литературного жанра. «Занимательная физика» – так назвал своего «первенца», родившегося в Петербурге 85 лет назад, его автор, малоизвестный тогда Яков Исидорович Перельман.
Почему специалисты-библиографы, критики, популяризаторы однозначно связывают начало научной занимательности с появлением этой книги? Разве не было ничего подобного до нее? И почему именно России было суждено стать родиной нового жанра?
Безусловно, и прежде печатались научно-популярные книги по разным наукам. Если ограничиться только физикой, можно вспомнить, что уже в XIX веке за рубежом и в России выходили неплохие книги Бойса, Тисандье, Тита и других авторов. Однако они представляли собой сборники опытов по физике, нередко довольно забавных, но, как правило, без объяснения сути иллюстрируемых этими опытами физических явлений.
«Занимательная физика» – это прежде всего огромная подборка (из всех разделов начальной физики) занимательных задач, замысловатых вопросов, поразительных парадоксов. Но главное, что все перечисленное непременно сопровождается в ней увлекательными обсуждениями, или неожиданными комментариями, или эффектными опытами, служащими целям интеллектуального развлечения и приобщения читателя к серьезному изучению науки.
Несколько лет работал автор над содержанием «Занимательной физики», после чего издатель П. Сойкин два с половиной года держал рукопись в редакционном «портфеле», не решаясь выпускать книгу с таким названием. Еще бы: такая фундаментальная наука и вдруг… занимательная физика!
Но джин все-таки был выпущен из кувшина и начал свое победное шествие сначала по России (в 1913–1914 годах), а затем – и по другим странам. При жизни автора книга выдержала 13 изданий, причем каждое последующее отличалось от предыдущего: вносились дополнения, устранялись недочеты, перередактировался текст.
Как же встретили книгу современники? Вот некоторые отзывы о ней ведущих журналов того времени.
«Среди разных попыток заинтересовать физикой выборкой из нее наиболее «занимательных» вещей и более или менее игривым изложением книга господина Перельмана выгодно выделяется продуманностью и серьезностью. Она дает хороший материал для наблюдения и размышления из всех отделов элементарной физики, опрятно издана и прекрасно иллюстрирована» (Н. Дрентельн, «Педагогический сборник»).
«Очень поучительная и занимательная книга, в самых обыденных и на первый взгляд простых вопросах и ответах знакомящая с основными законами физики…» («Новое время»).
«Книга снабжена многими рисунками и так интересна, что трудно отложить ее, не прочитав до конца. Думаю, что при преподавании естествознания учитель может с пользой для дела извлечь немало поучительного из этой прекрасной книги» (профессор А. Погодин, «Утро»).
«Господин Перельман не ограничивается только описанием различных опытов, которые возможно выполнить домашними средствами… Автор «Занимательной физики» разбирает множество вопросов, которые не поддаются эксперименту в домашней обстановке, но тем не менее интересны и по существу и той форме, которую он умеет придать своему повествованию» («Физик-любитель»).
«Внутреннее содержание, обилие иллюстраций, прекрасный внешний вид книги и очень незначительная цена – все это служит залогом ее широкого распространения…» (Н. Каменщиков, «Вестник опытной физики»).
И действительно, «Занимательная физика» получила не просто широкое, а широчайшее распространение. Так, в нашей стране на русском языке она издавалась около тридцати раз и массовыми тиражами. Эта удивительная книга выходила в переводах на языки: английский, арабский, болгарский, испанский, каннада, малаялам, маратхи, немецкий, персидский, польский, португальский, румынский, тамильский, телугу, финский, французский, хинди, чешский, японский.
Лиха беда – начало! Окрыленный успехом у читателей и у критики, Я. Перельман готовит и выпускает в 1916 году вторую (не продолжение первой, а именно вторую) книгу по занимательной физике. Дальше – больше. Выходят последовательно одна за другой его занимательные геометрия, арифметика, математика, астрономия, механика, алгебра – всего сорок (!) научно-занимательных книг.
«Занимательную физику» прочли уже несколько поколений читателей. Конечно, не все прочитавшие ее становились учеными, но вряд ли найдется, по крайней мере в России, физик, не знакомый с ней.
Сейчас в российской картотеке занимательных книг – более 150 отраслей науки. Ни одна страна не располагает таким богатством, и почетное место среди этих изданий принадлежит, без сомнения, «Занимательной физике».
Юрий Морозов1999 г.
Источник информации – сайт журнала «Знание – сила» www.znanie-sila.ru
Предисловие
Эта книга представляет собой самостоятельный сборник, не являющийся продолжением первой книги «Занимательной физики»; она названа «второю» лишь потому, что написана позднее первой. Успех первого сборника побудил автора обработать остальной накопившийся у него материал, и таким образом составилась эта вторая – или, вернее, другая – книга, охватывающая те же отделы школьной физики.
Настоящая книга «Занимательной физики», как и первая, предназначается для чтения, а не для изучения. Ее цель – не столько сообщить читателю новые знания, сколько помочь ему «узнать то, что он знает», т. е. углубить и оживить уже имеющиеся у него основные сведения по физике, научить сознательно распоряжаться ими и побудить к разностороннему их применению. Достигается это, как и в первом сборнике, рассмотрением пестрого ряда головоломок, замысловатых вопросов, занимательных задач, забавных парадоксов, неожиданных сопоставлений из области физики, относящихся к кругу повседневных явлений или почерпаемых из популярных произведений общей и научно-фантастической беллетристики. Материалом последнего рода составитель пользовался особенно широко, считая его наиболее соответствующим целям сборника: привлечены отрывки из общеизвестных романов Жюля Верна, Уэллса, Курда Лассвица и др. Фантастические опыты, помимо их заманчивости, могут играть немаловажную роль при преподавании в качестве живых иллюстраций; они находили себе место даже в школьных учебниках. «Цель их – пишет наш известный педагог В. Л. Розенберг[1] – освободить ум от оков привычки и выяснить одну из сторон явления, понимание которого затемняется обычными условиями, вторгающимися в ум учащегося независимо от его воли, вследствие привычки».
Составитель старался, насколько умел, придавать изложению внешне интересную форму, сообщать привлекательность предмету, не останавливаясь иногда и перед тем, чтобы черпать интерес со стороны. Он руководствовался тою психологическою аксиомою, что интерес к предмету повышает внимание, внимание облегчает понимание и, следовательно, способствует более сознательному усвоению.
Вопреки обычаю, установившемуся для подобного рода сборников, в «Занимательной физике» весьма мало места отводится описанию забавных и эффектных физических опытов. У нас имеется уже достаточно сборников подобных опытов из области физики; кроме того, образовательное значение такого рода материала не всегда бесспорно. Не говоря уже о том, что опыты обычно удаются лишь наиболее предприимчивым и терпеливым читателям, оставляя у других чувство разочарования и досады по поводу испорченных вещей, – центр внимания невольно переносится при этом на работу рук, а не на деятельность ума; в результате нередко создается почва для насаждения непродуманного, чисто формального отношения к физическому объяснению. Между тем, главная цель «Занимательной физики» – возбудить деятельность научного воображения, приучить читателя мыслить в духе физической науки и создать в его памяти многочисленные ассоциации физических знаний с самыми разнородными явлениями жизни, со всем тем, с чем он обычно входит в соприкосновение.
Для оживления интереса к физическим вычислениям в некоторые задачи этого сборника введены числовые данные (чего в первой книге автор избегал).
В общем, настоящий сборник по подбору материала предназначается для несколько более подготовленного читателя, нежели первая книга «Занимательной физики», – хотя различие в этом отношении между обеими книгами настолько незначительно, что их можно читать в любой последовательности и независимо одну от другой[2]. Я. П.
Глава первая
Законы движения
Самый дешевый способ путешествовать
Остроумный французский писатель XVII века Сирано де Бержерак в своем сатирическом «Путешествии на Луну» рассказывает, между прочим, о таком удивительном случае, будто бы произошедшем с ним самим. Занимаясь однажды физическими опытами, он вдруг каким-то непостижимым образом был поднят вместе со своими склянками высоко на воздух. Когда же через несколько часов ему удалось, наконец, спуститься вновь на землю, то, к изумлению своему, очутился он уже не в родной Франции и даже не в Европе, а – В Америке, в Канаде!
Рис. 1. Могут ли пассажиры аэростата видеть, как под ними вращается земной шар?
(Художнику пришлось пренебречь на этом рисунке точным соблюдением масштаба. Если бы он пожелал изобразить Землю сообразно с размерами аэростата, ему понадобился бы лист бумаги в десять верст шириной.)
Такой неожиданный перелет через Атлантический океан французский писатель объясняет тем, что, пока невольный путешественник был отделен от земной поверхности, наша планета продолжала по-прежнему вращаться с запада на восток; вот почему, когда он вновь опустился, под ногами его, вместо Франции, очутился уже материк Америки…
Вот видите, какой дешевый и простой способ путешествовать! Стоит только подняться над землей и продержаться в воздухе хотя бы несколько минут, чтобы опуститься уже в другом месте, далеко на запад от первого. Вместо того чтобы предпринимать долгие и утомительные путешествия через материки и океаны, можно неподвижно висеть над землей и выжидать, пока земной шар сам услужливо подставит путнику место назначения.
Жаль только, что этот удивительный способ – не более чем фантазия… Дело в том, что, поднявшись в воздух, мы, в сущности, вовсе еще не отделяемся от земного шара: мы остаемся связанными с газообразной оболочкой нашей планеты, висим в ее атмосфере, которая тоже участвует в обращении Земли вокруг оси; воздух вращается вместе с Землей, увлекая с собой все, что в нем находится – облака, воздушные шары, аэропланы, всех летящих птиц, насекомых и т. д.
Если бы воздух не участвовал во вращении земного шара, то, стоя на земле, мы постоянно чувствовали бы сильнейший ветер, по сравнению с которым самый страшный ураган должен считаться нежным дуновением. Ведь совершенно безразлично: мы ли стоим на месте, а воздух движется мимо нас, или же, наоборот, – воздух неподвижен, а мы перемещаемся в нем: в обоих случаях мы ощущаем одинаково сильный ветер. Автомобилист, мчащийся со скоростью 80 верст[3] в час, чувствует сильнейший ветер даже в совершенно тихую погоду.
Но если бы даже мы могли подняться вверх, за пределы атмосферы, или если бы Земля не была окружена воздухом – нам все равно не удалось бы воспользоваться тем дешевым способом путешествовать, о котором фантазировал французский поэт. В самом деле, отделяясь от поверхности вращающейся Земли, мы продолжаем по инерции двигаться с прежнею скоростью, т. е. с тою же, с какой перемещается под нами Земля. И когда снова опускаемся вниз, мы оказываемся в том же самом пункте, от которого раньше отделились – подобно тому, как, подпрыгнув в вагоне движущегося поезда, мы опускаемся на прежнее место.
«Земля, остановись!»
У современного английского романиста Герберта Уэллса есть фантастический рассказ о том, как творил чудеса некий конторский писец. Весьма недалекий и малообразованный молодой человек оказался, сверх ожидания, обладателем удивительного дара: стоило ему высказать какое-нибудь пожелание – и оно немедленно же исполнялось. Однако столь заманчивый дар не принес ни его обладателю, ни другим людям ничего, кроме неприятностей. Для нас особенно поучителен конец этой истории.
После чересчур затянувшейся ночной попойки писец-чудодей, опасаясь явиться домой на рассвете, вздумал воспользоваться своим даром, чтобы продлить ночь. Как это сделать? Надо приказать светилам неба приостановить свой бег. Писец не сразу решился на такой необычайный подвиг, и когда его приятель посоветовал ему остановить Луну, он, внимательно поглядев на нее, сказал в раздумье:
– Мне кажется, она слишком далека для этого…
– Но почему же не попробовать? – настаивал Мейдиг (так звали приятеля). – Она, конечно, не остановится, вы только прекратите вращение Земли. Течение времени остановится. Надеюсь, это никому не повредит!
– Гм! – сказал Фотерингей (писец). – Хорошо, попробую. Ну…
Застегнувшись на все пуговицы, он стал в повелительную позу, простер руки над миром и торжественно произнес:
– Земля, остановись! Перестань вращаться!
Не успел он договорить этих слов, как приятели уже летали в пространстве вниз головою со скоростью несколько дюжин[4] миль[5] в минуту.
Несмотря на это, он продолжал думать, так как мысль иногда почти не требует времени. Меньше чем в секунду он успел и подумать, и высказать про себя следующее пожелание:
– Что бы ни случилось, пусть я буду жив и невредим!
Нельзя не признать, что желание это было высказано как раз вовремя, поскольку костюм Фотерингея, вследствие трения о воздух, начал уже загораться. Еще несколько секунд, – и он упал на какую-то свежевзрытую землю, а вокруг него, не принося ему никакого вреда, неслись громадные камни, обломки зданий, металлические предметы разного рода; между прочим, летела какая-то несчастная корова, разбившаяся при ударе о землю. Шум кругом стоял страшный. Ни прежде, ни после того Фотерингей не слыхивал ничего подобного. Ветер дул с такой силою, что он не мог бы даже приподнять своей головы, чтобы оглянуться вокруг. Да, признаться, он об этом и не думал, – до такой степени ошеломило его все происшедшее.
– Господи! – воскликнул он прерывающимся голосом. – Что такое случилось? Буря, что ли? Ведь ночь была так тиха! Это все Мейдиг виноват. И зачем я его послушался! Где-то он теперь? Должно быть, я что-нибудь не так сделал!
Осмотревшись, насколько позволял ему ветер и развевавшиеся фалды пиджака, он продолжал:
– На небе-то, кажется, все в порядке. Вот и Луна. Стои́т по-прежнему прямо над головой. Ну, а все остальное… где же город? Где дома и улицы? Откуда, наконец, взялся ветер? Я не приказывал быть ветру.
Фотерингей попробовал встать на ноги, но это оказалось совершенно невозможным, и потому он проследовал вперед на четвереньках, придерживаясь за камни и выступы почвы. Идти, впрочем, было решительно некуда, так как, насколько можно было видеть из-под фалд пиджака, закинутых ветром на голову пресмыкающегося чудодея, все кругом представляло собою одну общую картину разрушения.
– Что-то такое во вселенной серьезно попортилось, – подумал Фотерингей, – а что именно – Бог знает.
Рис. 2. Что случилось бы, если бы Земля внезапно перестала вращаться вокруг своей оси.
Действительно, попортилось. Ни домов, ни деревьев, ни каких-либо живых существ – ничего не было видно. Одни только бесформенные развалины да разнородные обломки валялись кругом, едва видные от целого урагана пыли, несомой ветром. Гром и молния при совершенно ясном небе довершали картину, представившуюся виновнику всей этой катавасии.
Сам этот виновник не понимал, конечно, в чем дело. А объяснялось всё очень просто. Остановив Землю сразу, Фотерингей не подумал о центробежной силе, а между тем она при внезапной остановке кругового движения неминуемо должна была сбросить с поверхности Земли все, на ней находящееся. Таким образом, дома, люди, деревья, животные – вообще все, что только не было неразрывно связано с главной массой земного шара, полетело по касательной к его поверхности со скоростью, превышающей ту, которой обладает ядро, только что вылетевшее из жерла пушки. А затем все это вновь попадало на землю, разбиваясь вдребезги.
Фотерингей не знал, в чем дело, но он тотчас же понял, что чудо, им совершенное, оказывается не особенно удачным; а потому им сразу овладело глубокое отвращение ко всяким чудесам, и он дал себе слово не творить их больше. Но прежде всего нужно было поправить каким-нибудь образом ту беду, которую он наделал. А беда эта оказывалась немалой. К довершению своего ужаса, Фотерингей видел, что она даже увеличивается. В самом деле: буря все свирепела, облака пыли совсем закрыли Луну и вдали слышен был шум приближающейся воды; Фотерингей видел даже, при свете молнии, целую водяную стену, со страшной скоростью надвигавшуюся к тому месту, на котором он лежал.
– Мейдиг! Мейдиг! – вскричал он. – Где вы?
Но не получая никакого ответа и видя, что приходится действовать на свой страх и на свою ответственность, не посоветовавшись с опытными людьми, он стал решительным.
– Стой! – вскричал он, обращаясь к воде. – Ни шагу далее!
Затем повторил то же распоряжение грому, молнии и ветру.
Все затихло.
– Постойте немножко, – сказал Фотерингей, – дайте мне собраться с мыслями… Что же мне теперь делать?
Присев на корточки, мистер Фотерингей задумался.
– Как бы это опять не наделать какой-нибудь кутерьмы, – подумал он и затем сказал: – да… во-первых, когда исполнится все, что я сейчас прикажу, пусть я потеряю способность творить чудеса и буду таким же, как все обыкновенные люди. Не люблю чудес. Это слишком опасная игрушка. А во-вторых, пусть все будет по-старому: тот же город, те же люди, такие же дома, и я сам такой же, каким был тогда. Довольно чудить, не хочу больше!..
Письмо с воздушного шара
Вы находитесь в корзине аэростата, который быстро несется над землей. Внизу – знакомые места. Сейчас вы пролетите над усадьбой приятеля: «Хорошо бы послать ему весточку» – мелькает у вас в уме. Быстро набрасываете вы несколько слов на листке записной книжки, привязываете свою записку к камню и, выждав момент, когда знакомый сад оказывается как раз под вашими ногами, роняете камень.
Вы в полной уверенности, конечно, что камень упадет прямо в сад. Но, оказывается, он падает вовсе не туда…
Почему же? Ведь сад расположен прямо под корзиной аэростата?
Вот оттого-то камень и не падает в сад. Следя за его падением с корзины аэростата, вы увидите странное явление: камень опускается вниз, но в то же время продолжает оставаться под аэростатом, словно скользя по привязанной к нему невидимой веревке. И когда камень достигнет земли, он будет находиться далеко впереди того пункта, который вы себе наметили. Здесь проявляется тот же закон инерции, который мешает нам воспользоваться соблазнительным советом дешево путешествовать по способу Сирано де Бержерака. Пока камень был в корзине аэростата, он вместе с нею несся в пространстве с некоторою скоростью. Вы уронили его, – но, отделившись от аэростата и падая вниз, камень все же не утрачивает своей первоначальной скорости, а, падая, продолжает в то же время совершать движение в воздухе в прежнем направлении. Оба движения, отвесное и горизонтальное, складываются – и в результате камень летит вниз по кривой линии, оставаясь все время под аэростатом (если только, конечно, сам аэростат внезапно не изменит своего направления или скорости полета). Камень летит совершенно так же, как горизонтально брошенное тело, – например, пуля, вылетевшая из горизонтально поставленного ружья: под влиянием горизонтального толчка и притяжения Земли оно описывает дугообразный путь, упирающийся в землю.
Рис. 3. Если уронить с летящего аэростата камень, то он падает не отвесно вниз, а по кривой линии, все время оставаясь под воздушным шаром.
