Айзек Азимов - Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики

Другие греческие философы, особенно Аристотель, приводили доводы против этого понятия, однако приведенные против атомистической идеи контрдоводы кажутся нам нелогичными. Но, вообще говоря, неатомистическое представление о материи добилось успеха и оставалось в среде ученых превалирующим мнением в течение двух тысяч лет.

Если мы ограничимся изучением свойств твердых тел, то вполне можно принять аристотелевское представление о материи, потому что, когда разговор идет о твердом теле, мы не видим никаких признаков чего-либо, что заставило бы нас сделать логический вывод о том, что оно состоит из скопления мелких частиц. Больше того, если бы это было так, то мы должны бы были предположить, что частицы твердого тела крепко связаны между собой, потому что все твердые тела ведут себя «как одно целое». Ну а если мы предполагаем, что частицы твердого тела так крепко связаны между собой, то почему бы нам не отказаться от теории существования мелких частиц в целом и не сделать вывод о том, что твердое тело в первую очередь представляет собой единую часть непрерывной материи?

Совершенно другая ситуация возникает в случае, когда мы рассматриваем жидкости. Сам факт того, что жидкости не двигаются «как одно целое», уже заставляет нас предположить, что они могут состоять из отдельных частиц. Масса крошечных металлических опилок или куча порошка тоже примут форму любого сосуда, в который их поместить, и, если мы наклоним сосуд, они будут «литься» так, как это делала бы жидкость. Если бы частицы были достаточно липкие, то они «лились» бы подобно вязкой жидкости.

Фактически многие свойства жидкостей можно было бы легко объяснить, если предположить, что они состоят из субмикроскопических частиц, которые каким-либо образом притягивают друг друга. Например, таким образом можно было бы объяснить поверхностное натяжение.

Однако те свойства жидкостей, которые заставляют нас предположить в них явление атомизма, с большей вероятностью, чем в твердых телах, становятся еще более усиленными в газах. И фактически именно изучение газов, которым активно занимались ученые в XVII и XVIII столетиях, наконец вынудило ученых полностью изменить свое раннее решение, принятое в пользу Аристотеля, и снова, уже в начале XIX столетия, отдать предпочтение незаслуженно отвергнутому представлению Демокрита.

Наиболее ясное и очевидное отличие газов от жидкостей — их плотность. По сравнению с жидкостями газы менее плотные — более разреженные.

В английской системе измерений плотность воды равна 62,43 фунта на один кубический фут. Если мы используем метрические единицы измерения, то это — один грамм на кубический сантиметр (1 г/см 3) [43] Это не совпадение. При введении метрической системы в 1790 году французские ученые определили грамм как вес одного кубического сантиметра воды при постоянных, установленных температурных условиях. в системе СГС и десять килограммов на кубический метр (10 кг/м 3) в системе МКС. Наименее плотная жидкость, которая существует при комнатной температуре или ниже, — жидкий водород, в то время как самой плотной является ртуть. Первая имеет плотность 0,07 г/см 3, а последняя обладает плотностью, равной 13,546 г/см 3. (При повышенной температуре некоторые металлы, такие как платина, плавятся, превращаясь в жидкости с плотностью, достигающей 20 г/см 3.)

Плотности твердых тел попадают также главным образом в пределы этого диапазона. Самое легкое из твердых тел — твердый водород — имеет плотность 0,08 г/см 3, в то время как самый тяжелый — металлический осмий — имеет плотность, равную 22,48 г/см 3.

Такие плотности также характеризуют при помощи «удельного веса» тела — термина, возникшего еще в Средневековье. Удельный вес может быть определен как отношение плотности вещества к плотности воды. Другими словами, если плотность ртути равна 13,546 г/см 3, а плотность воды — I г/см 3, то удельный вес ртути равен (13,546 г/см 3)/(1 г/см 3), или 13,546.

Поскольку плотность воды равна 1 г/см 3, удельный вес тела получается численно равным плотности в системе СГС, но не следует вводить себя в заблуждение этим очевидным равенством, поскольку в единицах измерения содержится важная разница. При делении плотности на плотность единицы измерения (г/см 3, в случае, рассматриваемом в предыдущем параграфе) сокращаются, поэтому значение для удельного веса является безразмерным, то есть просто числом.

Единицы измерения сокращаются при расчете удельного веса независимо от того, какая система единиц измерения используется для выражения плотности. В системе МКС плотность ртути и воды равна соответственно 135,46 кг/м 3и 10 кг/м 3. Решив это отношение, мы получаем, что удельный вес ртути, как и прежде, равен 13,546. В английской системе единиц измерения плотность ртути и воды равна 845,67 фунта на кубический фут и 62,43 фунта на кубический фут, а их отношение по-прежнему равно 13,546.