Фрадкин Захарович: Белые пятна безбрежного океана

Не отвага защитников Сиракуз обратила в бегство прославленные римские легионы, а мудрость Архимеда. Далеко за пределы Сицилии разнеслась молва о необыкновенных выдумках первого в истории человечества инженера. Казалось, нет такой задачи, которая была бы не под силу его могучему уму. Но однажды Архимеду довелось изведать горечь бессилия.

В честь победы над римлянами царь Сиракуз повелел отлить корону из чистого золота. Однако, когда корона была готова, в душу тирана закрались сомнения: не утаили ли мастера часть золота, подменив его более дешевым серебром?

Уличить мастеров в обмане поручили мудрейшему из мудрых - Архимеду. Но как заглянуть в тайну сплава, который внешне ничем не отличался от чистого золота? Все решенные до того и составившие славу Архимеда задачи показались ему теперь детской забавой в сравнении с той, к которой он даже не знал, как подступиться.

Кто знает, какой силы достигло отчаяние мудреца? Все его размышления были тщетными, от них лишь росло чувство собственной беспомощности. И быть может, именно в тот день, когда Архимед собрался сложить оружие, пришло озарение. Влезая в наполненную до краев ванну, он вдруг увидел то, на что сотни, а может быть и тысячи раз смотрели его глаза. Смотрели, да не видели. По мере того как тело Архимеда погружалось в воду, она переливалась через края ванны.

Острая, яркая, как молния, сокрушающая своей простотой мысль едва не лишила его сознания: ведь объем выливающейся воды в точности равен объему его тела! Если же массу тела поделить на этот объем, получится число, свойственное только этому телу. Только этому и никакому более! В наши дни это число называется плотностью, или объемной массой.

Неистовая радость открытия заставила великого старца выскочить из ванной и с криком "Эврика! Эврика!" помчаться по улицам Сиракуз. В тот же день Архимед приказал изготовить слиток чистого золота с массой, равной массе короны. Поочередно погружая в воду корону и слиток, он определил их объемы, нашел плотность того и другого, сравнил и... уличил обманщиков!

Так вода помогла Архимеду решить задачу века и стала первым инструментом познания одного из свойств вещества.

Несколько позднее, продолжая опыты в ванне, Архимед сформулировал свой знаменитый закон о плавающих телах и тем положил начало гидравлике.

Мрачные века средневековья... Надломленный пытками в застенках святой инквизиции старец Галилео Галилей вынужден был отречься от учения Коперника. Однако, как повествует молва, выйдя из судилища и оглянувшись на святых отцов, Галилей воскликнул:

- А все-таки она вертится!

Дорого обошлись ему эти слова. Он был изгнан из родной Флоренции и дни свои закончил на чужбине.

Но еще более мужественным Галилей оказался в науке. Он отважился опираться не на авторитет великих предшественников, а на опыт, на силу собственной логики. Полет его мысли, казалось, не знал предела: им открыт закон инерции; он - основоположник законов колебаний маятника и законов падения тел; он изобрел телескоп и первым заглянул в глубины Вселенной, открыл горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры и спутников Юпитера.

Но вот его внимание привлекла вода. Рассуждая над неподвижным сосудом с водой, Галилей пришел к поразившему его выводу: сила давления на дно сосуда могла превышать массу налитой в сосуд воды (рис. 1). Ошибки в рассуждениях быть не могло, ибо эти рассуждения опирались на законы логики и, конечно же, на повседневный опыт. Судите сами: на одной чаше весов (см. рис. 1,в) в сосуде находится 5 л воды, а на дно давит сила в 10 кгс ( В Международной системе единиц (СИ) 1 кгс = 9,8 Н ); на другой - гиря в 5 кг давит на чашу весов с силой в 5 кгс. Откуда же взялись дополнительные 5 кгс? Этого Галилей объяснить не смог. Тогда он начал изучать поведение движущейся воды. Тут его подкараулила еще более сокрушительная неудача: законы логики никак не желали ладить с законами течения обыкновенной воды. С горечью Галилей признался своим единомышленникам: "Легче установить закономерность движения бесконечно удаленных светил, нежели закономерность движения ручья, текущего у наших ног".

Рис. 1. Гидростатический парадокс. а - вес гири соответствует силе давления воды на дно (G = P); б - вес гири в 3 раза больше силы давления воды на дно (чашку весов), но равновесие сохраняется (G = 3P); в - вес гири в 2 раза меньше силы давления воды на дно (чашку весов) - равновесие по-прежнему сохраняется (G = 0,5P)