ЧАСТЬ ВТОРАЯ
О ОПЫТАХ НАД ВОЗДУХОМ
Глава 1
О ВОЗДУШНОМ НАСОСЕ
§ 32
К предложению6* опытов над воздухом больше всех служит воздушный насос, которым воздух из сосудов вытягивают или в оных сжимают.
§ 33
Сию машину изобрел Оттон де Герикк, магдебургский бургемейстер и при государственном съезде посланник бранденбургский. Сей, будучи в Регенсбурге 1654 года, в присутствии цезаря, некоторых курфирстов и других посланников государственных статов, представил совсем нечаянные опыты, которые сперва описал Каспар Шотт, езуита вирцбургский, 1657 году в прибавлении к художеству механическому идравликопневматическому,6 а потом и сам автор 1672 году под титулом Магдебургских опытов, в безвоздушном месте учиненных,7 на свет выдал. Гериккианское изобретение побудило в Англии Роберта Боила (что он в предисловии к опытам о упругости воздуха 1659,8 на аглинском языке выданном, сам признае́т), что он помощию Роберта Гокка, в натуральной науке и в механическом художестве весьма искусного человека, тому же последовал.
§ 34
Воздушный насос [фиг. 12] состоит из медной трубы AB, внутри полированной, и из поршня DE, который состоит из лосиных кружков, свиным жиром и деревянным маслом напоенных и между медными кружками сжатых винтами; и будучи прикреплен к железному пруту DC с зубами, движением во́рота ON в помянутую трубку входит и выходит, как самое употребление требует. Поршень должен в трубу входить точно и туго, чтобы воздух между ими пройти не мог. Гвоздь T в средине проверчен, чтобы воздух сквозь него из трубки FR в трубу AB AB поршнем DE сквозь гвоздь выгнать или внешний сквозь трубку FR в пустой сосуд снова впустить можно было. Стеклянные сосуды, колоколам подобные, прикреплены бывают к насосу, будучи поставлены на медном круге LQ, а между ими кладут мокрый лосиный круг. Сферические сосуды прикрепляются к нему винтами. Трубку FR поддерживают вилки RG, щурупами ICS7* утвержденные. Однако сложение сея машины способнее познать можно, ежели она перед глазами разобрана будет.
§ 35
Ежели, гвоздем заперши трубку FR, поршень DE вытянешь и, чтобы он назад не отошел, силою удержишь и по некотором времени увидишь, что по впущении поршня из трубы гвоздем воздуху нимало не пойдет, то знай, что сквозь гвоздь и между поршня и трубы воздух не проходит. А если из сосуда, на медном кругу Q поставленного, воздух вытянешь и отворив трубку FR к трубе AB, прощень вытянешь, и между тем ничего ни в трубу, ни в сосуд воздуху не войдет, то знать можно, что вся машина в добром состоянии. Сие ж больше оказать могут следующие опыты.
Глава 2
О СВОЙСТВАХ ВОЗДУХА
§ 36
Когда бараний моченый пузырь [фиг. 13], оставив несколько в его морщинах воздуху, крепко завяжешь, и под стеклянным колоколом AB на крючке повесив, около его находящийся воздух воздушным насосом вытянешь, тогда пузырь помалу надуется, так что ни одной морщины на нем не останется. Когда поршень вытянешь один раз, тогда много воздуха убудет, но потом следующими его движениями — чем дале, тем меньше. А понеже явно есть, что пузырь растягивается воздухом, в нем ставленным, для того следует, что воздух имеет силу, чем он во все стороны раздается, которая упругостию называется.8*
§ 37
DE вытянут, и гвоздь HI ототкнут будет, тогда воздух под колоколом упругостию своею расширяется, чтобы полость самого сосуда и насоса наполнить, и таким образом густость и количество его под колоколом убывает. А ежели, гвоздь повернувши и поршень вдвинув, воздух из насосной трубы AB вон выбьешь, тогда часть его из сосуда вон выходит. Сим образом чрез многократное движение поршня воздух под колоколом отчасу убывает. И ежели полость сосуда есть равна полости трубы насосной, то густость воздуха в сосуде убывает такою пропорциею, как 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 и проч.
§ 38
Кто желает расширение воздуха ясняе понять, тот пусть привяжет пустой и сжатый пузырь к узкогорлой сткляночке, который хотя бычачий будет, однако он после того весьма туго надуется, как воздух из колокола будет вытянут.
§ 39
Что сие действие от воздуха зависит, то из сего видно, что пузырь тем скоряе и сильняе надуется, чем больше в нем воздуху оставлено будет. И сверх того ничего не надуется, ежели пузырь к горлышку стклянки не крепко будет привязан.
§ 40
Ежели медный шар [фиг. 14], внутри тощий,9 которого диаметр не мал, например одного фута, прикрепишь щурупом к воздушному насосу и, воздух из него вытянув, на весах поставишь с гирями в равновесии, а потом гвоздь сего шара P9* отворишь, то внешний воздух, вшедши в него, тягость его умножит. Итак, по сему никто спорить не может, что воздух имеет тягость.
§ 41
Чрез сей опыт господин Вольф нашел, что кубичный фут воздуху тянет 585 гранов,10 то есть около 7¼ золотника, и что тягость воды против тягости воздуха есть, как 846 против 1. Боил сию пропорцию положил, как 938 против 1, де Волдер, как 970 против 1, Гомберг, как 800 против 1.
§ 42
Воздух для своей тягости, равно как и прочие жидкие материи, тем же законам последует в равновесии, которое они наблюдают (§ 7, 10). Для того, ежели трубка AB [фиг. 15], которой один конец A заплавлен, а другой B пол, длиною около трех футов, наполнена будет ртутью, а конец B CD влитую, погрузишь, тогда ртуть в трубке поднимется до E на 27 парижских дюймов.11 А ежели кто, равно как Пасхалий и Штурм,12 возьмет трубку очень долгую в 33 фута и вместо ртути нальет воды, тогда она, на 31 фут поднявшись, с воздухом в равновесии стоять будет. Итак, явно есть, что воздух своею тягостию столько же давит, сколько вода вышиною на 31 фут ренский.13 Трубка, ртутью наполненная, называется Торрицеллиева,14 для того что сей опыт изобрел Торрицеллий.
§ 43
Ежели кто сомневается, что подлинно ли воздух в Торрицеллиевой трубке ртуть держит, тот пускай оную под колоколом ABC [фиг. 16], у которого горлышко CD долго, поставит и воздушным насосом воздух вытянет. Ибо увидит, что ртуть по количеству вытянутого воздуха упадать, а по пропорции назад впущенного подниматься станет. Сим опытом узнать можно, что насос в добром состоянии, ежели ртуть в трубке потоле не поднимется кверху, пока воздух в насосе гвоздем не будет впущен.
§ 44
Понеже чем больше разов поршень из насоса бывает вытянут, тем воздух реже становится, а чем он реже, тем с меньшим столбом воздуха равновесие имеет; следовательно, упругость воздуха с густостию купно убывает.
§ 45
В медный шар A, полный воздуха, силою воздушного насоса еще больше воздуху вдавить можно: ибо прежде бывший в нем воздух сжимается, меньше места занимает и гуще становится.10* С густостию растет упругость, для того что большему11* сжиманию воздух противится, что довольно чувствуют те, которые сжимают.
§ 46
От сжатого воздуха шар становится тяжеле, ибо ежели шар со сжатым воздухом стоит в равновесии на весках с гирею, а после воздух гвоздем выпущен будет, так чтоб он в шаре был одной густости со внешним, тогда у шара весу убудет и гиря перетянет, чем вторично тягость воздуха доказывается.
§ 47
ABCD [фиг. 17], у которой одна ножка CD в D заплавлена, влита будет ртуть, пока горизонтальное колено BC наполнится, чтобы воздух в меньшей был заперт, то увидишь, что воздух в ножке CD сжиматься станет по количеству ртути, в долгую ножку BA влитыя. Сим опытом показывал в Англии Боил, во Франции Мариот и Амонтоний, что воздух сжимается по пропорции весу и что упругость есть пропорциональна густости, что должно разуметь об одинаком воздухе, как сами сии опыты показывают и следующие о переменах воздуха то ж подтвердят.
§ 48
Ежели бараний или свиной мокрый пузырь, воздухом немножко надутый и крепко завязанный, чтобы воздух не вышел, будешь держать над горячим угольем и между тем поворачивать, чтоб его жаром не сволокло, тогда внутри находящийся воздух помалу расширится и пузырь раздует. Но как он скоро от жару отнят будет, опять ослабеет, когда в нем воздух сожмется. А ежели очень долго на огне без повреждения останется, то уже так надуется, что и сдавить его нельзя будет, а, наконец, с немалым звуком лопнет. И для того никакого нет сомнения, что от теплоты воздух расширяется, а от стужи сжимается; и сверх того упругость его прибывает, ибо она давлению противится и от ней пузырь надувается и разрывается.
§ 49
Коль скоры те перемены, которые в воздухе от теплоты и от стужи происходят, из сего опыта явствует: возьми шар [фиг. 18] стеклянный AB с трубкою BC и, конец трубки вгрузив в воду, приложи к шару руку, от которыя приложения воздух тотчас расширится и пузырями из конца трубки C выходить будет. А когда руку отведешь, то вода по пропорции вон исшедшего воздуха поднимется в трубку BC. Но снова, как руку приложишь, вода будет вниз опускаться и тем самым показывать, что воздух шире становится.
§ 50
Ежели воздух из медного шара маленькою диркою над горячим угольем будет выгнан и дирка будет заткнута, чтобы внешний воздух не вошел, то увидишь на весах, что он прежнего легче, и оттого снова заключишь, что воздух имеет тягость.
Глава 3
О РАЗНЫХ ДЕЙСТВИЯХ ВОЗДУХА
§ 51
Понеже столп воды вышиною на 31 фут равен тягостию столпу воздуха вышиною до самого верху атмосферы (§ 42), для того от тягости воздуха те же действия должны воспоследовать, которые происходят от столпа воды вышиною на 31 фут.
§ 52
§ 45); следовательно, она равна тягости атмосферы, а упругость жмет противящиеся тела, и для того от ней те же действия следуют, которые от тягости атмосферы происходят. Но еще упругость больше действует, ежели воздух больше вдавлен или нагрет будет (§ 45, 48).
§ 53
Из сего явствует причина удивительных действий воздуха, которые чрез опыты себя оказывают и которые мы здесь опишем.
§ 54
Если шара стеклянного [фиг. 19] A с гвоздем B, из которого воздух чрез воздушный насос вытянут, горлышко C в воду погружено будет, тогда, как скоро гвоздь отвернут будет, вода в полость шара кверху взойдет и место, от воздуха оставленное, наполнит; чрез который опыт оказывается, сколько воздуху из сосуда вытянуто быть может. И ежели воздух прилежно вытянут будет, то в шаре, который имеет в диаметре полфута, не останется воздуху больше, как только с орех. Причина сего есть явна: ибо воздух, до верху атмосферы простирающийся, равен тягостию водяному столпу, который вышиною 31 фут (§ 42). Сей вышины диаметр шара далече меньше, а равновесие жидких тел зависит только от одной вышины (§ 7), и для того столько воды в шар входит, сколько его полость вместить может.
§ 55
Та же причина есть следующего опыта [фиг. 18]: ежели в сосуд DE, водою наполненный, вгрузивши горлышко C шара A и все положив под колокол, воздушным насосом воздух потянешь, тогда он будет из шара выходить пузырями (§ 37). Сей опыт очевидно показывает, что от первых движений поршня больше воздуху выходит, нежели от последних. А как уже больше пузырей из шара выходить не будет и внешний воздух впущен будет, тогда вода трубкою BC всходит и шар A наполняет.
§ 56
Из сего опыта в самой вещи не разнится другой [фиг. 16 и 20]; то есть, трубку, в A залитую и другим концом B опущенную во ртуть, в сосудец CD влитую, под колоколом ABCD поставь и воздух из трубки AB§ 56) из шара, вытяни, тогда ртуть в трубку подымется, как только внешний воздух впущен будет. Сим образом можно жидкие тела в сосуды сквозь маленькие дирки вливать.
§ 57
Воздух теплотою выгонить можно (§ 50). Итак, явствует причина, для чего вода как бы сама собою сквозь маленькую дирку входит в шар, из которого воздух жаром горячего уголья выгнан [фиг. 18]. Также, ежели из стеклянного шарика AB пламенем свечным воздух выгнан будет, то вода или другая жидкая материя сквозь трубку CB в полость его встанет; однако должно беречись, чтобы шарик не треснул, для того что холодная жидкая материя горячие стекла разрывает.
§ 58
Ежели в круглый стеклянный сосуд CD [фиг. 20] вода налита будет, так чтобы несколько воздуху в CE осталось, а потом с обоих концов полая трубка AB в горлышке так укреплена будет, чтобы оным с боков воздух не проходил, а после, сие все под колоколом ABCD положив [фиг. 16], воздух вытянешь, тогда оставшийся в CE воздух, расширившись, воду трубкою AB вон выбросит. А ежели вместо воды ртуть возьмешь и в CE больше воздуху оставишь, то она для своей тягости12* (§ 40) до некоторой вышины поднявшись, от расширившегося воздуха поддерживается, чрез что его упругость определить можно (§ 41). Так же и в том случае, когда он воду из сосуда выбрасывает. То же действие бывает, ежели сосуд в теплую воду будет опущен,13* чтобы упругость воздуха в CE от теплоты умножилась (§ 48).
§ 59
Кто желает количество упругости воздуха и его расширения ясно высмотреть или как бы руками выщупать, тот пускай наполнит круглый сосуд ABDE водою [фиг. 21] и щурупом H прикрепит сосудец I, которого полость против полости большого сосуда ABED GE в E, так чтоб она с большим сосудом сообщение имела. Сей сосуд ежели под колокол положишь и воздух тянуть станешь, тогда малое количество воздуха, которое содержится в сосудце I, воду стеклянною трубкою EG будет выбрасывать и всю полость большого сосуда наполнит. Из сего видно, что упругость расширившегося воздуха определить можно по правилам о давлении жидких тел, предложенным в § 15.
§ 60
Если сосудец с Торрицеллиевою трубкою в воде погружен будет, тогда ртуть по количеству воды, на себя налегающей, кверху взойдет. Откуду следует, что вода, с воздухом совокупивши свою силу, купно действует.
§ 61
Равным образом может и ртуть, соединив силу свою с воздухом, содержать равновесие с атмосферою, ибо, ежели несколько воздуху в трубку впущено будет, часть ртути опустится потоль, пока тягость ртути и упругость расширившегося над нею воздуха сравнится с тягостию атмосферы. То же самое последует, когда вместо ртути вода употреблена будет. А понеже впущенный воздух ту же упругость имеет со внешним, для того над ртутью или водою должен он иметь меньшую.
§ 62
Из опрокинутой узкогорлой стклянки или из сосуда, коль бы велик его диаметр ни был, буде по краям сверх воды бумажный кружок положен будет, то вода не вытечет, для того что воздух оную до вышины 31 фута держать может (§ 42). Но ежели несколько воздуху над водою будет, тогда часть оныя вытечет.
§ 63
Ежели кто силу давления воздуха от пропорциональныя его тягости (§ 42) или от упругости (§ 43) рассудит, тому не будет дивно, что стеклянный колокол к медному кругу, у насоса прикрепленному, по испражнении воздуха15 так прилипает, что разве только великою тягостию оторван быть может; что бока у пузыря без воздуха так слипаются, что их разорвать нельзя; что стеклянные кружки, на краях жестяного цилиндра салом или воском прикрепленные, по извлечении воздуха ломаются; что медные полуглобусы или круглые чашки в таких же обстоятельствах очень крепко стиснуты бывают, что разве только великою силою разорваны быть могут, а особливо, когда они имеют немалый диаметр. Сюда принадлежит, что полированные и салом вымазанные, боками сложенные и оными несколько потертые мраморы,16 стакана прикрепленный, от внутреннего воздуха разрывается, ежели внешний насосом вытянут будет; что стеклянные сосуды от сдавленного воздуха расскакиваются не без вреда присутствующих, ежели не поберечь, чтобы стеклянные обломки не расскочились.
§ 64
А понеже едино есть, что воздух хотя насосом или теплотою будет выгнан: того ради из прежде предложенного причина явствует, для чего стеклянный колокол, после того как под ним двойная водка сгорит, к медному кругу, на котором лосина положена, крепко пристает; также для чего стакан стеклянный в таком же случае, ко дну иготи прилипает крепко, что оную стаканом поднять можно. Между краями и дном должно положить кольцо, из теста или из мокрой лосины сделанное, однако должно бережно поступать, чтобы от мокроты стакан не треснул, когда он очень горяч будет. Подобным образом явствует, для чего над горячим угольем силою теплоты стеклянный или медный кружок ломается; в первом случае наливается несколько двойной водки или уксусу, чтобы стекло прежде не растопилось, нежели пока расшибется.
§ 65
Ежели из угловатого стеклянного сосуда воздух вытянут будет, то он расскочится на многие мелкие куски от воздуха, который давит со внешней стороны (§ 20). Круглые сосуды давлению воздуха не уступают, для того что фигурою своею оному больше противятся.
§ 66
Мариотт равновесие воздуха с жидкими телами, которые пропорционально тяжеле, изъясняет особливым опытом [фиг. 22]. ABCD есть стклянка, которая имеет дирку в IFG с обоих концов полая так в горлышке укреплена, что хотя кверху и книзу подвинута быть может, однако воздуху из стклянки пройти нельзя. Когда она наполнена будет водою или какою-нибудь другою жидкою материею и конец G I, тогда вода сквозь оную дирку не вытекает, а в трубке стоит в равновесии HI, против помянутой дирки. Но ежели конец трубки G поднят будет выше дирки I, вода, которая выше оной, из стклянки вытечет, то есть в первом случае вода, которая стоит около трубки ниже дирки IGH, имеет равновесие (§ 7), для того что ту и другую равная атмосфера давит, то есть оную сквозь дирку I, а сию сквозь полой14* трубки конец F. А прочая вода в IB § 13, 14). В другом случае тягость атмосферы, сквозь трубку FG соединив силу свою с водою, стоящею выше дирки, внутри стклянки действует, а со внешней стороны только одна атмосфера к той же дирке давит, и так15* бо́льшая сила преодолевает, и вода, аки бы не имея сопротивления, от воздуха в I собственною своею тягостию вытекает. И для того в первом случае, по отнятии воздушного сопротивления способом насоса, вода из дирки так же вытекает, как бы конец трубки G был выше горизонтальной линеи HI
§ 67
Не неприятно смотреть на действие сжатого воздуха в стеклянных куклах, называемых Картезиевых бесках,17 которые внутри пусты и имеют в a b
Тягость их почти равна с водою, так что немного их из воды видно, когда они в той плавают. Итак, ежели они в круглый стеклянный сосуд ABDC положены будут [фиг. 23], у которого горлышко E пузырем обвязано, так чтобы меж ним и водою воздуху не было, то когда пузырь в A пальцем прижат будет, тогда куклы ко дну осядут; кверху встанут, когда палец с пузыря снят будет; и так на всяком от верху расстоянии разным давлением остановлены быть могут. Ибо от прижимания пузыря, чрез воду продолжающегося (§ 13), сжимается в кукле находящийся воздух, и в пустое место вливается диркою a или b § 24). А как палец будет отнят, то перестает и причина давления; для того воздух внутрь куклы приходит в прежнее свое состояние. И так, будучи она воды пропорционально легче, встает кверху (§ 23). Ежели кто сии причины очевидно себе представить хочет, тот пусть употребит куклу [фиг. 24], у которой вместо полости привязан пустой шаричек стеклянный LM с тоненькою трубочкою.
Примечания
6 § 33. Каспар Шотт ... — имеется в виду книга: P. Gasparis Sehotri Mechanica hidraulico-pneumatica. Herbipoli, 1657 (Шотт П. Г. Гидравликопневматическая механика. Вюрцбург, 1657).
7 § 33. Магдебургские опыты, в безвоздушном месте учиненные — книга О. Герике Experimenta nova (ut vocantur) Magdeburgica de vacuo spatio (см. выше, стр. 544, § 59).
8 § 33. Роберт Бойль ... в предисловии к опытам об упругости воздуха — имеется в виду книга Р. Бойля: A continuation of new experiments physico-mechanical touching the spring and weight of the air and their effects. Oxford, 1669 (см. выше, стр. 554, заметка 215). У Тюммига год издания этой книги ошибочно указан 1659-м. Ссылка на Р. Гука содержится на 15-й ненумерованной странице книги Бойля, в предисловии.
9 § 40. Тощий — пустой, пустотелый.
10 § 41. Найденный Вольфом вес кубического фута воздуха — 585 гранов упоминается и Ломоносовым в его „276 заметках“, в заметке 186 (см. выше, стр. 141).
11 § 42. 27 Парижских дюймов — равны 730.62 мм. У Тюммига высота поднятия ртути указывается равной не 27, как в переводе Ломоносова, а 23 парижским дюймам.
12 § 42. Пасхалий — французский физик Блэз Паскаль. Упоминаемые здесь опыты Паскаля и Штурма изложены в их книгах: Pascal B. Récit de la grande expérience de l’équilibre des liqueurs. Paris, 1648 (Паскаль Б. Рассказ о великом опыте по равновесию жидкостей. Париж, 1648); Sturm. J. Chr. Collegium experimentale sive curiosum. Norimbergae, 1676 (Штурм И. Х. Экспериментальный или любопытный сборник. Нюрнберг, 1676).
13 § 42. 31 фут Ренской — равен 9.728 м.
14 § 42. торрицеллиева трубка — трубка изобретенного Торричелли ртутного барометра.
15 § 63. Под выражением по следует понимать: после удаления или после откачки воздуха.
16 § 63. Вопросом о сцеплении полированных мраморов Ломоносов интересовался и сам, еще до перевода „Волфианской экспериментальной физики“ (см., напр., „276 заметок“, заметки 189 и 214, стр. 143 и 147 настоящего тома).
17 § 67. (в подлиннике Diabolos Cartesianos) — прибор для демонстрации равновесия плавающих тел, известный в наше время под именем декартова водолаза.
6* В рукописи аэрометрических опытов.
7*
8* В рукописи последняя фраза для того надлежит, чтобы воздух имел силу, чем бы ему во все стороны раздаться, которая упругостию называется.
9* Гвоздь и буква B находятся наверху шара, с правой стороны.
10* Ежели в медный шар A, полный воздуха, еще силою воздушного насоса вдавить можно, то прежде бывший в нем воздух сжимается, меньше места занимает и гуще становится.
11* В рукописи дальнейшему.
12* то она своею тягостию.
13* В издании 1746 г. — отпущен, в рукописи
14* В рукописи добавлено
15* В рукописи и для того.