Две основные единицы времени, которыми мы пользуемся, — это сутки и год. Обе они определяются вращением Земли. Вращение Земли вокруг своей оси дает нам солнечные сутки. Вращение ее вокруг Солнца дает солнечный год. Солнечные сутки делятся на двадцать четыре часа. Час делится на шестьдесят минут, а минута — на шестьдесят секунд. Тем не менее долгота солнечных суток изменяется.
Одна из причин этого — изменение скорости, с которой Земля вращается вокруг Солнца. Но несмотря на то, что солнечные сутки иногда длиннее, а иногда короче, чем ровно двадцать четыре часа, можно считать, что средняя продолжительность суток — двадцать четыре часа. Для того, чтобы было удобнее определять местонахождение географических точек на Земле, человек разметил ее с помощью меридианов — окружностей, проходящих через полюса. Места, расположенные на одном и том же меридиане, имеют одно и то же солнечное время. Разница в солнечном времени — один час накаждый меридиан.
Есть меридиан с номером 0, проходящий через город Гринвич в Англии. Он называется начальным меридианом. Это точка отсчета для всех остальных меридианов, которые отмечаются как расположенные восточнее или западнее Гринвичского. Астрономическое время по всей Земле ориентируется на среднее солнечное время в Гринвиче. Астрономы из Гринвичской обсерватории сверяют свои часы с Солнцем или какой-нибудь определенной звездой. Они проверяют точность времени, когда Солнце или звезда пересекает меридиан.
В обсерваториях других стран тоже следят за точностью времени. Они передают сигналы точного времени по радио. В Соединенных Штатах точное время определяет Навигационная обсерватория в Вашингтоне. Для определения точного времени используются специальные часы. В этой обсерватории используются часы на кварцевых кристаллах, колебания которых контролируют работу электрического механизма часов. Погрешность этих часов в сутки составляет лишь 1/500 секунды.
Называя точное время, англичане добавляют к цифрам две буквы латинского алфавита: A.M. или P.M., — которыми они указывают, имеется ли в виду время до полудня или после полудня. Знаете ли вы, какие латинские слова скрываются за этими буквами и что они обозначают? Как известно, вращение Земли создает иллюзию, что Солнце и другие небесные тела движутся по небу. И мы говорим, что день начинается, когда солнце «встает» на востоке, и кончается, когда оно «садится» на западе. А нахождение солнца высоко в небе, между этими двумя положениями, означает, что прошла половина дня.
По положению солнца в небе уже древние люди могли определять время дня. А ночью это делалось поположению звезд. Для определения времени очень важно знать в точности, когда будет (или уже был) полдень. Для каждого из нас, где бы мы ни находились, полдень — это когда солнце стоит прямо над головой. Представьте себе воображаемую линию, меридиан, проведенный по небу начиная с северной точки вашего горизонта и кончая южной точкой. Когда Солнце пересекает этот ваш меридиан, наступает полдень. Пока Солнце находится восточнее этой линии меридиана, длится дополуденное время.
После того, как Солнце пересекает этот меридиан, наступает послеполуденное время. По-латыни полдень называется «меридиес», и от этого слова произошло слово меридиан. Сокращение A.M. расшифровывается как «анте меридием», что означает «до полудня», a P.M. — «пост меридием», то есть «после полудня». Каждый из временных поясов Земли имеет ширину в пятнадцать градусов долготы, что примерно равняется тому расстоянию, которое солнце проходит по небу за час.
Все люди, живущие в одном временном поясе, наблюдают полдень в одно и то же время. Поэтому поясное время изменяется на час, когда вы передвигаетесь из одного временного пояса вдругой.
Первыми людьми, принявшими год в качестве единицы измерения времени и разделившими его на приблизительно равные части, были древние египтяне. Они создали лунный (месячный) календарь, в основу которого было положено появление новой луны каждые двадцать девять — тридцать дней. Но этот календарь был не совсем точным.
Римляне тоже приняли лунный календарь, и, чтобы согласовать его с солнечным годом, они по необходимости должны были добавлять дополнительные месяцы. В конце концов Юлий Цезарь утвердил календарь, принимающий долготу солнечного года за 365 дней. Были сделаны некоторые изменения в единицах, на которые делился год, — месяцах — чтобы добиться большей точности календаря. Вот какие изменения относительно месяцев были сделаны Цезарем и другими римскими императорами.
Январь раньше был одиннадцатым месяцем и имел двадцать девять дней. Цезарь сделал его первым месяцем года и увеличил его до тридцати одного дня. В его календаре февраль имел двадцать девять дней, а в високосные года — тридцать. Император Август забрал у этого месяца один день и прибавил его к месяцу, названному в его честь августом. Количество дней в марте всегда равнялось тридцати одному.
Апрель как лунный месяц имел двадцать девять дней. Цезарь добавил к нему еще один день и получил тридцать.
В мае всегда был тридцать один день, и это осталосьбез изменения.
В июне было двадцать девять дней, и Цезарь сделал тридцать.
Длительность июля (этот месяц был назван в честь Юлия Цезаря) он установил тридцать один день.
Когда август был лунным месяцем, в нем было двадцать девять дней. Цезарь увеличил его до тридцати. Император Август, который назвал этот месяц в свою честь, добавил к нему еще один день, отобранный у февраля, чтобы сделать его равным июлю, названному в честь Юлия Цезаря.
В сентябре было двадцать девять дней, когда он был месяцем лунного года. Цезарь увеличил его до тридцати одного, но Август сократил его до тридцати дней.
Октябрь, имевший в юлианском календаре тридцать дней, был увеличен Августом до тридцати одного дня.
В ноябре, согласно юлианскому календарю, был тридцать один день, а Август сократил его до тридцати.
Первоначально в декабре было двадцать девять дней, Цезарь сделал тридцать, а потом Август добавил еще один день, доведя их число до тридцати одного. Чтобы календарь был удобным, надо исходить из предпосылки, что общее количество дней в году — триста шестьдесят пять. Количество дней в месяцах, как вы видите, было произвольно установлено сначала Юлием Цезарем, а затем — Августом. Наш календарь мы позаимствовали у римлян.
При рекламе часов обычно упоминается количество камней в них, как гарантия их качества. Что же это за «камни» в часах и зачем они там? Часы (наручные, стенные и пр.) нужны нам, если они ходят точно и не ломаются постоянно. В среднем в часах имеется около двухсот одиннадцати различных деталей, и, очевидно, это весьма сложный механизм.
Давайте посмотрим, что же заставляет часы ходить и какую роль в этом играют камни. Механическую энергию, необходимую для своего хода, часы получают от главной пружины, которая является свернутой стальной лентой, в расправленном состоянии имеющей длину около шестидесяти сантиметров. Когда вы заводите часы, вы плотно закручиваете эту пружину. От главной пружины энергия передается через систему колесиков, называемую зубчатой передачей, на колесо, называемой балансом. Эта система колес двигает стрелки часов по циферблату.
Баланс выполняет те же функции в наручных часах, что и маятник — в настенных. Это — сердце часов, регулирующее их ход. Внутри баланса находится волосковая пружина, представляющая из себя свернутую кольцами стальную проволоку, тонкую, как волос. Из полкилограмма стали нужной марки можно сделать целых 12 километров такой проволоки! По краю баланса расположены маленькие винтики из стали или из золота. Их положение и вес регулируют скорость движения стрелок часов. Они настолько малы, что в обычный наперсток можно поместить целых двадцать тысяч таких винтиков! Еще в часах есть пусковое колесо, которое, соединяясь с балансом, заставляет его двигаться. Оно регулирует движение, и именно от него и исходит звук, который мыназываем «тиканьем».
Мы упомянули различные колесики, которые постоянно движутся в часовом механизме. Они располагаются на стерженьках, и постоянное движение колес вызывает трение. Чтобы не стираться при этом, стерженьки укреплены на крохотных драгоценных камнях, таких, как рубин, сапфир или гранат. Это и есть камни часов. Чем больше камней, тем меньше вероятность того, что под действием сил трения движущие детали часов будут изнашиваться, в результате чего часы будут «отставать».
Ответ на этот вопрос: «Да, но…» Человек может делать искусственные алмазы, но не рассчитывайте, что в скором будущем их у нас будет навалом. Когда вы поймете, каково было матушке-природе делать алмазы, вы согласитесь, что это далеко не легкая работа. Образование естественных алмазов началось около ста миллионов лет назад, когда Земля только начинала остывать. В те времена под земной корой находились раскаленные массы жидких горных пород. Эти массы подвергались воздействию таких температур и такому давлению, что в веществе, известном нам как уголь, менялась кристаллическая решетка. Именно так и получается алмаз — самое твердое из веществ, известных человеку — изменением кристаллической решетки угля. Поскольку алмазы представляют собой большую ценность для человека, естественно, были предприняты попытки производить их искусственным путем, то есть делать синтетические алмазы.
Честь первооткрывателей в этой области, считалось, принадлежит трем разным людям, работавшим над проблемой относительно недавно. Первым достиг успеха англичанин Д. Б. Хэнней в 1880 году, вторым — Анри Муассан во Франции (1893), третьим — сэр Уильям Крукс, тоже в Англии (1906). Метод Муассана заключался в следующем: уголь растворялся в расплавленном железе в электрической печи. Потом расплавленное железо погружалось в соляной раствор.
Охлаждение и сжатие верхнего слоя создавали сильнейшее давление на находящийся внутри расплавленный материал. И при этом, считалось, должны получаться алмазы. Но при повторении опытов этих людей никаких алмазов не получалось. Поэтому теперь считается, что первый синтетический алмаз был получен в 1954 году на специальном прессе, в котором уголь подвергался действию температуры в 2800 градусов по Цельсию и давлению в 56 245 килограммов на квадратный сантиметр.
Первые из получившихся алмазов были желтого цвета, а самые большие были немногим больше полутора миллиметров в длину. Синтетические алмазы обычно несовершенной формы и пока используются больше для производства режущих инструментов, чем в качестве украшений. Но когда-нибудь человеку, может, и удастся сделать действительно совершенный алмаз!
Если вы пропустите солнечный луч через стеклянную призму, то увидите, что он превратится в радугу цветов, называемую спектром. Он состоит из всех тех цветов, которые вместе образуют так называемый белый свет. Но хотя вы, вероятно, сможете различить шесть или семь цветов, белый свет в действительности состоит из трех основных цветов. Эти цвета называются первичными, потому что они не могут быть получены комбинациями из других цветов.
Первичными цветами считаются оранжево-красный, зеленый и фиолетово-голубой. Другие цвета, которые вы видите в радуге спектра, являются соединением первичных цветов. Посмотрев на спектр даже невооруженным глазом, можно легко увидеть три смешанных цвета, которые называются вторичными: зелено-голубой, желтый и красный. Вы можете получить эти цвета, смешав в определенных комбинациях первичные цвета. Но помните, что мы говорим о свете. Краски для рисования являются твердыми веществами, то есть прямой противоположностью световым цветам. Вторичные световые цвета являются первичными цветами красок. Это значит, что среди красок первичными цветами являются желтый, зелено-голубой и красный. Смешивая эти краски, вы можете получить все остальные.
Существует много других способов классификации красок. Яркие цвета, полученные без помощи черной или белой красок, называются чистыми цветами. Желтый, красный, голубой и зеленый — это чистые цвета. Цвета, полученные при смешении чистых цветов с черным цветом, называются цветными тенями. Темно-коричневый цвет — это цветная тень. Цвета полученные при смешении их с белым цветом, называются оттенками. Розовый цвет, цвет слоновой кости — это оттенки. Цвета полученные при смешении чистых цветов с черным и белым, называются тонами. Рыжевато-коричневый, цвет беж и серый — это тона.
Вот еще один интересный факт о цвете. Как вы думаете, какой цвет имеет красная краска перед тем, как вы откроете коробку? Она выглядит не красной, а черной! Это происходит из-за того, что там, где нет света, нет и цвета. В темной комнате такого явления, как цвет, не существует. Цвет предмета зависит от материала, из которого он сделан, и от света, в котором мы этот предмет рассматриваем: например, красно-оранжевый свитер выглядит таковым, потому что краска шерсти отражает красно-оранжевую часть светового спектра. Фиолетово-голубая и зеленая части спектра поглощаются материалом свитера. Отражаются только оранжево-красные лучи, их-то вы и видите.
Одни предметы кажутся на ощупь горячими, другие — холодными. Иногда воздух кажется нам раскаленным, иногда — прохладным. Почему это так? Согласно современной теории, тепло получается в результате движения молекул и атомов. Например, молекулы, из которых состоит воздух, способны свободно двигаться, натыкаясь друг на друга и на различные предметы на своем пути. Так вот, эти молекулы могут двигаться быстрее или медленнее. Если они двигаются быстро, мы говорим, что температура воздуха высокая и что воздух горячий. Если они двигаются медленно (как бывает в холодный день), мы ощущаем, что воздух холодный. Что касается жидких и твердых веществ, то атомы и молекулы в них хотя и не могут передвигаться свободно, но все же способны ускорять свое движение.
Например, в горячем железном кубике атомы совершают около миллиона движений в секунду, то есть движутся чрезвычайно быстро. Если вы притронетесь кончиком пальца к этому кубику, вы почувствуете боль, потому что молекулам вашей кожи при внезапном и резком соприкосновении с быстро движущимися частицами железа передалось это движение. Действительно ли молекулы движутся? Многочисленные эксперименты полностью подтверждают это.
Действительно, под микроскопом можно увидеть, как крохотные частички материи в капле воды постоянно вздрагивают под ударами миллионов невидимых движущихся молекул. Средняя скорость движения молекулы кислорода при температуре таяния льда равняется примерно четыремстам двадцати метрам в секунду, а молекулы водорода — в четыре раза быстрее. В пятнадцати кубических сантиметрах воздуха каждую секунду происходят тысячи миллиардов столкновений между молекулами! Тепло и температура — это не одно и то же. Тепловая энергия, которую содержит в себе тело, зависит от энергии движения его молекул и атомов. Количество тепла измеряется в калориях.
Калория равняется количеству тепла, которое требуется для того, чтобы подогреть один грамм воды на один градус по Цельсию. А температура тела показывает, до какой степени, или «градуса», эта тепловая энергия его подогрела. Самая низкая возможная температура — 273 градуса ниже нуля по Цельсию. Ученые считают, что при такой температуре молекулы перестают двигаться, то есть находятся в состоянии покоя.
Ответом на этот вопрос является само определение огня. Огонь сопровождает горение — быстро протекающую реакцию, при которой выделяется тепло и свет. Существует несколько видов химических реакций, которые могут иметь результатом явление, которое мы называем огнем. Самая обычная из них — реакция между кислородом и топливом. Если в результате ее выделяется тепло и свет, мы получаем огонь. Чтобы развести огонь, необходимы три вещи.
Первое — это горючее, второе — кислород. Горючее быстро начинает соединяться с кислородом. Когда в костре горят дрова или в плите горит газ, происходит энергичное взаимодействие между топливом и содержащимся в воздухе кислородом. Третья вещь, необходимая нам для разведения огня, — это тепло. Бумага или дерево не могут загореться просто от одного воздействия на них воздуха. Обычно для этого нужна зажженная спичка. Когда бумага нагревается достаточно сильно, кислород начинает активно вступать с ней в реакцию, — и бумагу охватывает пламя.
Каждый вид топлива может загореться лишь при определенной температуре. Она называется температурой его возгорания. Представьте себе деревянную палочку, нагреваемую до температуры возгорания при помощи горящей спички. Она охватывается пламенем не вся. Причина этого состоит в том, что кислород не соприкасается с палочкой в целом, а только с верхним ее слоем, превращающимся под действием жара в газообразное вещество. Поскольку нагрев продолжается, частички газа и кислород в воздухе двигаются очень быстро. В этих условиях газовые и кислородные частицы соединяются очень легко и быстро. Выделяется тепло и свет: мы получили огонь.
При некоторых видах горения никакого света не выделяется. Если топливо реагирует с кислородом медленно, выделяется одно лишь тепло. Это происходит, например, когда ржавчина съедает железо. Ржавление — это всего лишь очень медленная форма горения, настолько медленная, что вы даже не можете почувствовать тепла, выделяемого при этом. Огонь — это быстрое горение, или воспламенение, а при воспламенении выделяется и тепло, и свет.
Мы настолько привыкли к тому, что термометры состоят из тоненькой трубки, заполненной ртутью, что редко задумываемся о том, зачем нужна эта ртуть в этой трубке, то есть как этот прибор работает. Термометр, или градусник, — это просто прибор для измерения количества тепла. Его принцип работы втом, что тепло способно влиять на различные вещества, изменяя их. Мы наблюдаем за изменениями, происходящими с веществом, и считаем, что они произошли под воздействием определенного количества тепла. Ртуть используется в градусниках по той простой причине, что она очень быстро реагирует на повышение температуры. Расширение этого материала происходит равномерно, и это очень хорошо заметно.
В современных ртутных градусниках тепло заставляет ртуть расширяться, верхняя отметка ее начинается двигаться вверх по узкой стеклянной трубке, а шкала на термометре показывает нам, насколько высоко она поднялась. Спирт, например, тоже может быть использован в градусниках. Но использование его ведет к определенным проблемам. Он легко закипает, и поэтому от спирта мало проку при измерении высоких температур. Но зато он очень удобен для измерения чрезвычайно низких температур. Есть и другие типы термометров, которые обходятся вовсе без жидкостей. Вместо них используются, например, два металла. Железную и латунную пластинки соединяют, скрутив в пружину. Один конец этой пружины зафиксирован, а другой снабжен стрелкой-указателем и может свободно двигаться. Эти металлы расширяются и сжимаются по-разному.
При изменении температуры пружина закручивается и раскручивается, и эти движения перемещают указатель по круглой градуированной шкале. Прикрепив пишущее устройство к указателю и снабдив градусник вращающейся бумажной лентой, мы получим термометр, который будет записывать сведения об изменениях в температуре сколь угодно длительный период времени.
Падающее тело — это ничем не поддерживаемое тело, притягиваемое к поверхности Земли силой гравитации. Гравитация — это сила, с которой Земля притягивает к себе другие предметы. При отсутствии сопротивления воздуха тела падают в соответствии с законом, известным, как закон свободного падения, впервые сформулированным знаменитым итальянским ученым Галилеем в шестнадцатом столетии.
Галилей провел в своей лаборатории множество опытов с падающими телами. На основании этих экспериментов он вывел этот закон: в безвоздушном пространстве скорость падающего тела зависит только от высоты падения и не зависит он его массы. Чем дольше тело находится в свободном падении, тем быстрее оно движется. Когда какое-нибудь тело увеличивает скорость, мы говорим, что оно получило ускорение. Ускорение свободно падающего тела равняется 9,8 метрам в секунду. Это означает, что за каждую секунду падения тело увеличивает скорость своего падения примерно на десять метров в секунду.
После первой секунды падающее тело имеет скорость 9,8 метров в секунду. После первых двух секунд его скорость становится 9,8 плюс 9,8 метров, то 19,6 метров в секунду и так далее. Проходя через слой воздуха, падающее тело не может набирать скорость в такой прогрессии. Оно может набрать лишь определенную скорость. В виду сопротивления воздуха существует предел скорости падающего предмета. Это истинно даже для самых тяжелых предметов. Они получают ускорение при начале падения, но одновременно наращивается и сопротивление воздуха. Вскоре оно уравновешивает силу гравитации. С этого момента ускорение падения тела перестает нарастать. Оно достигает своей «конечной скорости» и не изменяется до конца падения.
Воздушный шар — это самый простой воздухоплавательный аппарат. Обычно он состоит из легкого сферического или цилиндрического «мешка», сделанного из бумаги, резины, шелка или прорезиненного материала, содержащего внутри горячий воздух, водород или гелий. К шару может быть прикреплена при помощи веревок или сетки корзина, или гондола, в которой перевозят пассажиров и грузы. Шар плавает в воздухе по той же причине, по которой рыба плавает в воде. Каждый из них вытесняет из воды или воздуха, окружающих их, массу больше их собственной.
Пока шар и его снаряжение весят меньше, чем вытесненный воздух, он будет подниматься. Если он потеряет какую-то часть поднимающего его газа и его масса увеличится, он начнет падать. В качестве поднимающего газа используют горячий воздух, водород или гелий, потому что все они легче обычного атмосферного воздуха. Отпущенный на свободу шар будет подниматься до тех пор, пока вес вытесняемого воздуха не уравняется с его собственным.
Чтобы изменить высоту полета, воздухоплаватель должен либо уменьшить поднимающие его силы, чтобы опуститься, либо уменьшить его вес, чтобы подняться. Чтобы спуститься, он должен выпустить немного газа через клапан наверху шара. Чтобы подняться выше, он должен выкинуть за борт часть груза (балласта). Поскольку ни балласт, ни газ нельзя восполнить во время полета, очевидно, что возможности воздухоплавателя управлять полетом шара сильно ограничены. В лучшем случае он может опускаться и подниматься лишь более или менее короткий промежуток времени, в зависимости от величины шара.
Поднявшись ввысь, шар попадает в полную зависимость от ветров. В полете шаром практически невозможно направлять. Он может лишь плыть по ветру, и по этой причине от него очень мало пользы как от транспортного средства. В наши дни воздушные шары в основном используются для исследования верхних слоев атмосферы. Во время войны они использовались как воздушные пункты наблюдения, а также из них сооружали своего рода воздушные заграждения (нечто вроде воздушных заборов) для защиты городов от налетов бомбардировщиков.
Чтобы понять это, мы сначала должны разобраться в том, какие силы позволяют самолету держаться в воздухе. Так как самолет весит больше, чем такой же объем воздуха, ему требуется сила, поддерживающая его в воздухе. Она называется силой подъема. Самолет развивает эту силу, стремительно двигаясь вперед и преодолевая сопротивление воздуха. Почему это движение создает подъемную силу? Благодаря тому, что в процессе его воздушные массы обтекают крылья. Воздух, рассеченный аэропланом, проходит над и под крыльями. Та его часть, что проходит под крыльям, толкает самолет вверх. Крыло имеет выпуклую форму на верхней стороне, и воздух, огибая эту выпуклость, в этих точках создает зону пониженного давления.
Таким образом, возникают две силы, действующие одновременно: воздух под крыльями толкает самолет вверх, а пониженное давление над крыльями способствует этому движению. В результате получаетсяподъем. Чтобы двигаться вперед, самолету требуется сила двигателя. Пропеллеры ввинчиваются в толщу воздуха точно так, как шуруп — в дерево. Этот эффект становится возможен благодаря тому, что воздух при быстром движении сквозь него, равно как и при быстром движении самого воздуха, начинает действовать как плотная среда. Это движение вперед называется тягой. Тяга преодолевает сопротивление воздуха, подъемная сила — силу гравитации — и самолет летит по воздуху. Пока подъемная сила уравновешивает силы гравитации, самолет движется все прямо на одном и том же уровне.
При увеличении скорости самолет устремится ввысь, так как подъемная сила увеличилась, и пилоту необходимо немного опустить нос самолета, чтобы противодействовать этой силе. Если скорость снижается, пилот должен поднимать нос самолета немного вверх. Если этого не делать, происходит срыв воздушного потока вокруг крыльев, самолет теряет подъемную силу и, соответственно, скорость, рискуя войти вштопор. Если срыв потока происходит высоко в небе, этой высоты хватает, чтобы выровнять самолет и вновь набрать скорость, но если это произойдет невысоко над землей, катастрофа неизбежна.
Путешествуя по земле, вы не заблудитесь, если знаете, куда ведет дорога, по которой вы идете. Да и путешествуя на корабле, если вам виден берег, вы легко сможете определить свое местоположение, узнавая холмы, реки, горы, леса, пляжи и так далее. В давние времена моряки предпочитали держаться примерно на расстоянии трех—четырех километров от берега, так что им всегда было видно землю. Люди, отваживавшиеся выйти в открытый океан, подвергались большому риску, потому что у них не было надежных способов определения своего местоположения. Позднее такой способ был найден, и моряки получили возможность определять, где они находятся, узнавая широту и долготу этого места.
Широта говорит вам, на каком расстоянии к северу илиюгу от экватора находится это место.
Долгота показывает, насколько это восточнее или западнее воображаемой линии, проходящей через Гринвич. Измерения этих показаний даны в градусах. Чтобы определить широту и долготу вморе, штурман смотрит на положение звезд и Солнца. Днем он узнает широту, определив, как высоко поднимается Солнце в полдень. Ночью он делает это, определяя высоту ночных светил. Долгота определяется сравнением времени на борту со временем в Гринвиче (Англия). Если время на корабле более раннее, это значит, что вы находитесь западнее Гринвича; если более позднее — значит, восточнее. Каждый час разницы во времени равняется пятнадцати градусам к западу или востоку.
Секстант — это прибор, используемый штурманом для определения положения Солнца, Луны, планет и некоторых звезд. Секстант имеет форму куска круглого пирога, с градуированной шкалой на его закругленной части. Один конец стрелки-указателя прикреплен к верхней точке секстанта, так же, как и подвижное зеркало. Другой конец указывает на шкалу. Также к секстанту пристроен телескоп и зеркальное стекло перед ним. Штурман глядит на горизонт через телескоп и это зеркало и двигает зеркало до тех пор, пока отражение наблюдаемого светила не попадет на него, как бы коснувшись горизонта. Свободный конец стрелки укажет на шкале высоту наблюдаемого светила.
Когда высокие горы упоминаются в газетах или книгах, нам обычно сообщают их точную высоту в метрах. Откуда же люди могут знать точную высоту горы, особенно если ни один человек на нее еще не забирался? Это делается при помощи одной из самых старых методик, которой издавна пользовались землемеры, или, как их теперь называют, геодезисты. Геодезия — это отрасль строительного дела. Она связана с определением форм и размеров любой из частей земной поверхности.
Существуют различные виды геодезической съемки, но все они основываются на методе, известном как «триангуляция». Когда вы будете заниматься геометрией, вы узнаете, что, зная одну сторону и два угла любого треугольника (или две стороны и один угол), можно вычислить все остальные его параметры. Этот метод остается в основе таким же вне зависимости от размеров измеряемой площади — будь это один или тысяча гектаров. В любом случае вы начинаете с измерения одной из сторон при помощи цепи, стальной проволоки или чего-нибудь в этом духе. Эта мера становится одной из сторон треугольника, и обычно это ровное место между двумя природными ориентирами на одном уровне.
Затем выбирается третий ориентир, и он становится вершиной треугольника.
Затем вы измеряете углы, которые он образует с каждым из концов первой измеренной вами линии. Теперь у вас есть все условия, необходимые для измерения площади треугольника, описанные выше (одна сторона и два угла).
Прибор для измерения углов называется транспортиром. Теперь, когда у вас есть площадь этого треугольника, вы продолжаете делить ваш участок земли на треугольники до тех пор, пока не измерите весь этот участок.
Транспортиром можно измерять углы не только на горизонтальном уровне, но и по вертикали. Это называется нивелированием, так как в основании инструмента для этой операции лежит ватерпас (нивелир), с помощью которого определяется, насколько ровна горизонтальная поверхность. Фиксируя взгляд на любой точке горы, можно использовать тот же способ измерения углов, что используется на горизонтальном уровне, и вычислить одну из сторон, которая является в данном случае высотой горы.
Ученые, изучающие море, называются океанографами. Поскольку глубины океана темны и холодны, ученые знают о них не так уж и много. Некоторые части океанского дна изучались лишь через иллюминаторы исследовательских подводных лодок и через окуляры батискафов, сделанных специально для изучения глубин моря, но все равно этой информации явно недостаточно. Одна из интересующих океанографов проблем — это глубина океана. Измерение ее называется «прослушиванием глубины».
В старину измерение делалось при помощи веревки с привязанным к ней грузом, которую опускали в воду. Позже для этого стали использовать очень тонкую проволоку, типа той, из которой делаются фортепьянные струны. В наши дни ученые могут составить гораздо более точное представление о глубине океанского дна при помощи одного изобретения, называемого эхолотом. В нем для исследования океанского дна используется эхо. Устройство, установленное на борту корабля, посылает звуковой сигнал. Звук проходит сквозь толщу воды со скоростью около одной мили в секунду. Он отражается ото дна и улавливается на обратном пути специальным прибором.
Чем глубже вода, тем больше времени требуется для эха, чтобы достичь борта корабля. Современный эхолот посылает ко дну ультразвуковые волны. Потом приборы регистрируют эхо в виде черной линии на листе специальной бумаги. Обычно эта бумага содержит в себе расшифровку этих знаков в морских саженях (морская сажень равна 1,8 метра). При помощи эхолота можно легко определить глубину моря. Но прибор может сделать не только это. Он может в подробностях нарисовать линию морского дна под кораблем, если прослушивать дно через каждые несколько метров по ходу корабля.
Если корабль проходит над подводной лодкой, эхолот регистрирует ее точную форму. Если дно ровное, эхолот таким же его и изобразит. Эхолот не пропустит даже маленькой неровности дна высотой меньше метра!
Акваланг — это современное приспособление для погружения на глубину. Он дает возможность ныряльщику дышать под водой, не завися при этом от подачи воздуха с корабля. Аквалангист носит свой собственный запас воздуха с собой прикрепленным к спине. Он — свободный водолаз. Запас воздуха в сжатом виде находится в одном (или более) стальном баллоне акваланга. От клапана отходит трубка, ведущая ко рту. Она сделана таким образом, что ныряльщик может держать ее, зажимая зубами. Нос закрыт маской, и аквалангист дышит одним ртом. С аквалангом на спине и специальным тяжелым поясом, удерживающим его под водой, человек может плавать почти так же свободно, как рыба.
При плавании используются большие ласты на ногах, чтобы обходиться без помощи рук, освобождающихся, таким образом, чтобы держать камеру или гарпун. Если не погружаться на большую глубину, аквалангист может оставаться под водой полчаса и даже больше. Но даже самый современный акваланг не позволяет человеку опуститься глубже, чем на сто метров. На такой глубине тяжесть толщи воды оказывает давление в десять раз большее, чем на поверхности. Воздух в баллонах расходуется в десять раз быстрее, так что даже очень больших баллонов хватает всего на несколько минут.
Есть еще одна проблема, связанная с погружением на очень большие глубины. Сжатый воздух в баллонах состоит, как и атмосферный воздух, на четыре пятых из азота и всего на одну пятую из кислорода. Для поддержания жизни нам необходим кислород. Обычно вдыхаемый нами азот мы тут же выдыхаем обратно. Но в условиях увеличивающегося давления воздуха часть азота растворяется в крови и тканях.
Когда аквалангист поднимается наверх, азот должен выйти из его крови и тканей. Если он не может достаточно быстро покинуть организм через легкие, он начинает превращаться в теле с маленькие пузырьки. Пузырьки защемляют нервы и закупоривают кровеносные сосуды, и у аквалангиста начинается кессонная болезнь, сопровождающаяся страшными болями. В результате тяжелых случаев кессонной болезни человек может умереть или остаться инвалидом на всю жизнь. Именно поэтому аквалангист должен подниматься на поверхность очень медленно, если он находился на глубине от шестидесяти до ста метров. Во время подъема он должен делать частые остановки.
Во-первых, зачем нужно делать воду питьевой? Почему мы не можем ее пить такой, какой она бывает в природе? Причина состоит в том, что в наши дни вряд ли можно найти действительно чистую воду. Самый чистый источник воды — это снег, следующей по степени чистоты идет дождевая вода, но в ней уже можно обнаружить растворенные газы из воздуха и следы углекислоты, хлоридов, сульфатов, нитратов и аммиака. Даже вода горных ручьев и озер может содержать в себе неорганические соли. Вода рек и озер в низменностях обычно очень сильно загрязнена.
Родниковая и колодезная вода профильтровывается землей, и поэтому она вполне чистая, но в ней тоже могут содержаться неорганические соли. Выходит, что любая вода, которую мы пьем, должна быть в той или иной степени предварительно очищена. Существует много способов для этого. Один из них — это просто отстой. Когда вода хранится в резервуаре, происходят некоторые процессы. Твердые вредные вещества оседают на дно, то есть идет процесс, называемый химиками выпадением в осадок. Также во время отстоя обезвреживаются многие бактерии. Но метод отстоя не гарантирует полной очистки.
Для лучшего выпадения в осадок вредных веществ в воду добавляют химикаты. Вдобавок воду можно подвергнуть аэрации, чтобы устранить привкусы и запахи и растворенные в ней газы. Уже давно было обнаружено, что если воду профильтровать, пропустив через песок, то можно очистить ее не только от грязи, но и от почти всех бактерий. Были разработаны различные методы фильтрации воды при помощи песка, в том числе на большой скорости.
Общепринятый метод очистки воды — дешевое, быстрое и эффективное хлорирование. На четыре миллиона литров воды добавляется два килограмма хлорки. Этого вполне достаточно, чтобы уничтожить большую часть опасных бактерий, содержащихся вводе.
В наше время миллионы людей следят за своим весом, потому что они понимают, что в большинстве случаев излишняя полнота вредит здоровью. Поэтому они неустанно «подсчитывают калории». Это означает, что они выясняют, сколько содержится калорий в различных типах пищи и стараются употреблять высококалорийные продукты как можно меньше. Конечно же, соблюдение всех диет и «подсчет калорий» должны проводиться под наблюдением врача. Но какое же отношение имеют калории к весу и здоровью человека?
Давайте же рассмотрим, что такое калория. Если две одинаковые кастрюли с водой поставить на одинаковый огонь на плите, вода в кастрюле, где ее меньше, достигнет температуры кипения первой. Хотя вода в обеих кастрюлях закипает при одинаковой температуре, кастрюле с меньшим количеством воды требуется меньше тепла, чем кастрюле с большим количеством, чтобы вода закипела. Количество тепла, необходимое для того, чтобы повысить температуру одного грамма воды на один градус по Цельсию, называется грамм-калорией. Килокалория — в тысячу раз большая единица тепла.
Откуда появляется это тепло? Оно появляется в результате сгорания того или иного горючего. На кухне, например, мы используем как горючее газ. Наше тело использует в качестве «горючего» пищу, сжигая ее для того, чтобы нормально функционировать. Если мы хотим измерить нашу пищу как «горючее», мы делаем это в калориях, которые являются мерой тепла. Энергетическая ценность пищи обычно измеряется в килокалориях. Различные продукты содержат в себе разное количество калорий. Например, в одном грамме белка содержится четыре калории. А в одном грамме жира — целых девять калорий! Человеческому организму все равно, откуда черпать свои калории, лишь бы их хватало для нормального функционирования.
А сколько же их нужно организму? Считается, что среднему взрослому в день требуется от двух до трех тысяч калорий. Но многое зависит от того, чем занимается человек. Домашней хозяйке требуется всего две с половиной тысячи калорий, рабочему на заводе — три-четыре тысячи, а спортсмену-атлету — четыре тысячи и даже больше. Что происходит, если человек получает калорий больше, чем требуется организму? Пища не сгорает, а вместо этого превращается в жир. И именно поэтому многие люди теперь под наблюдением врача «считают калории».
Французское слово «кутюрье» обозначает человека, придумывающего и разрабатывающего изысканные модели одежды для женщин. Эти люди создают новые стили и силуэты. Еще мы их называем модельерами. Работы знаменитых модельеров копируются по всему миру. Традиционный центр мировой моды — Париж. Но в последнее время большое влияние на разработку новых стилей оказывают английские модельеры, равно как и некоторые модельеры из Соединенных Штатов и Италии. Французские модельеры хранят в тайне все свои новые фасоны до тех пор, пока они не будут показаны публике. После этого снимки с новыми моделями появляются в газетах и журналах по всему миру.
Люди из многих стран приезжают в Париж, чтобы купить одежду и взять себе на заметку новейшие идеи в этой области. В январе они приезжают посмотреть весенние моды, а в июле — чтобы увидеть осенние фасоны. Многие промышленники, занимающиеся пошивом одежды, приезжают из других стран и покупают оригиналы последних моделей знаменитых французских модельеров. Они отправляют их в собственные мастерские и точка в точку копируют их, а потом ставят модель на поток и производят в огромных количествах. Именно поэтому у себя в городе вы тоже можете купить вещи самых последних фасонов, не платя за них очень больших денег. Некоторые промышленники используют парижские фасоны в качестве основы для разработки собственных моделей. Другие используют лишь идею французской моды, развивая свой оригинальный стиль.
Лондон превратился в один из самых влиятельных международных центров моды. Британские модельеры создают новые фасоны и показывают свои коллекции. Представители всевозможных модных магазинов совсего мира съезжаются в Лондон, чтобы купить эти модели. После того, как модели отобраны, за дело берутся швейники и выполняют заказ, закупая нужную материю и ставя производство этой одежды на поток. Потом их продукция поступает в разные города по всему миру.
Как и многие косметические средства, используемые в наши дни, различные виды губной помады разрабатываются в химических лабораториях. Каждый компонент, входящий в ее состав, имеет определенное назначение, и их сочетание описывается очень сложной формулой. Основные компоненты губной помады — это касторовое масло и различные восковые мази. Также туда добавляют масло какао, ланолин, минеральные масла, вазелин и другие химические вещества.
Красящее вещество, придающее помаде определенный цвет, естественно, тоже является важным компонентом. Масла и воски сплавляются вместе, и в эту смесь втирается краска. Потом вся масса снова растапливается и заливается в формы, где и твердеет. Помада делается таким образом, что при прикосновении ее к губам она размягчается, делая возможным нанесение ее на губы ровным слоем. Женщины начали пользоваться косметикой с незапамятных времен. Возможно, родина косметики — Восток, и в древности это искусство достигло наибольшего расцвета в Египте. Там различные виды косметики использовались уже шесть тысяч лет назад.
При Клеопатре искусство косметики получило новый подъем. В те времена основное внимание обращалось на глаза. При дворе царицы женщины подводили свои глаза зеленым цветом, а веки, ресницы и брови красили черным. Ногти, ладони рук и ступни ног красили хной. В Библии много раз упоминается использование косметики женщинами. Например, когда Ииуй прибыл в Изреель, Иезавель прослышала об этом и накрасила свое лицо…
В Риме во времена Нерона косметика и духи использовались очень широко. Вот некоторые из видов косметики, существовавшие уже в те времена: свинцовые белила и мел, чтобы осветлять кожу, тени для век и краска для ресниц, румяна для щек и краска для губ (своего рода предшественница нашей губной помады), ячменная мука и масло в качестве лечебной маски для лица и пемза для чистки зубов. Еще у них был мыльный состав для осветления волос.
В Англии около четырехсот лет назад женщины принимали всякого рода ванны, чтобы улучшить свою кожу. Говорят, что королева Шотландии Мария Стюарт купалась в вине, а другие женщины в те времена принимали молочные ванны.
Кружево — это воздушная, тонкая ткань, сделанная из тонких нитей, связанных в определенный рисунок. Кружева обычно используют, чтобы украсить разные предметы нашей одежды и то, чем мы пользуемся в быту. Кружева бывают ручной и машинной вязки. Впервые кружево ручной работы, вероятно, было сделано в Италии в середине XVI века. Вскоре после этого кружева стали делать во Франции. В наше время кружева ручной работы делают в основном в Италии и Бельгии. Кружева машинной вязки производятся в основном в Англии, Франции и в Соединенных Штатах.
Рукодельные кружева обычно делаются двумя способами: при помощи иглы или при помощи коклюшек. Игольное кружево делается следующим образом: на толстую бумагу с подложенной под нее тканью наносится рисунок и затем пришивается длинными стежками в качестве основы, на которой кружевница работает иголкой с единственной нитью, вышивая рисунок петлевыми стежками. Когда работа закончена, кружевница убирает длинные стежки и снимает кружево с рисунка на бумаге.
Коклюшечное кружево делается при помощи огромного количества ниток, каждая из которых намотана на коклюшку (катушку). Узор наносится на бумагу, а бумага прикалывается к матерчатому валику. Потом в валик втыкаются булавки, чтобы удерживать на месте нити, пока делается кружево. Кружево плетется при помощи двух коклюшек в каждой руке. Их перемещают из стороны в сторону, скрещивая нити. По мере продвижения работы булавки переставляются все дальше и дальше.
Кружева шантильи — это коклюшечное кружево с изображением вьющихся виноградных лоз или веточек на сетчатом фоне. Его часто используют для украшения вечерних платьев и фаты для невесты.
Кружево клюни — это коклюшечное кружево с более простым рисунком, используемое обычно для отделки детских платьиц и постельного белья.
Вышивка — это искусство шитья декоративными стежками по материалу. Это очень древнее искусство. Остатки вышитых одежд были найдены при археологических раскопках развалин ассирийских и персидских городов. В Ветхом Завете описывается красота вышивок на праздничных одеждах иудеев в библейские времена. В средние века вышивка достигла больших вершин.
Великие итальянские и голландские художники рисовали заготовки для гобеленов, на которых вышивались картины на библейские сюжеты. Знатные женщины в своих замках часами расшивали наряды для особо торжественных случаев и покрывала для церковного алтаря. Одна из самых известных средневековых вышивок — это Байокский гобелен с изображением битвы при Гастингсе. Все воины, кони, грифоны, фениксы и чудовища, изображенные на нем, вышиты шерстяными нитями восьми оттенков на льняном полотне семидесяти метров в длину и почти пятидесяти пяти сантиметров в ширину.
В XVIII веке вышивки стали очень дороги — дороже, чем их вес в золоте!
В XVIII–XIX веках в воспитание девочек обязательно входило обучение искусству вышивки, которым они занимались ежедневно. Они учились делать различные стежки на куске льняной ткани. На этих образчиках вышивались дома, животные, цифры, буквы алфавита и даже стихи. Заканчивая вышивку, девочка указывала на ней свое имя, возраст и число, когда работа была закончена. В каждой стране был свой собственный стиль вышивки. В Китае и Японии для вышивки использовались золотые нити и шелк, которыми на тонкой дамасской ткани вышивали драконов, цветы, птиц и пейзажи.
В теплых странах, таких, как Италия и Испания, вышивки были яркими и веселыми по цвету и рисунку. Франция и Швейцария славились изяществом работы. Там вышивки часто выполнялись белыми нитками на белом фоне. В балканских странах расшитая ярким орнаментом одежда и постельное белье переходили по наследству из поколения впоколение.
Бумага состоит из миллионов тоненьких волокон. Эти волокна — целлюлоза, вещество, получаемое из клетчатки различных растений. Целлюлоза, используемая в наши дни для изготовления бумаги, делается в основном из древесины. После того как бревно очищается от коры, дерево готово для превращения в древесную массу — либо путем размалывания, либо в результате обработки химическими веществами. Некоторые методы изготовления древесной массы включают в себя и размалывание, и химическую обработку. Потом эту массу просеивают и промывают, тем самым очищая ее от грязи и химикатов. Затем ее можно отбелить, чтобы напечатанные или написанные на ней знаки были лучше видны.
На следующем этапе эту массу взбивают в специальной машине и смешивают с водой. Процесс взбивания обтрепывает волокна, превращая их в слипшуюся, единообразную массу. Чтобы улучшить поверхность бумаги, сделать ее более пригодной для письма и печати, в массу можно добавить крахмал, глину и другие материалы. Потом древесная масса поступает в рафинер, где волокна приводятся в порядок. На этой стадии масса состоит на девяносто девять процентов из воды и всего на один процент из волокон целлюлозы. Теперь она уже готова поступить в бумагоделательную машину. В этой машине вода уходит из массы через сито, а затем остаток воды удаляется с помощью всасывающего насоса.
Сито вибрирует, помогая волокнам сцепляться между собой. Потом влажная масса проходит под круглым валиком, спрессовывающим ее в гладкий лист. Этот лист проходит под множеством разглаживающих валиков, которые выжимают из него воду и делают бумагу плотной и гладкой. После этого она проходит через серию подогреваемых цилиндров, называемых сушилками. На этом этапе могут быть добавлены специальные покрытия, делающие бумагу гладкой и блестящей. Из этих машин бумага выходит в виде больших рулонов. Потом ее подравнивают, срезая шероховатые края и придавая рулону нужную ширину.
Обычно гвозди используют для того, чтобы скреплять друг с другом куски дерева или прибивать к дереву другие материалы. Гвозди вбиваются молотком в нужное место и удерживаются в дереве силами трения. Некоторые гвозди имеют шероховатую поверхность, чтобы лучше держаться. Большинство гвоздей делается машинным способом из жесткой стальной проволоки. Такие машины могут изготовлять сотни гвоздей в минуту. Сначала машина разрезает проволоку на части нужной длины. Затем она сплющивает одни конец куска, придавая ему форму шляпки. И, наконец, заостряет другой конец.
Некоторые виды гвоздей, называемые гранеными, штампуются или вырезаются из листового металла. Граненые гвозди имеют четырехугольную форму сечения, а не круглую. Существует огромное количество видов гвоздей, так как все они используются с разными целями. Универсальные гвозди, используемые для самых разнообразных видов работ, называют обычными гвоздями. Столярные гвозди, используемые для изготовления мебели, имеют очень маленькие шляпки, чтобы их не было заметно.
Кровельные гвозди имеют, напротив, очень большие шляпки. Они используются, чтобы прибивать ими к крыше кровельную дранку и толь. Большие шляпки хорошо держат тонкий материал и предохраняют его от разрывов в месте крепления. У некоторых гвоздей две шляпки, одна над другой. Гвоздь забивается до первой шляпки. Верхняя остается на поверхности, чтобы гвоздь можно было легко вытащить. Двухшляпочные гвозди используются при сколачивании лесов, подмостков и других временных сооружений.
Большинство гвоздей делают из стали. А гвозди, используемые для вколачивания в цемент или каменную кладку, делают из специальной закаленной стали. Некоторые гвозди, например кровельные, оцинковываются, то есть покрываются слоем цинка, чтобы не ржавели. Гвозди, используемые при строительстве судов, должны быть нержавеющими. Обычно они делаются из латуни или бронзы. Гвозди длиннее 15 сантиметров называются костыльными.
Многие вещи, используемые нами в повседневной жизни, сделаны при помощи пресс-форм и литейных форм. Пресс-форма — это приспособление для выдавливания из листового металла или пластмассы фигурных деталей определенной формы. Если вы когда-нибудь наблюдали за тем, как из раскатанного теста вырезают формочками печенье в виде звездочек и сердечек, то вы имеете элементарное представление о том, как работает это устройство.
Литейная форма — это приспособление для отливки фигурных деталей из металла, пластмассы и тому подобного. Эти вещества в жидком состоянии вливаются в полую форму (изложницу) и остаются там до тех пор, пока не застынут. Формочка для приготовления желе — простейший пример литейной формы. Пресс-формы используются в промышленности для изготовления таких деталей, которые трудно сделать другими методами.
Например, частей легковой машины, таких, как бампер и капот. Литейные формы тоже используются в промышленности для изготовления таких деталей, как ручки холодильника, корпус радиоприемника, автомобильные радиаторные решетки. На изготовление таких деталей обычными методами (вырезая, подпиливая, высверливая и так далее) потребуется слишком много времени и будет израсходовано слишком много материала. При помощи пресс-форм и литейных форм их можно делать так же легко и быстро, как печенье. Кроме изготовления сложных профилей формы используется, когда надо сделать большое количество одинаковых деталей. Преимущество этого способа состоит также в том, что детали в этом случае не нуждаются в особой доработке.
Сложное литье иногда нужно подшлифовать и отполировать, чтобы устранить неровности и шероховатости. А на штамповке подпиливаются острые углы. Обычно формы состоят из двух частей. Будучи соединенными вместе, они образуют нужный профиль. Литьем делают только внешнюю часть детали. Штамповкой можно делать и внешнюю, и внутреннюю части.
Знаете ли вы, что пресс-формы использовали уже в 650 году до н. э. и что с их помощью греческие кузнецы делали серебряные монеты? В вырезанный из более твердого металла шаблон клали кусочек серебра и ударами молота расплющивали, и причем одновременно на него переносился узор с шаблона.
В музеях вы, конечно, видели различные вазы, сосуды, чашки и блюда, сделанные гончарами. Предметы гончарного производства делаются из специальной глины, пока она мягкая, а затем обжигаются в печах, чтобы затвердели. Искусство делать такие вещи называется керамикой. Слово «керамика» иногда употребляют не только по отношению к изделиям из одной глины, но и к изделиям, покрытым эмалями и стеклом. Но в любом случае для изготовления этой продукции используются методы обжига и природные материалы: глина, песок и измельченные горные породы.
Керамика — это одно из самых древних искусств на земле, поскольку глина встречается практически повсеместно. Были обнаружены черепки, сделанные еще в доисторические времена. Хорошо обожженное глиняное изделие очень долговечно. Оно может разбиться, но никогда не гниети не ржавеет.
Замечательными гончарами были древние китайцы. Они изобрели способ производства очень прочной полупрозрачной керамики, известной как фарфор. На западе этот материал стал известен под названием «china», как и сама страна, где его начали впервые производить. Существует шесть основных типов глины, используемой для производства керамики.
Первый — обычная глина, которая не пригодна для тонкой работы. То, что из нее получается, называется глиняной или керамической посудой.
Самая чистая глина — это каолин, или китайская глина. Ее используют для изготовления китайского фарфора. При обжиге она приобретает чистейший белый цвет. В давние времена, когда еще не было холодильников, глиняные кувшины использовались для хранения холодной воды. Вода в них оставалась холодной, потому что этот тип керамики является грубым материалом и позволяет жидкости просачиваться в его тонкие поры. Просачиваясь наружу, жидкость начинает испаряться, и это постоянное испарение влаги с поверхности сосуда помогает кувшину и его содержимому оставаться холодным.
В наше время глиняную посуду покрывают специальным блестящим составом, чтобы предотвратить это испарение, и такая посуда обычно называется не глиняной, а керамической.
Бетон — это один из самых важных и нужных строительных материалов, когда-либо созданных человеком. Это прочный, долговечный, довольно-таки дешевый и простой в изготовлении и использовании материал. Он не разрушается ни от огня, ни от воды, ни от непогоды, ни от больших нагрузок. Огромные дамбы, мосты, небоскребы, транспортные магистрали, дома, взлетные полосы для самолетов — все это сделано из бетона. Бетон приготовляется из портландского цемента, воды, песка, гравия или щебенки. Эти материалы смешиваются в нужной пропорции — и получается бетон. Приготовленному бетону можно придать практически любую форму, залив его в специальные формы, называемые опалубкой. При смешивании вода и цемент образуют нечто вроде пасты, окутывающей песок и гравий. Когда паста застывает, она превращается в твердую, как камень, массу.
Время от времени увлажняя бетон, налитый в форму, можно сделать его еще тверже, так как вследствие химической реакции между цементом и водой бетон со временем все больше твердеет. Бетон используется по-разному, в зависимости от специфической цели, для которой он предназначен. Например, бетон, наложенный тонким слоем, хрупок и быстро ломается. Чтобы добиться прочности бетонных конструкций к нагрузкам, бетон накладывают на стальные прутья или сетку. Такой бетон называется железобетоном.
Другой способ укрепления изделий из бетона состоит в том, что он заливается на предварительно натянутую пружинистую стальную сетку. Такой бетон называется напряженным.
Сейчас делают бетон, содержащий в каждом кубическом сантиметре миллиарды маленьких пузырьков воздуха. Такой бетон называется ячеистый. Из него делают дорожные покрытия, на которые не действует ни мороз, ни оттепель.
Итак, как вы видите, существует много способов усовершенствовать бетон и сделать его пригодным для специальных строительных нужд.
Давайте начнем с выяснения того, что такое каменный уголь. Каменный уголь — это остатки древних деревьев и растений, произраставших в огромных болотистых джунглях во влажном теплом климате сотни миллионов лет назад. Когда эти деревья и растения погибали, они падали в тихие заболоченные воды, которые предохраняли их от гниения. Бактерии превращали часть древесины в газы, которые улетучивались, оставляя черную массу, большей частью состоявшую из углерода. С этого началось образование так называемых угольных пластов.
Со временем толстый слой земли и песка был нанесен поверх этой черной пастообразной растительной массы. Своей тяжестью земля и песок почти полностью выдавили из нее всю жидкость, и она стала затвердевать, превращаясь в каменный уголь. Весь этот процесс происходил в период от одного миллиона до двухсот пятидесяти миллионов лет назад. Энергия, то есть способность выполнять работу, присуща материи. Все на земле, что имеет массу и занимает какое-то место в пространстве, есть материя. Энергия и материя — это те две первоосновы, которые образуют Вселенную и все, что в ней находится.
Материя состоит из атомов, и каждый атом имеет энергетические частицы. Энергия удерживает части атома вместе. Материя может превращаться в энергию, а энергия в материю, — и так до бесконечности. Энергия угля первоначально была солнечной энергией. Миллионы лет назад растения использовали эту энергию для химических реакций, обеспечивающих рост, а углекислый газ, содержащийся в воздухе, трансформировался в углерод, который потом стал каменным углем. Эта энергия может быть высвобождена под действием тепла. Тепло заставляет атомы и молекулы двигаться все быстрее и быстрее, пока некоторые электроны не начинают из них выскакивать.
Когда уголь загорается, выделяется тепловая энергия. Она всегда находилась в нем в форме так называемой потенциальной энергии. Тепло высвобождает хранящуюся в угле энергию и превращает ее в кинетическую, то есть рабочую энергию. Это и есть энергия, которая заставляет двигатели и генераторы работать на нас.
Когда вы думаете о добыче нефти, вы, наверное, представляете себе высокие стальные сооружения с бьющим из них фонтаном черной нефти. Но такие нефтяные фонтаны отошли в прошлое. Современные методы бурения почти полностью исключают возможность подобного фонтанирования. Сейчас используется много типов нефтяных буровых установок. Некоторые из них бывают высотой в двадцатиэтажное здание, другие стоят на колесах, а иные располагаются на платформах и баржах для бурения скважин в морском дне. Около восьмидесяти пяти процентов скважин в Соединенных Штатах являются результатом применения метода вращательного бурения, при котором в землю внедряется быстро вращающийся бур.
Существуют различные виды буров для разных типов почвы. К буру прикрепляется буровая труба, состоящая из десятиметровых секций, называемых узлами, каждая из которых весит около двухсот килограммов. Плоский стальной поворотный круг удерживает в вертикальном положении и поворачивает трубу, проходящую сквозь него в землю. С каждым поворотом трубы бур, прикрепленный к ней, вгрызается все глубже в землю, и к ней наращивается узел за узлом. В процессе бурения в трубу закачивается специальная жидкость, которая охлаждает и смазывает бур.
По мере того как скважина делается все глубже, к трубе время от времени добавляют длинную стальную трубку, называемую обсадной трубой. Так как бур затупляется, проходя через горные породы, его надо довольно часто заменять и для этого вытаскивать из скважины всю трубу, что является весьма трудоемкой работой.
Иногда на то, чтобы заменить бур и опустить трубу обратно в скважину, уходит от четырех до шести часов. Когда скважина достигает нужной глубины, бур с трубой вытаскивают, обсадная труба, наполненная специальным химическим составом, опускается до самого дна скважины. Для того чтобы открыть нефти выход, в скважину опускается специальное приспособление, напоминающее небольшую пушку, чтобы пробить в трубе отверстия. Потом в трубу закачивают воду, чтобы устранить заполняющий ее состав. В скважине повышается давление, и наконец нефть начинает поступать через клапаны-отверстия в открытый резервуар.
Вы, вероятно, слышали о том, что в разведке редких металлов современному человеку помогает счетчик Гейгера. Или, возможно, вы слышали упоминание о счетчике Гейгера, когда люди говорят об опасности, проистекающей от атомных взрывов. В обоих случаях возникает явление, называемое радиацией, или излучением. Определенные радиоактивные элементы испускают лучи, легко обнаруживаемые и измеряемые при помощи счетчика Гейгера. Этот счетчик был изобретен Хансом Гейгером, а потом усовершенствован ученым по фамилии Мюллер.
Счетчик представляет из себя вакуумную трубку. Она устроена довольно просто: внутри очень тонкой стеклянной пробирки находятся две пластины и небольшое количество газа, например аргона. Трубки, заполненные газом, хорошо знакомы вам — это светящиеся неоновые трубки рекламы. В неоновой трубке или лампе дневного света газ начинает светиться, если контакты подсоединить к источнику электрической энергии достаточно высокого напряжения. Высокое напряжение осаждает газ и дает возможность огромному потоку электронов двигаться между двумя пластинами. Когда начинается это движение потока электронов, газ внутри трубки начинает светиться.
В счетчике Гейгера, напротив, напряжение должно быть очень слабым, чтобы газ не начал светиться при нормальных условиях. Теперь давайте представим себе, что произойдет, если рядом окажется радиоактивное вещество. Его излучение проникает в трубку и начинает взаимодействовать с молекулами газа. От этого они получают энергию и заставляют газ светиться. Итак, теперь через трубку проходит электрический ток. Если его пропустить через счетчик, то можно узнать количество радиации, попавшее в трубку.
А еще можно заставить этот ток издавать тиканье, которое у нас обычно ассоциируется со счетчиком Гейгера. Поскольку счетчик Гейгера является прибором, улавливающим радиацию, он, конечно же, не сможет уловить что-либо не дающее излучения. Поэтому возможности его использования для поиска редких металлов сильно ограничены.
Искусственный спутник — это созданный человеком космический корабль, вращающийся вокруг Земли. Подобные спутники запускаются в космос с различными целями. Спутники могут быть различными по размеру: от маленького до огромного шара. Они могут весить от нескольких килограммов до многих тонн. Они могут быть различной формы: в форме шара, шляпной картонки, консервной банки, водного буйка и коробки для сигар. Орбиты некоторых спутников проходят всего в 176 километрах от Земли. Другие вращаются на расстоянии 35 680 километров от нее.
Орбита спутника рассчитывается учеными заранее в зависимости от его предназначения. Всем спутникам для нормального функционирования установленного на них оборудования требуется электрическая энергия. Основной источник этой энергии — Солнце. На поверхности спутников укреплено множество солнечных батарей, которые преобразуют солнечный свет в электричество. От этого электричества заряжаются батареи спутника. Радио— и телесигналы могут передаваться с континента на континент через спутники связи. На большинстве спутников связи находятся приемники и передатчики. Приемники улавливают радио— и телепрограммы с наземных станций. Электронные приспособления усиливают теле— и радиовещательные сигналы. Потом передатчики посылают эти сигналы на дальние наземные станции, которые могут находиться на другом континенте.
Пример такого спутника — «Телстар». «Телстар—1» был запущен в Соединенных Штатах в июле 1962 года. С его помощью стали возможны прямые телевизионные трансляции между Соединенными Штатами и Европой. Один из видов спутников связи движется по стационарной орбите вокруг Земли на расстоянии 35 680 километров.
Чтобы пройти по этой орбите, спутнику требуется двадцать четыре часа, то есть такое же время, которое требуется Земле, чтобы повернуться вокруг своей оси. Поэтому получается, что спутник всегда находится на одном и том же месте над Землей. Один из спутников этого типа получил название «Ранняя пташка». Благодаря тому что его орбита проходит так высоко, он может передавать сигналы на очень большие расстояния.
Знаете ли вы, что окружающее нас пространство постоянно пронизано радиоволнами, идущими с ближайших телерадиовещательных станций? Из-за этих волн все металлические предметы в комнате все время слегка вибрируют. Вы не можете услышать эту вибрацию до тех пор, пока она не начнет вызывать звуковые волны, и именно это происходит в том случае, когда вы включаете свой радиоприемник. Радиоволны можно назвать распространяющимися в пространстве нарушениями покоя среды. При их возникновении электроны начинают быстро двигаться туда-сюда.
Тепло и свет распространяются в пространстве тоже в виде волн. Разница состоит в том, что у радиоволны длина гораздо больше, чем у тепловых и световых волн. Радиоволны распространяются в пространстве так же, как расходятся волны от брошенного в воду камешка, — кругами во все стороны от своего источника. Хотя все радиоволны двигаются с одинаковой скоростью, равной примерно 300 тысячам километров в час, количество волн, проходящих через одну точку в пространстве за одну секунду, может быть разным. Это количество называется частотой волн.
Одна законченная длина волны называется периодом. Таким образом, частота — это количество полных периодов, пробегаемых волной в одну секунду. Если длина волны короткая, волны идут ближе друг к другу, их вершины тоже ближе друг к другу, и они быстро сменяют друг друга. Если длина волны большая, вершины волн находятся далеко друг от друга, и они сменяют друг друга медленно. Получается, что длинные волны имеют низкую частоту, так как их гребни не сменяют друг друга с такой частотой, как в коротких волнах.
Высокочастотные волны измеряются в килогерцах, или в тысячах герц. На вашем радиоприемнике слева направо идут цифры 540, 550, 560 и так далее до 1600 КГц. Каждая цифра относится к частоте волн. Определенная радиостанция вещает на волне только своей определенной частоты.
Существование радиоволн было предсказано еще до того, как они были действительно открыты. Это предсказание было сделано в 1864 году Джеймсом Максвеллом. А в 1888 году немецкий физик Генрих Герц доказал, что такие волны действительно существуют, и объяснил, как они распространяются в пространстве.
Когда мы смотрим через телескоп на звезды и планеты, мы видим световые волны, которые они излучают. Свет — это форма излучения. Но звезды посылают на Землю не только световые волны, но еще и другие. Часть излучения звезд существует в виде радиоволн. Некоторые из этих волн могут улавливаться специальными радиоприемниками здесь, на Земле. Радиоприемники ловят и усиливают радиоволны точно так же, как обычный телескоп ловит и увеличивает световые волны. Радиоприемник, предназначенный для улавливания радиоволн, идущих от звезд, называется радиотелескопом.
Существует много видов радиотелескопов, но все они состоят из двух основных частей: антенны и радиоприемника. Антенна обычно представляет собой огромное, внушительно выглядящее металлическое блюдце. Оно может быть укреплено на подвижной основе или на возвышении, чтобы его можно было развернуть в любую сторону неба. Когда люди думают о радиотелескопах, они обычно представляют себе именно такое огромное металлическое блюдце-антенну. Но радиоприемник ничуть не менее важная его часть. Без приемника эта огромная антенна не значила бы ровным счетом ничего.
Для того, чтобы усилить приходящие волны, требуется специальный радиоприемник, так как волны могут быть очень слабыми. После того как радиосигналы усилены, они подаются на громкоговоритель, и астрономы могут слышать исходящее из него шипение. Впрочем, они не только слышат сигналы, но и видят их записанными на бумаге. Сигналы записываются на бумажной ленте в виде волнистой линии.
Радиотелескопы работают в любую погоду, так как на радиоволны не может повлиять ни туман, ни дождь, ни какая-либо другая непогода. Также они могут быть построены в любом удобном для нас месте, и совсем не обязательно их, как обычные оптические телескопы, устанавливать на горе или на другом возвышенном месте. При помощи радиотелескопов ученые могут получать о Вселенной такие сведения, о которых не узнаешь никаким другим образом.
В 1931 году инженер связи из «Белл Лабораториз» занимался исследованием атмосферных радиопомех, которые могли бы повлиять на трансокеанскую телефонную связь. Он уловил какие-то шумы, исходящие явно не из грозовой тучи, а откуда-то из космоса. Он открыл, что можно принимать радиационное излучение галактики. Так родилась новая ветвь астрономии — радиоастрономия. Радиоастрономия развивается в двух направлениях. При помощи специальных антенн можно улавливать радиационное излучение космических объектов. Это может быть термическая радиация (излучение радиоволн, испускаемое любым горячим телом). Но есть также и шумы, или статические помехи космического происхождения, тоже улавливаемые из космоса, но совсем не тепловые попроисхождению. Другое направление в радиоастрономии — посылка сигналов к таким объектам, как метеоры и Луна, и улавливание их отражения. Так работает радиолокатор.
Радиоастрономия наиболее полезна для изучения Солнца, метеоров, Луны и планет Солнечной системы. Улавливая отражение лучей от метеоров, мы многое узнаем об их орбитах. Исследуя Луну при помощи методов радиоастрономии, мы узнаем многое о ее поверхности. Так, еще до того, как люди ступили на Луну, благодаря данным радиоастрономии ученые уже знали, что ее поверхность представляет из себя измельченную в пыль горную породу. Вероятно, одно из наиболее захватывающе интересных направлений радиоастрономии — поиск сигналов из других миров.
Сейчас радиотелескопы усовершенствованы до такой степени, что способны улавливать сигналы, поступающие с расстояния почти в восемьдесят триллионов километров. Какие же сигналы надеются уловить ученые? Считается, что если где-нибудь в далеком космосе существует цивилизация, помимо нашей, и она захочет дать знать о своем присутствии, то, вероятно, наши братья по разуму пошлют какой-нибудь совсем простой сигнал, например серию чисел.
Также считается, что эти сигналы, скорее всего, можно будет принять на чистоте 1420 МГц — частоте, с которой простой водород излучает радиационные волны в открытом космосе.