Чтобы обнаружить слабые течения воздуха в комнате, употребляют аппараты, которые этими течениями могут быть легко приведены во вращение. Мы подробно опишем ниже один из таких аппаратов.
Рис. 47. Приготовление чудесного колеса
Проведем карандашом, на листе прочной писчей бумаги, две перпендикулярные прямые АВ и CD (рис.47). Затем проведем еще две прямые EF и GH, гак чтобы они делили пополам образовавшиеся при этом углы. Около точки пересечения этих прямых, как их центра, опишем большую окружность ACBD с диаметром в 6 см, и меньшую окружность с диаметром около 1 см. Если все будет делаться с помощью циркуля, то необходимо постараться, чтобы острие циркуля не оставило в центре отверстия. Чтобы этого не случилось, можно положить, где будут пересекаться линии и где помещается острие циркуля, кусок резины, жести или картона. После того как окружности проведены, следует начертить пунктирные линии (кроме MKNO). Затем ножом или ножницами вырежем большой круг. Потом нужно разрезать по не пунктирным линиям, проведенным к центру до малой окружности, и от внутреннего конца каждого разреза сделать по меньшей окружности разрез так, чтобы он доходил до половины дуги, соединяющей внутренний конец следующего разреза. На рис. 47 эти разрезы обозначены пунктирными линиями. Часть EKL, похожая на треугольник, и другие такие же части загибаются по пунктирным линиям так, чтобы они образовали со столом угол в 45°. Лучше всего это сделать таким образом: на узкую полоску, которая не отогнута (KPDL), кладется линейка MKNO, краем по пунктирной линии KL. Крепко прижимаем этот край и подсовываем под часть EKL кончик столового ножа, которым загибаем ее кверху и боком ножа прижимаем к краю линейки, чтобы по линии KL образовался острый сгиб. Так же поступают и с остальными 7-ю частями. Затем возьмем карандаш с закругленным острием, и прижмем острие в центре кружка, предварительно положив под него несколько слоев мягкой бумаги. Если станем вращать карандашом между пальцами, то в центре получиться небольшое конусообразное углубление. Следует постараться, чтобы только карандаш не провертел в бумаге отверстие. Если посмотреть на кружок сбоку, то он будет иметь вид QR. Затем возьмем обыкновенную шпильку, и для того чтобы притупить немного ее конец, потрем о мелко зернистый камень или вообще о предмет с подобной поверхностью; необходимо, чтобы на острие не получилось зазубрин. Кончик должен быть гладким, закругленным, но вместе с тем тонким. Теперь, держа булавку большим и указательным пальцем в положении V, положим на ее отверстие кружок его углублением. Отвернутые треугольники направлены вниз.
Этот небольшой аппарат является чрезвычайно чувствительным анемометром. Его вес незначителен, поверхность соприкосновения между бумагой и острием очень мала, и углубление в бумаге, которое сделано карандашом, имеет вполне гладкую поверхность. Поэтому колесо очень легко может вращаться. Легкий приток воздуха, который встречает сверху или снизу косые крылья, заставляет, эти косые поверхности смешаться, как крылья мельницы, или косо поставленные паруса лодки, и этим приводит всю вертушку во вращательное движение. Если воздух стремится вверх, то, толкая нижнюю поверхность крыла ST, он перемещает его справа налево; крылья с противоположной стороны будут таким же образом двигаться слева направо. Если воздух будет идти сверху, встречая крыло ST сверху же, он будет смещать его вправо, двигая в то же время крылья противоположной стороны кружка влево.
Если кружок положить на конец булавки, которую спокойно держать в руке, то легко заметить, что кружок вдруг начнет вращаться, поворачиваясь передней стороной налево. Это, вероятно, происходит оттого, что там, где мы находимся, есть восходящий ток воздуха, который был слишком слаб, чтобы мы могли его раньше заметить. Теперь перейдем с аппаратом в другой конец комнаты, где мы не ожидаем какого-либо воздушного тока. Снова аппарат начнет вращаться и в том же направлении. Очевидно, что и здесь есть восходящий ток воздуха. Если будем исследовать другие части комнаты, то получим такой же результата. Если наверху в комнате есть окно, открытое против очень сильного ветра и расположенное так, что воздух через него будет идти прямо вниз, то под окном образуется сильное нисходящее течение воздуха, которое сейчас же приведет колесо во вращение, в направлении, противоположном предыдущему.
Если не принимать во внимание этих особенных и до некоторой степени насильственных нарушений обычного состояния воздуха, то в любой комнате, в которой воздух, как нам кажется, находится везде в спокойном состоянии, в любом ее месте мы найдем восходящий ток; это похоже на то, как будто воздух проникает через пол, поднимается по всей комнате и выходит через потолок. Ключ к отгадке этих явлений легко найти, если мы не будем держать булавку рукой, а укрепим ее как-нибудь иначе. Для этого берут узкую полоску картона или деревянную палочку и укрепляют булавку ближе к одному концу, проткнув ее насквозь до самой головки. Полоску картона мы укрепим так, чтобы она несколько выступала над краем стола, — этого легко достигнуть, если на другой конец положить книгу. Потом поместим кружок на острие и отойдем в сторону. Теперь колесо не обнаружит никакого движения, но если мы станем держать под ним руку, то оно начнет вращаться. Таким образом, движущая сила берется в подставленной руке!
Это происходит оттого, что рука теплее окружающего воздуха. Температура крови тела равна почти 37 °С, а температура воздуха в комнате имеет примерно 20 °С. Но руки несколько холоднее, чем кровь в теле, так как они постоянно отдают часть своего тепла воздуху. Теплота расширяет тела, поэтому теплота рук, соприкасаясь с окружающим воздухом, заставляет его расширяться. Этот расширившийся воздух менее плотен и менее тяжел. Этим самым нарушается равновесие и он вытесняется кверху не нагретым воздухом, подобно тому как горячий легкий воздух над огнем печки вытесняется в трубу более холодным, более плотным и тяжелым воздухом комнаты. Таким образом и мы производим восходящий ток воздуха, который непрерывно исходит от нашего липа и рук. Он так слаб, что совершенно не замечается нами. Но если более значительная часть согревшейся кожи соприкасается с холодным воздухом, то получающийся при этом ток легко заметить. Если лысый господин, который живет на значительном расстоянии от станции железной дороги, в холодное зимнее утро, разгоряченный, после запоздавшего завтрака, спешит на станцию и видит, что поезд, точный против обыкновения, уже отошел, и ему придется ждать следующего, то он нередко во время ожидания будет вытирать свой пот, В промежуток между поднятием шляпы и выниманием носового платка можно наблюдать столб паров, которые поднимаются над его головой и благодаря холодному воздуху сгущаются. Эти пары указывают на направление восходящего тока, который обусловлен тем, что теплота головы, нагревая воздух, этим делает его легче.Восходящие токи воздуха, вызванные каким-нибудь местным источником тепла, образуют вместе с нисходящими токами, которые образуются, благодаря местным охлаждениям, те круговые течения, которые играют такую большую роль в жизни нашей земли. Хорошим примером воздушных течений могут служить течения, получающиеся у комнатных окон. В связи с этим заслуживает некоторого интереса часто рассказываемая история, или вернее шутка над одним пожилым человеком.
В то время, когда большие оконные стекла были редкостью и новостью, один господин, впервые бывший в доме с такими стеклами, сидел вблизи окна, у которого было совершенно целое стекло без единого пузырька, через некоторое время господин положил руки на свою голову, лишенную волос, и заявил (хорошим зрением он не отличался) — что он простудился из-за сквозняка, вызванного открытым окном. Ему объяснили, что окно закрыто; но так как он вообразил себе, что окно было открыто, и что он простудился, благодаря сквозному ветру, то ему действительно пришлось в течение 14 дней перенести все неприятности простуды.
Этот рассказ приводится как удивительный пример силы воображения и как пример господства духа над телом.
Человек заболел благодаря только своему воображению! Однако нет необходимости делать именно такой вывод! Хотя окно и было закрыто, но все же от него мог исходить холодный ток воздуха. Это в особенности справедливо, если комната была жарко натоплена, а наружный воздух был холоден и потому охлаждал стекло, а стекло — тот внутренний воздух, который с ним соприкасался.
Охлаждение воздуха вызывает его сжатие; он поэтому становится плотнее и тяжелее, опускается вниз и течет к середине комнаты, в то время как новые массы воздуха притекают сверху к окну, чтобы в свою очередь там охладиться. Таким образом возникает круговое течение, у которого одну часть составляет холодный ток от окна; вот этот ток и мог простудить пожилого господина, хотя бы окно и было закрыто. В большем масштабе такие течения возникают в залах для собраний, у которых имеются окна только по одной стене. Когда наружный воздух холоден, то он охладит стекла, а эти охладят внутренний воздух. Спускаясь вниз, последний двигается поперек нижней части залы, где его нагреет теплота от присутствия людей или же искусственное отопление. На стене, противоположной окнам, воздух снова поднимается и по верху опять направляется к этим же окнам. Охлаждение происходит еще сильнее, если часть потолка сделана из стекла или другого тонкого материала. Эффект может быть так велик, что на хорах пламя свечей может принять вместо вертикального направления горизонтальное, благодаря воздушной тяге, если даже вблизи нет открытых окон, дверей и т. п.
Если мы примем во внимание, какие удивительные воздушные течения происходят от таких незначительных причин, и если мы сравним с ними громадную силу солнечной теплоты под тропиками, ограничивающими пространство в миллионы квадратных километров, равно как и области страшного холода около полюсов, то у нас уже не будет основания удивляться силе бурь, которые являются теми же воздушными течениями, но в значительно больших размерах. Ветры, приводящие в движение корабли и ветряные мельницы, мы можем в таком случае сравнить с теми восходящими токами, которые, поднимаясь от нашей руки, приводили во вращение маленькое «чудесное колесо».