Мы обычно не замечаем того, что нам знакомо с первых дней нашей сознательной жизни. Мы не удивляемся многим явлениям, не спрашиваем себя, почему они происходят так, а не иначе. Например, разве кому-нибудь приходит в голову вопрос, почему вещи, поставленные на стол, не скатываются и не падают? Мы не удивляемся, почему мы твердо стоим на земле, почему можем делать прыжки. Занимаясь гимнастикой, мы не задумываемся над тем, почему легко взбираемся наверх по гладкому шесту. Нам не приходит в голову спросить, почему завязанная узлом веревка не развязывается, если потянуть ее за концы, а наоборот, еще крепче затягивается.
Всякий, кто бывал на речных пароходных пристанях, видел, как останавливают канатом огромное судно с сотнями пассажиров. Люди на пристани, поймав брошенный с парохода канат, обвивают его несколько раз вокруг деревянной или железной тумбы. Матрос легко удерживает этим канатом пароход. Со стороны человека не требуется особых усилий, канат не соскальзывает, но не потому, что его держит матрос. Здесь играет роль не сила человека, а величина трения каната, зависящая от числа его оборотов вокруг тумбы. При четырех оборотах каната пароход удержит даже слабый ребенок.
В чем же тут дело? В трении одного предмета о другой. Чем больше число оборотов каната вокруг тумбы, тем больше трение между канатом и тумбой. Если бы трение внезапно исчезло, канат скользил бы по тумбе свободно. Все узлы развязывались бы сами собой. С исчезновением трения стало бы невозможно шить и ткать материи, так как скользящие нитки не задерживали бы друг друга.
Отсутствие трения вызвало бы постоянное соскальзывание и падение вещей со столов и других плоскостей, потому что строго горизонтальных поверхностей нет — все поверхности имеют некоторую кривизну или наклон. Люди и животные не могли бы стоять на земле, без трения ноги их скользили бы и разъезжались в стороны. Словом, при отсутствии трения на Земле все скользило бы и каталось по ее поверхности.
Что же такое трение, являющееся основой устойчивости на Земле? Трение есть сопротивление движению всякого тела по поверхности другого тела. Трение при катании предмета меньше, чем при скольжении, но законы трения в обоих случаях одинаковы. Попробуем эти законы разъяснить.
Представим себе какой-нибудь предмет, например шкаф, вес которого обозначим условно буквой P. Этот шкаф стоит на полу. Если бы ножки шкафа и пол были совершенно гладкими, то стоило бы только слегка толкнуть шкаф пальцем, чтобы эта махина легко заскользила по полу. Но в действительности идеально гладких поверхностей нет, и, чтобы сдвинуть любой предмет с места, надо употребить силу, равную начальному трению предмета. Так, чтобы сдвинуть шкаф, вес которого равен P, нужна сила F, пропорциональная весу шкафа. Отношение веса и силы, равной первоначальному трению, изображается так: P / F и зависит от свойств поверхностей предметов, в данном случае шкафа и пола. Отношение P / F называется коэфициентом начального трения.
Если предмет сдвинется с места и будет двигаться под влиянием постоянно действующей силы, то коэфициент трения при движении уменьшится; он всегда меньше коэфициента начального трения.
Самый высокий коэфициент трения получается при скольжении дерева по дереву и самый низкий — при скольжении металла по металлу, когда их поверхности смазаны маслом. Еще меньше получается коэфициент трения, когда одно тело не скользит, а катится по поверхности другого.
В машиностроении очень важно знать коэфициенты трения в разных частях машины, чтобы учесть ее полезную работу. Чем меньше в машине трения, тем сильнее она работает, то есть ее двигательная сила больше.
В рассказе «Аппарат Джона Инглиса» молодой ученый занят изучением условий, вызывающих уменьшение коэфициента трения. Кроме того, он изобрел особый прибор, с помощью которого можно легко и точно определять коэфициенты трения.
—————
В 1897 году знаменитый русский ученый Порфирий Иванович Бахметьев, профессор физики Софийского университета (Болгария), начал исследования температуры тела насекомых при помощи изобретенного им особо чувствительного электрического термометра. Действие этого электротермометра основано на свойстве двух спаянных вместе пластинок из разного металла давать электрический ток при нагревании или охлаждении места спайки.
Если какое-нибудь насекомое поместить в воздушную ванну, например при —20° по Цельсию, то температура насекомого будет понижаться равномерно до некоторой точки K 1 (обычно до —10°). Затем температура вдруг повысится до точки N (обыкновенно до —1,5°), после чего опять начнет медленно понижаться.
Точку K, Бахметьев назвал критической, а точку N — началом затвердевания соков насекомого, так как соки, выжатые из насекомого, действительно начинают затвердевать при —1,5°.
Таким образом, соки насекомого при температуре от —1,5 до K 1 переохлаждаются, после чего в них появляются кристаллики замерзшего сока, освобождая «скрытую теплоту» затвердевания. Следствием этого и является внезапное повышение температуры тела насекомого до —1,5°, которое для краткости названо «скачком». Затем температура тела насекомого, по мере большего и большего затвердевания соков, будет снова понижаться и сравняется наконец с температурой окружающего воздуха, то есть будет равна —20°.
Этот результат был проверен на сотнях экземпляров различных видов насекомых и на различных стадиях их развития.
В 1898 году, поставив своей задачей узнать, при какой температуре насекомые умирают от охлаждения, Бахметьев открыл «мертвую точку», обозначив ее буквой K 2.
Оказалось, что насекомые, вынутые из воздушной ванны перед «скачком», всегда оживали очень скоро. Насекомые, вынутые из ванны после «скачка», хотя и медленно, но все-таки оживали. Однако оживление было невозможно, если температура охлаждения уже доходила до K 2 или опускалась ниже.
Так Бахметьев установил, что смерть насекомого зависит не от температуры охлаждения, а от положения этой температуры во времени, ибо хотя K 1 = K 2, но насекомое умирает не при K 1, а при K 2. Поэтому точку K 2 Бахметьев и назвал «мертвой точкой».
И этот результат исследования также был проверен на нескольких стах экземплярах насекомых.
В 1900 и 1901 годах Бахметьев определил, что соки в теле насекомых начинают затвердевать в среднем при —1,5° (разумеется, после «скачка») и затвердевают совсем при температуре —4,5°.
Таким образом, при —4,5° все соки находятся в твердом виде. Циркуляция их становится невозможной, обмен веществ прекращается, насекомое более не живет, но оно и не умерло, так как не достигло «мертвой точки» K 2. Находясь между —4,5° и K 2 (—20°), насекомое впадает в особое состояние, которое Бахметьев назвал «состоянием анабиоза».
В 1908—1910 годах Бахметьев производил опыты над летучими мышами и кроликами. Опыты над летучими мышами я, будучи в то время ассистентом Бахметьева, наблюдал сам — они точно описаны в рассказе.
Опыты с другими животными, имеющими постоянную температуру тела, Бахметьевым не производились, но были в плане его работ, которым помешала смерть ученого в России в 1913 году.
Герой рассказа. «Хранитель жизни» — профессор Хомутов продолжает дело П. И. Бахметьева.