«Беседы о натурфилософии»

Кэролайн. Почему не совсем так высоко?

Миссис Б. Потому что он встречает сопротивление воздуха при своем подъеме; и его движение затрудняется трением о носик, где он вырывается.

Эмили. Но если трубка, через которую поднимается вода, гладкая, может ли быть какое-либо трение? особенно с жидкостью, частицы которой поддаются малейшему воздействию.

Миссис Б. Трение (как мы заметили на предыдущем уроке) может быть уменьшено полировкой, но никогда не может быть полностью уничтожено; и хотя жидкости менее подвержены трению, чем твердые тела, они все же испытывают его влияние. Другая причина, по которой фонтан не поднимется так высоко, как его резервуар, заключается в том, что вся вода, которая бьет вверх, должна снова опуститься, и при этом она давит или ударяется о нижние части и заставляет их двигаться в стороны, расширяя колонну в головку и делая ее как шире, так и короче, чем она была бы в противном случае.

На нашей следующей встрече мы рассмотрим механические свойства воздуха, который, будучи упругой жидкостью, во многих отношениях отличается от жидкостей.

Вопросы

1.(Pg. 129) Why do not the frequent rains, fill the earth with water?

2.(Pg. 129) Why will vapour rise? to what height will it ascend, and what will it form?

3.(Pg. 129) How may drops of rain be formed?

4.(Pg. 130) What becomes of the water after it has fallen to the earth?

5.(Pg. 130) What is the difference between rain water, and that from springs?

6.(Pg. 130) Why is rain more pure than spring water?

7.(Pg. 130) Why is spring water more agreeable to the palate?

8.(Pg. 131) What causes the water to collect and form springs?

9.(Pg. 131) Why cannot water penetrate through clay?

10.(Pg. 131) What is represented by fig. 9, plate 13?

11.(Pg. 132) How can you account for its rising upwards, as represented at C?

12.(Pg. 132) In conveying water by means of pipes, how must the reservoir be situated?

13.(Pg. 132) What is the instrument called, which is represented in plate 14, fig. 1,—and how does it operate?

14.(Pg. 133) Why are wells rarely well supplied with water, in elevated situations?

15.(Pg. 133) When water is found in elevated situations, whence is it supplied?

16.(Pg. 133) Wells and springs, at some periods well supplied, fail at others; how is this accounted for?

17.(Pg. 134) Some springs flow abundantly in dry weather, which occasionally fail in wet weather, how may this be explained?

18.(Pg. 134) What is meant by intermitting springs?

19.(Pg. 134) Whence do rivers, in general, derive their water?

20.(Pg. 134) Why do springs abound more in mountainous, than in level countries?

21.(Pg. 135) How are lakes formed?

22.(Pg. 135) What causes water to rise in fountains, and how is this explained by figure 2, plate 14?

23.(Pg. 135) Why will not the fountain rise to the height of the water in the reservoir?

БЕСЕДА XII. О МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ВОЗДУХА.

OF THE SPRING OR ELASTICITY OF THE AIR. OF THE WEIGHT OF THE AIR. EXPERIMENTS WITH THE AIR PUMP. OF THE BAROMETER. MODE OF WEIGHING AIR. SPECIFIC GRAVITY OF AIR. OF PUMPS. DESCRIPTION OF THE SUCKING PUMP. DESCRIPTION OF THE FORCING PUMP.

МИССИС Б.

На нашей последней встрече мы рассматривали свойства жидкостей в целом, и более конкретно тех, которые называются неупругими жидкостями, или просто жидкостями.

Существует другой класс жидкостей, отличающийся названием аэроформных, или упругих жидкостей, главной из которых является воздух, которым мы дышим, который окружает землю и называется атмосферой.

Эмили. Значит, существуют другие виды воздуха, помимо атмосферы?

Миссис Б. Да, большое разнообразие; но они различаются только своими химическими, а не механическими свойствами; и поскольку именно последние мы должны изучить, мы не будем в настоящее время исследовать их состав, а ограничим наше внимание механическими свойствами упругих жидкостей в целом.

Кэролайн. И откуда возникает это различие между упругими и неупругими жидкостями?

Миссис Б. Между частицами упругих жидкостей нет силы сцепления; так что расширяющей силе тепла не с чем бороться, кроме гравитации; любое повышение температуры, следовательно, значительно расширяет упругие жидкости, а уменьшение — пропорционально конденсирует их.

Самый существенный момент, в котором воздух отличается от других жидкостей, — это его пружинистость или упругость; то есть его способность увеличиваться или уменьшаться в объеме в зависимости от того, насколько он сжат: способность, которой, как я вам сообщала, жидкости почти полностью лишены.

Эмили. Думаю, я очень хорошо понимаю упругость воздуха из того, что вы говорили о ней ранее; но что меня смущает, так это наличие у него гравитации; если он тяжелый и мы окружены им, почему мы не чувствуем его веса?

Кэролайн. Должно быть невозможно ощущать вес таких бесконечно малых частиц, как те, из которых состоит воздух: частицы, которые слишком малы, чтобы их увидеть, должны быть слишком легкими, чтобы их почувствовать.

Миссис Б. Вы ошибаетесь, моя дорогая; воздух намного тяжелее, чем вы думаете; правда, частицы, из которых он состоит, малы; но тогда подумайте об их количестве: атмосфера простирается в высоту на много миль от земли, и ее гравитация такова, что человек среднего роста, как подсчитано (когда воздух самый тяжелый), выдерживает вес около 14 тонн.

Кэролайн. Неужели! Я бы подумала, что такой вес раздавил бы любого в атомы.

Миссис Б. Так бы оно и было, если бы не равенство давления на каждую часть тела; но когда оно так распределено, мы можем выдержать даже гораздо больший вес без каких-либо значительных неудобств. При купании мы поддерживаем вес и давление воды в дополнение к давлению атмосферы; но поскольку это давление равномерно распределено по телу, мы едва ощущаем его; в то время как если бы ваши плечи, ваша голова или любая другая часть вашего тела были нагружены дополнительным весом в сто фунтов, вы бы вскоре упали под тяжестью. Кроме того, наши тела содержат воздух, пружинистость которого уравновешивает вес внешнего воздуха и делает нас нечувствительными к его давлению.

Кэролайн. Но если бы можно было избавить меня от веса атмосферы, не чувствовала бы я себя более легкой и подвижной?

Миссис Б. Напротив, воздух внутри вас, не встречая внешнего давления, сдерживающего его упругость, раздул бы ваше тело и, в конце концов, разорвав некоторые части, которые его удерживали, положил бы конец вашему существованию.

Кэролайн. Значит, этот вес атмосферы, который, как я опасалась, раздавит меня, в действительности необходим для моего сохранения.

Эмили. Я однажды видела, как человеку ставили банки, и мне сказали, что вздутие части под банкой было вызвано снятием с этой части давления атмосферы; но я не могла понять, как это давление производило такой эффект.

Миссис Б. Воздушный насос дает нам возможность проводить большое разнообразие интересных экспериментов по весу и давлению воздуха: некоторые из них вы уже видели. Не помните ли вы, что в вакууме, созданном внутри воздушного насоса, тела различного веса падали на дно за одно и то же время; почему этого не происходит в атмосфере?

Кэролайн. Я помню, вы говорили нам, что это происходит из-за сопротивления, которое легкие тела встречают со стороны воздуха во время своего падения.

Миссис Б. Или, другими словами, из-за поддержки, которую они получали от воздуха и которая продлевала время их падения. Теперь, если бы воздух был лишен веса, как он мог бы поддерживать другие тела или замедлять их падение?

Теперь я покажу вам другие эксперименты, которые поразительным образом иллюстрируют как вес, так и упругость воздуха. Я привяжу кусок мочевого пузыря к этому стеклянному колоколу, который, как вы заметите, открыт как сверху, так и снизу.

Кэролайн. Почему вы сначала смачиваете мочевой пузырь?

Миссис Б. Он расширяется при намокании и сжимается при высыхании; он также более мягкий и податливый, когда влажный, так что я могу лучше его подогнать, а когда он высохнет, он будет плотнее. Мы должны подержать его над огнем, чтобы высушить; но не слишком близко, чтобы он не лопнул от внезапного сжатия. Давайте теперь закрепим его на воздушном насосе и откачаем воздух из-под него — вы не испугаетесь, если услышите шум?

Эмили. Это было так же громко, как выстрел из ружья, и мочевой пузырь лопнул! Пожалуйста, объясните, как воздух связан с этим экспериментом.

Миссис Б. Это эффект веса атмосферы на верхнюю поверхность мочевого пузыря, когда я убрала воздух с нижней поверхности, так что больше не было противодействия, чтобы уравновесить давление атмосферы на колокол. Вы заметили, как мочевой пузырь вдавливался внутрь под весом внешнего воздуха по мере того, как я откачивала воздух из колокола: и до того, как был создан полный вакуум, мочевой пузырь, не в силах выдержать силу давления, лопнул с тем взрывом, который вы только что слышали.

Теперь я покажу вам эксперимент, который доказывает расширение воздуха, содержащегося внутри тела, когда оно освобождается от давления внешнего воздуха. Вы бы не подумали, что внутри этого сморщенного яблока есть какой-то воздух, судя по его виду; но обратите внимание на него, когда его поместят в колокол, из которого я откачаю воздух.

Кэролайн. Как странно! Оно становится совсем пухлым и выглядит как свежесобранное яблоко.

Миссис Б. Но как только я снова впускаю воздух в колокол, яблоко, как видите, возвращается в свое сморщенное состояние. Когда я убрала давление атмосферы, воздух внутри яблока расширился и раздул его; но как только атмосферный воздух был восстановлен, расширение внутреннего воздуха было остановлено и подавлено, и яблоко сжалось до своих прежних размеров.

Вы можете проделать аналогичный эксперимент с этим маленьким мочевым пузырем, который, как вы видите, совершенно дряблый и, кажется, не содержит воздуха: в этом состоянии я перевяжу горлышко пузыря, чтобы воздух, который остается внутри него, не вышел, а затем помещу его под колокол. Теперь наблюдайте, как я откачиваю воздух из колокола, как пузырь раздувается; это происходит из-за сильного расширения того небольшого количества воздуха, которое было заключено внутри пузыря, когда я его перевязала; но как только я впускаю воздух в колокол, тот, что содержится в пузыре, конденсируется и сжимается в свой малый объем внутри складок пузыря.

Эмили. Эти эксперименты чрезвычайно забавны, и они дают ясные доказательства как веса, так и упругости воздуха; но я хотела бы точно знать, сколько весит воздух.

Миссис Б. Столб воздуха, достигающий вершины атмосферы, основание которого составляет квадратный дюйм, весит около 15 фунтов; следовательно, каждый квадратный дюйм нашего тела выдерживает вес в 15 фунтов: и если вы хотите узнать вес всей атмосферы, вы должны подсчитать, сколько квадратных дюймов на поверхности земного шара, и умножить их на 15.

Эмили. Но разве мы не можем определить вес небольшого количества воздуха?

Миссис Б. С полной легкостью. Я откачаю воздух из этой маленькой бутылки с помощью воздушного насоса: и, опустошив бутылку от воздуха, или, другими словами, создав внутри нее вакуум, я закреплю ее, повернув этот винт, приспособленный к ее горлышку: теперь мы можем найти точный вес этой бутылки, поместив ее на одну из чаш весов. Она весит, как видите, ровно две унции; но когда я поворачиваю винт, чтобы впустить воздух в бутылку, чаша, которая ее содержит, перевешивает.

Кэролайн. Без сомнения, бутылка, наполненная воздухом, тяжелее бутылки без воздуха; и дополнительный вес, необходимый для того, чтобы снова привести весы в равновесие, должен быть точно равен весу воздуха, который теперь содержит бутылка.

Миссис Б. Этот вес, как видите, составляет почти два грана. Размеры этой бутылки — шесть кубических дюймов. Шесть кубических дюймов воздуха, следовательно, при температуре этой комнаты весят почти 2 грана.

Кэролайн. Почему вы учитываете температуру комнаты при оценке веса воздуха?

Миссис Б. Потому что тепло разрежает воздух и делает его легче; поэтому чем теплее воздух, который вы взвешиваете, тем легче он будет.

Если вы теперь пожелаете узнать удельный вес этого воздуха, нам нужно только наполнить ту же бутылку водой и таким образом получить вес равного количества воды — который, как видите, составляет 1515 гран; теперь, сравнивая вес воды с весом воздуха, мы находим, что он находится в пропорции около 800 к 1.

Поскольку вы знакомы с десятичной арифметикой, вы поймете, что я имею в виду, когда скажу вам, что если принять воду за 1000, удельный вес воздуха будет 1,2.

Я покажу вам еще один пример веса атмосферы, который, я думаю, вам понравится: вы знаете, что такое барометр?

Кэролайн. Это прибор, который указывает состояние погоды с помощью трубки с ртутью; но как именно, я не могу сказать.

Миссис Б. Он показывает вес атмосферы, который оказывает большое влияние на погоду. Барометр — это прибор, чрезвычайно простой по своей конструкции. Чтобы вы могли его понять, я покажу вам, как он сделан. Я сначала наполняю ртутью стеклянную трубку А В (рис. 3, табл. 14), длиной около трех футов, открытую только с одного конца; затем, закрыв открытый конец пальцем, я погружаю ее в чашку С, содержащую немного ртути.

Эмили. Часть ртути, которая была в трубке, я замечаю, стекает в чашку; но почему не вся она оседает, ведь это противоречит закону равновесия жидкостей, что ртуть в трубке не должна опуститься до уровня ртути в чашке?

Миссис Б. Ртуть, которая вытекла из трубки в чашку, оставила пустое пространство в верхней части трубки, к которому воздух не может получить доступ; это пространство, следовательно, является идеальным вакуумом; ртуть в трубке освобождена от давления атмосферы, в то время как ртуть в чашке остается подверженной ему.

Кэролайн. О, теперь я понимаю; давление воздуха на ртуть в чашке заставляет ее подниматься в трубке, где нет воздуха, чтобы противодействовать внешнему давлению.

Эмили. Или, скорее, поддерживает ртуть в трубке и предотвращает ее падение.

Миссис Б. Это сводится к одному и тому же; ибо сила, которая может поддерживать ртуть в вакууме, также заставила бы ее подняться, когда она встретила бы вакуум.

Таким образом, вы видите, что равновесие ртути нарушается только для сохранения общего равновесия жидкостей.

Кэролайн. Но этот простой аппарат по внешнему виду очень не похож на барометр.

Миссис Б. Это все, что существенно для барометра. Трубка и чашка, или резервуар со ртутью, закреплены на доске для удобства подвешивания; латунная пластина в верхней части доски градуирована на дюймы и десятые доли дюйма для определения высоты, на которой ртуть стоит в трубке; а небольшая подвижная металлическая пластина служит для того, чтобы показать эту высоту с большей точностью.

Эмили. И на какой высоте вес атмосферы будет поддерживать ртуть?

Миссис Б. Около 28 или 29 дюймов, как вы увидите по этому барометру; но это зависит от веса атмосферы, который сильно варьируется при различных состояниях погоды. Чем больше давление воздуха на ртуть в чашке, тем выше она поднимется в трубке. Теперь можете ли вы сказать мне, тяжелее ли воздух в дождливую или в сухую погоду?

Кэролайн. Не раздумывая ни секунды, воздух должен быть тяжелее в дождливую погоду. Он такой угнетающий и заставляет чувствовать себя такой тяжелой, в то время как в хорошую погоду я чувствую себя легкой, как перышко, и бодрой, как пчела.

Миссис Б. Не лучше ли было бы ответить, немного поразмыслив, Кэролайн? Это убедило бы вас, что воздух должен быть тяжелее в сухую погоду; ибо именно тогда ртуть поднимается в трубке, и, следовательно, ртуть в чашке должна быть сильнее всего сжата воздухом.

Кэролайн. Почему же тогда воздух кажется таким тяжелым в плохую погоду?

Миссис Б. Потому что он менее полезен для здоровья, когда пропитан влагой. Легкие в этих обстоятельствах не работают так свободно, и кровь не циркулирует так хорошо; таким образом, часто возникают препятствия в мелких сосудах, от которых происходят простуды, астмы, лихорадки и т. д.

Эмили. Поскольку атмосфера уменьшается в плотности в верхних слоях, не является ли воздух более разреженным на холме, чем на равнине; и показывает ли барометр эту разницу?

Миссис Б. Конечно. Этот прибор настолько точен в своих показаниях, что используется для измерения высоты гор и оценки высоты воздушных шаров; ртуть опускается в трубке по мере того, как вы поднимаетесь на большую высоту.

Эмили. И не испытывается ли никаких неудобств от разреженности воздуха в таких возвышенных местах?

Миссис Б. О, да; часто. Это иногда бывает тягостно из-за недостаточности для дыхания; и расширение, которое происходит в более плотном воздухе, содержащемся внутри тела, часто бывает болезненным: оно вызывает вздутие и иногда приводит к разрыву мелких кровеносных сосудов в носу и ушах. Кроме того, в таких местах вы более подвержены как жаре, так и холоду; ибо хотя атмосфера сама по себе прозрачна, ее нижние слои изобилуют парами и испарениями от земли, которые плавают в ней и действуют в некоторой степени как покрытие, которое сохраняет нас в равной степени от интенсивности солнечных лучей и от суровости холода.

Кэролайн. Скажите, миссис Б., разве термометр не построен на тех же принципах, что и барометр?

Миссис Б. Вовсе нет. Подъем и падение жидкости в термометре вызываются расширяющей силой тепла и конденсацией, производимой холодом: воздух не имеет к нему доступа. Объяснение этого было бы, следовательно, неуместным для нашей нынешней темы.

Эмили. Я размышляла, что поскольку именно вес атмосферы поддерживает ртуть в трубке барометра, он поддерживал бы столб любой другой жидкости таким же образом.

Миссис Б. Конечно; но поскольку ртуть тяжелее всех других жидкостей, она будет поддерживать более высокий столб любой другой жидкости; ибо две жидкости находятся в равновесии, когда их высота изменяется обратно пропорционально их плотности. Мы находим, что вес атмосферы равен поддержанию столба воды, например, не менее чем в 32 фута над ее уровнем.

Кэролайн. Вес атмосферы, значит, так же велик, как вес тела воды высотой в 32 фута.

Миссис Б. Точно; ибо столб воздуха высотой в атмосферу равен столбу воды около 32 футов или столбу ртути от 28 до 29 дюймов.

Обычный насос зависит от этого принципа. При действии насоса давление атмосферы снимается с воды, которая, вследствие этого, поднимается.

Корпус насоса состоит из большой трубки или трубы, нижний конец которой погружен в воду, которую он предназначен поднимать. К этой трубке прилажен своего рода стопор, называемый поршнем, который заставляют двигаться вверх и вниз с помощью металлического стержня, прикрепленного к центру поршня.

Эмили. Не похоже ли это на шприц, с помощью которого вы сначала втягиваете, а затем выталкиваете воду?

Миссис Б. Похоже; но вы знаете, что мы не хотим выталкивать воду из насоса с того же конца трубы, с которого мы ее втягиваем. Назначение насоса — поднимать воду из источника или колодца; труба, следовательно, помещается перпендикулярно над водой, которая входит в нее через нижний конец, и она выходит через горизонтальный носик ближе к верхней части насоса; для этого, помимо поршня, существуют два приспособления, называемые клапанами. Насос, следовательно, является более сложным механизмом, чем шприц.

Кэролайн. Скажите, миссис Б., разве кожа, которая покрывает отверстие в нижней доске мехов, не является своего рода клапаном?

Миссис Б. Да, клапаны бывают различных форм; любое приспособление, которое позволяет жидкости проходить в одном направлении и предотвращает ее возврат, называется клапаном; клапан мехов и обычного насоса в точности напоминают друг друга. Теперь, я думаю, вы можете понять устройство насоса.

Его различные части изображены на этом рисунке: (рис. 4, табл. 14) А В — это труба или корпус насоса, Р — поршень, V — клапан или маленькая дверца в поршне, которая, открываясь вверх, позволяет воде подниматься через него, но предотвращает ее возврат, и Y — это аналогичный клапан, расположенный ниже в корпусе насоса; Н — это ручка, которая в этой модели служит для работы поршня.

Когда насос находится в состоянии покоя, два клапана закрыты под собственным весом; но когда при работе ручкой насоса поршень поднимается, он поднимает столб воздуха, который покоился на нем, и создает вакуум между поршнем и нижним клапаном Y; воздух под этим клапаном, который находится непосредственно над поверхностью воды, следовательно, расширяется и пробивает себе путь через него; вода, освобожденная от давления воздуха, поднимается в насос. Несколько движений ручки полностью исключают воздух из корпуса насоса и наполняют его водой, которая, пройдя через оба клапана, вытекает из носика.

Кэролайн. Я понимаю это прекрасно. Когда поршень поднимается, воздух и вода последовательно поднимаются в насосе по той же причине, по которой ртуть поднимается в барометре.

Эмили. Я думала, что вода втягивается в насос путем всасывания, так же, как вода может быть втянута через соломинку.

Миссис Б. Так оно и есть, в корпус насоса; ибо сила всасывания — это не что иное, как создание вакуума над одной частью жидкости, в который жидкость выталкивается давлением атмосферы на другую часть. Действие всасывания через соломинку состоит во втягивании и удержании дыхания, чтобы создать вакуум во рту; вследствие чего воздух внутри соломинки устремляется в рот, и за ним следует жидкость, в которую погружен нижний конец соломинки. Принцип, как видите, тот же, и единственная разница заключается в способе создания вакуума. При всасывании мышечные силы выполняют роль поршня и клапана.

Эмили. Значит, вода не может быть поднята насосом выше 32 футов; ибо давление атмосферы не поддержит столб воды выше этой высоты.

Миссис Б. Прошу прощения. Это правда, что расстояние от уровня воды в колодце до клапана в поршне никогда не должно быть таким большим, как 32 фута, иначе вода не поднимется через этот клапан; но как только вода прошла это отверстие, уже не давление воздуха на резервуар заставляет ее подниматься; она поднимается путем подъема, как вы подняли бы ее в ведре, дном которого служил бы поршень. Этот обычный насос, следовательно, называется всасывающим или подъемным насосом, так как он построен на обоих этих принципах. Стержень, к которому прикреплен поршень, должен быть сделан достаточно длинным, чтобы позволить поршню находиться в пределах 32 футов от поверхности воды в колодце, какой бы глубокой она ни была. Существует другой вид насоса, называемый нагнетательным насосом: он состоит из нагнетательной силы, добавленной к всасывающей части насоса. Эта дополнительная сила основана в точности на принципе шприца: поднимая поршень, вы втягиваете воду в насос, а заставляя его опускаться, вы выталкиваете воду наружу.

Кэролайн. Но вода должна выталкиваться из верхней части насоса; и я не могу представить, как это можно сделать при опускании поршня.

Миссис Б. Рис. 5, табл. 14, объяснит трудность. Большая труба А В представляет собой всасывающую часть насоса, которая отличается от подъемного насоса только тем, что ее поршень Р не снабжен клапаном, вследствие чего вода не может подняться выше него. Поэтому, когда поршень опускается, он закрывает клапан Y и выталкивает воду (у которой нет другого выхода) в трубу D: она также снабжена клапаном V, который, открываясь вверх, позволяет воде проходить, но предотвращает ее возврат.

Вода, таким образом, сначала поднимается в насосе, а затем выталкивается в трубу попеременным движением поршня вверх и вниз после нескольких движений ручки для наполнения трубы, откуда вода вытекает из носика.

Эмили. Разве воздушный насос, который вы использовали в экспериментах по пневматике, не работает на тех же принципах, что и всасывающий насос?

Миссис Б. Точно. Воздушный насос, который я использовала (табл. 1, рис. 2), имеет два полых латунных цилиндра, называемых стволами, которые сделаны идеально точно. В каждом из этих стволов есть поршень; они работают вверх и вниз с помощью одной и той же ручки; поршни снабжены клапанами, открывающимися вверх, как у обычного насоса: есть также клапаны, расположенные в нижней части каждого ствола, которые открываются вверх; таким образом, есть два насоса, объединенных для производства того же эффекта: две трубки соединяют эти стволы с пластиной, на которую я поместила колоколы, которые должны были быть откачаны.

Эмили. Теперь я понимаю, как действует воздушный насос; колокол содержит воздух, который откачивается так же, как обычным насосом, прежде чем вода начинает подниматься.

Миссис Б. Объяснив механические свойства воздуха, я думаю, теперь пора закончить наш урок. Когда мы встретимся в следующий раз, я расскажу вам о ветре и звуке, что завершит наши наблюдения над упругими жидкостями.

Кэролайн. А я побегу в сад, чтобы получить удовольствие от работы насосом, теперь, когда я понимаю конструкцию насоса.

Миссис Б. И завтра, я надеюсь, вы сможете сказать мне, нагнетательный это или обычный подъемный насос.

Вопросы

1.(Pg. 136) Into what two kinds are fluids divided?

2.(Pg. 136) There are different kinds of elastic fluids, in what properties are they alike, and in what do they differ?

3.(Pg. 136) In what particular do elastic, differ from non-elastic, fluids?

4.(Pg. 136) What is meant by the elasticity of air?

5.(Pg. 137) What is said respecting the weight of the atmosphere?

6.(Pg. 137) Why do we not feel the pressure of the air?

7.(Pg. 137) What would be the effect of relieving us from atmospheric pressure?

8.(Pg. 138) How may the weight of the air be shown by the aid of the air pump, and a piece of bladder?

9.(Pg. 138) How is this explained?

10.(Pg. 138) How may its elasticity be exhibited, by an apple, and by a bladder?

11.(Pg. 139) What is the absolute weight of a given column of atmospheric air, and how could its whole pressure upon the earth be ascertained?

12.(Pg. 139) How can the weight of a small bulk of air be found?

13.(Pg. 140) In ascertaining the weight of air, we take account of its temperature—Why?

14.(Pg. 140) How could you ascertain the specific gravity of air, and what would it be?

15.(Pg. 140) What are the essential parts of a barometer, as represented plate 14, fig. 3?

16.(Pg. 141) What sustains the mercury in the tube?

17.(Pg. 141) Of what use are the divisions in the upper part of the instrument?

18.(Pg. 141) To what height will the mercury rise, and what occasions this height to vary?

19.(Pg. 141) When is the mercury highest, in wet, or in dry weather?

20.(Pg. 141) What occasions the sensation of oppression, in damp weather?

21.(Pg. 142) Why will the barometer indicate the height of mountains, or of balloons?

22.(Pg. 142) Is any inconvenience experienced by persons ascending to great heights, and from what cause?

23.(Pg. 142) What occasions the rise and fall of the mercury, in a thermometer?

24.(Pg. 142) To what height will the pressure of the atmosphere raise a column of water?

25.(Pg. 142) What governs the difference between the height of the mercury, and of the water?

26.(Pg. 143) How does the common pump, raise water from a well?

27.(Pg. 143) What is meant by a piston?

28.(Pg. 143) Describe the construction, and use, of a valve.

29.(Pg. 143) What are the parts of the pump, as represented, fig. 4, plate 14.?

30.(Pg. 144) How do these parts act, in raising the water?

31.(Pg. 144) In what does that which is commonly called suction, consist?

32.(Pg. 144) How must the piston be situated in the pump?

33.(Pg. 144) What other kind of pump is described?

34.(Pg. 145) How is the forcing pump constructed, as shown in plate 14, fig. 5?

35.(Pg. 145) Describe the construction and operation of the air pump, (fig. 2, plate 1.)

БЕСЕДА XIII. О ВЕТРЕ И ЗВУКЕ.

OF WIND IN GENERAL. OF THE TRADE-WIND. OF THE PERIODICAL TRADE-WINDS. OF THE AERIAL TIDES. OF SOUNDS IN GENERAL. OF SONOROUS BODIES. OF MUSICAL SOUNDS. OF CONCORD OR HARMONY, AND MELODY.

МИССИС Б.

Ну что, Кэролайн, выяснила ли ты, какой насос у тебя в саду?

Кэролайн. Думаю, это просто всасывающий насос, поскольку для подъема рукоятки не требуется больше усилий, чем нужно для поднятия ее собственного веса; а так как в нагнетательном насосе при подъеме рукоятки вода нагнетается в более узкую трубу, сопротивление, которое оказывает вода, должно требовать приложения силы для его преодоления.

Миссис Б. Не сомневаюсь, что ты права; всасывающие насосы, будучи простыми по своей конструкции, встречаются гораздо чаще.

Я обещала сегодня рассказать тебе о природе ветра. Ветер — это не что иное, как движение потока или течения воздуха, обычно вызываемое частичным изменением температуры в атмосфере; ибо когда какая-либо часть нагревается сильнее остальных, она разрежается, воздух вследствие этого поднимается, и равновесие нарушается. Когда это происходит, неизбежно следует движение окружающего воздуха к этой части, чтобы восстановить его; поэтому данное место получает ветры со всех сторон. Те, кто живет к северу от него, ощущают северный ветер; те, кто к югу, — южный; ты понимаешь это?

Кэролайн. Вполне. Но какая погода должна быть у тех людей, которые живут в том месте, где эти ветры встречаются и сталкиваются?

Миссис Б. У них чаще всего бывает бурная и неспокойная погода, смерчи, ураганы, дожди, молнии, гром и т. д. Эта штормовая погода наиболее часто встречается в жарком поясе, где тепло сильнее всего: воздух там более разрежен, чем в любой другой части земного шара, он легче и, следовательно, поднимается; в то время как воздух с севера и юга постоянно притекает, чтобы восстановить равновесие.

Кэролайн. Это движение воздуха создавало бы регулярный и постоянный северный ветер для жителей северного полушария и южный ветер для жителей южного полушария, а также постоянные штормы на экваторе, где эти два встречных ветра сходились бы.

Миссис Б. Эти ветры не встречаются, так как каждый из них меняет свое направление, прежде чем достичь экватора. Солнце, перемещаясь над экваториальными областями с востока на запад, по мере своего движения разрежает воздух и заставляет более плотный восточный воздух течь на запад, чтобы восстановить равновесие, тем самым создавая регулярный восточный ветер около экватора.

Кэролайн. Значит, воздух с запада постоянно движется навстречу солнцу, чтобы исправить нарушение равновесия атмосферы, вызванное его лучами. Но мне интересно, как вы примирите эти различные ветры, миссис Б.; сначала вы заставили меня предположить, что на экваторе идет постоянная борьба между противоположными ветрами, вызывающая штормы и бури; но теперь я слышу об одном регулярном неизменном ветре, который, естественно, должен сопровождаться спокойной погодой.

Эмили. Кажется, я понимаю: не объединяются ли эти ветры с севера и юга с восточным ветром около экватора, образуя то, что называют пассатами?

Миссис Б. Именно так, дорогая. Сочетание двух ветров, северного и восточного, создает постоянный северо-восточный ветер; а сочетание двух ветров, южного и восточного, создает регулярный юго-восточный ветер; эти ветры распространяются примерно на тридцать градусов по обе стороны от экватора, а в регионах, более удаленных от него, ощущаются только соответствующие северные и южные ветры.

Кэролайн. Но, миссис Б., если воздух постоянно течет от полюсов к жарким поясам, должен ли возникать недостаток воздуха в полярных регионах?

Миссис Б. Легкий воздух около экватора, который расширяется и поднимается в верхние слои атмосферы, в конечном итоге течет оттуда обратно к полюсам, чтобы восстановить равновесие: если бы не этот источник, полярные атмосферные области вскоре были бы истощены потоком воздуха, который они постоянно посылают в нижних слоях атмосферы к экватору.

Кэролайн. Значит, в атмосфере существует своего рода циркуляция воздуха: воздух в нижних слоях течет от полюсов к экватору, а в верхних слоях течет обратно от экватора к полюсам.

Миссис Б. Совершенно верно; я могу показать вам пример этой циркуляции в меньшем масштабе. Воздух в этой комнате более разрежен, чем наружный, поэтому ветер или поток воздуха врывается через щели в окнах и дверях, чтобы восстановить равновесие; но легкий воздух, которым наполнена комната, должен найти какой-то выход, чтобы освободить место для тяжелого воздуха, который входит. Если вы приоткроете дверь и подержите свечу у ее верхней части, вы увидите, что пламя отклонится наружу, показывая, что существует поток воздуха, выходящий из верхней части комнаты. Теперь поставьте свечу на пол, рядом с дверью, и вы заметите по наклону пламени, что существует также поток воздуха, входящий в комнату.

Кэролайн. Все именно так; верхний поток — это теплый легкий воздух, который вытесняется, чтобы освободить место для потока холодного плотного воздуха, входящего в комнату внизу.

Миссис Б. Помимо общих ветров, или пассатов, существуют другие, которые называются периодическими, потому что они дуют в противоположных направлениях в определенные периоды.

Эмили. Я слышала, миссис Б., что периодические ветры, называемые в жарком поясе морскими и береговыми бризами, дуют в сторону суши днем и в сторону моря ночью: в чем причина этого?

Миссис Б. Суша отражает в атмосферу гораздо большее количество солнечных лучей, чем вода; поэтому та часть атмосферы, которая находится над сушей, нагревается и разрежается сильнее, чем та, что над морем: это заставляет ветер дуть на сушу, как мы видим, что это регулярно происходит на побережье Гвинеи и в других странах жаркого пояса. Там бывает только морской бриз, но на островах, как правило, бывают и береговой, и морской бризы, причем последний образуется описанным способом; в то время как ночью, во время отсутствия солнца, земля остывает, и воздух, следовательно, сжимается и течет с суши к морю, вызывая береговой бриз.

Эмили. Я много слышала о сильных бурях, вызванных сменой муссонов; разве они не являются также регулярными пассатами?

Миссис Б. Их называют периодическими пассатами, так как они меняют свое направление каждые полгода. Это изменение вызвано годовым движением Земли вокруг Солнца; северный полюс наклонен к этому светилу в течение одной половины года, а южный полюс — в течение другой. В течение лета в северном полушарии страны Аравия, Персия, Индия и Китай сильно нагреваются и отражают большое количество солнечных лучей в атмосферу, из-за чего она становится чрезвычайно разреженной, и равновесие, следовательно, нарушается. Чтобы восстановить его, воздух из экваториальных южных регионов, где он холоднее (а также из более холодных северных частей), должен неизбежно иметь движение в сторону этих областей. Поток воздуха из экваториальных регионов создает пассаты в течение первых шести месяцев во всех морях между нагретым континентом Азии и экватором. В другие шесть месяцев, когда лето в южном полушарии, океан и страны в сторону южного тропика нагреваются сильнее всего, и воздух над этими частями становится более разреженным: тогда воздух около экватора меняет свой курс и течет в прямо противоположном направлении.

Кэролайн. Это объяснение муссонов очень любопытно; но что означает их смена?

Миссис Б. Это название, данное моряками смене периодических ветров; они меняют свое направление не внезапно, а постепенно, по мере того как солнце перемещается из одного полушария в другое: это изменение обычно сопровождается штормами и ураганами, очень опасными для судоходства; поэтому в этих морях редко плавают в сезон равноденствий.

Эмили. Думаю, я прекрасно понимаю ветры в жарком поясе; но что вызывает большое разнообразие ветров, которые встречаются в умеренных поясах? ведь, согласно вашей теории, в этих климатах должны быть только северные и южные ветры.

Миссис Б. Поскольку такая большая часть атмосферы, как та, что находится над жарким поясом, находится в постоянном волнении, эти волнения в упругой жидкости, которая поддается малейшему воздействию, должны распространяться во все стороны на большое расстояние; поэтому воздух во всех климатах будет испытывать большие или меньшие возмущения в зависимости от расположения страны, положения гор, долин и множества других причин: отсюда легко понять, что почти каждый климат должен быть подвержен переменным ветрам; это особенно характерно для высоких широт, где земля менее сильно подвержена воздействию солнечных лучей, чем вблизи экватора.

Кэролайн. Я заметила, что ветер, в какую бы сторону он ни дул, почти всегда стихает к закату солнца.

Миссис Б. Потому что разрежение воздуха в том конкретном месте, которое вызывает ветер, уменьшается по мере того, как солнце склоняется, и, следовательно, скорость ветра падает.

Эмили. Поскольку воздух является гравитирующей жидкостью, не подвержен ли он притяжению Луны и Солнца так же, как воды?

Миссис Б. Несомненно; но воздушные приливы настолько же больше водных, насколько плотность воды превышает плотность воздуха, что, как вы можете помнить, составляет примерно 800 к 1.

Кэролайн. Какое колоссальное вздутие это должно вызывать! Насколько сильно вес такого столба воздуха должен поднимать ртуть в барометре!

Эмили. Поскольку этот огромный прилив воздуха притягивается вверх и как бы поддерживается Луной, его вес и давление, я полагаю, должны скорее уменьшиться, чем увеличиться?

Миссис Б. Вес атмосферы не увеличивается и не уменьшается из-за воздушных приливов. Притяжение Луны увеличивает объем столба воздуха настолько же, насколько уменьшает его вес; эти эффекты, следовательно, уравновешивают друг друга, поэтому воздушные приливы не влияют на барометр.

Кэролайн. Я не совсем это понимаю.

Миссис Б. Давайте предположим, что дополнительный объем воздуха во время прилива поднимает барометр на один дюйм; и, с другой стороны, что поддержка, которую притяжение Луны оказывает воздуху, уменьшает его вес или давление настолько, что ртуть опускается на один дюйм; при таких обстоятельствах ртуть должна оставаться неподвижной. Таким образом, вы видите, что мы никогда не сможем ощутить воздушные приливы с помощью барометра из-за равенства давления атмосферы, независимо от ее высоты.

Существование воздушных приливов, однако, не является гипотетическим; оно доказано эффектом, который они производят на видимое положение небесных тел; но я не могу объяснить вам это, пока вы не поймете свойства света.

Эмили. А когда мы их изучим?

Миссис Б. Сначала я объясню вам природу звука, который тесно связан с природой воздуха; и я думаю, что на нашей следующей встрече мы сможем перейти к теме оптики.

Мы рассмотрели эффекты, производимые широким и протяженным волнением воздуха; но существует другой вид волнения, которому подвержен воздух — вибрационное дрожащее движение, которое, ударяясь о барабанную перепонку уха, производит звук.

Кэролайн. Разве звук не производится твердыми телами? Голос животных, звон колоколов, музыка инструментов — все это исходит от твердых тел. Я не знаю никакого другого звука, кроме звука ветра, который производится воздухом.

Миссис Б. Звук, уверяю вас, является результатом дрожащего движения воздуха; а перечисленные вами звучащие тела — это лишь инструменты, с помощью которых этот особый вид движения передается воздуху.

Кэролайн. Что! Когда я звоню в этот маленький колокольчик, разве это воздух звучит, а не колокольчик?

Миссис Б. И колокольчик, и воздух участвуют в производстве звука. Но звук, строго говоря, — это восприятие, возбуждаемое в сознании движением воздуха, воздействующим на нервы уха; поэтому воздух, как и звучащие тела, приводящие его в движение, является лишь причиной звука, непосредственный эффект производится чувством слуха: ибо без этого чувства звука не было бы.

Эмили. Мне трудно это представить. Человек, рожденный глухим, правда, не имеет представления о звуке, потому что он ничего не слышит; однако это не препятствует реальному существованию звука, как могут засвидетельствовать все те, кто не глух.

Миссис Б. Я не сомневаюсь в существовании звука для всех тех, кто обладает чувством слуха; но он существует не в звучащем теле и не в воздухе, а в сознании человека, чье ухо поражается вибрационным движением воздуха, произведенным звучащим телом. Звук, следовательно, — это ощущение, производимое в живом теле; жизнь так же необходима для его существования, как и для чувства осязания или зрения.

Чтобы убедить вас, что звук не существует в звучащих телах, но что воздух или какая-то другая среда необходимы для его производства, попробуйте позвонить в маленький колокольчик после того, как я подвешу его под колпаком воздушного насоса, из которого я откачаю воздух...

Кэролайн. Это действительно очень странно: хотя я трясу его так сильно, он производит лишь слабый звук.

Миссис Б. Откачав воздух из-под колпака, я прервала связь между воздухом и колокольчиком; последний, следовательно, не может передать свое движение воздуху.

Кэролайн. Вы уверены, что это не стекло, которое покрывает колокольчик, мешает нам его слышать?

Миссис Б. Это вы можете легко выяснить, впустив воздух под колпак, а затем позвонив в колокольчик.

Кэролайн. Очень верно; теперь я слышу его почти так же громко, как если бы стекло его не покрывало; и я больше не могу сомневаться в том, что воздух необходим для производства звука.

Миссис Б. Не абсолютно необходим, хотя и является самым распространенным проводником звука. Жидкости, так же как и воздух, способны передавать вибрационное движение звучащего тела к органу слуха; так как звук можно слышать под водой. Твердые тела также передают звук, в чем я скоро убежу вас с помощью очень простого эксперимента. Я привяжу эту веревку серединой к кочерге; теперь поднимите кочергу с земли за два конца веревки и приложите по одному к каждому уху: я сейчас ударю по кочерге ключом, и вы обнаружите, что звук передается к уху с помощью веревок гораздо более совершенным образом, чем если бы он не имел иного проводника, кроме воздуха.

Кэролайн. Это безусловно так, ибо я почти оглушена шумом. Но что такое звучащее тело, миссис Б.? Ведь все тела способны производить какой-то звук благодаря движению, которое они сообщают воздуху.

Миссис Б. Звучащими называются те тела, которые производят чистые, отчетливые, регулярные и длительные звуки, такие как колокол, барабан, музыкальные струны, духовые инструменты и т. д. Они обязаны этим свойством своей упругости; ибо упругое тело после удара не только возвращается в прежнее положение, но, приобретя количество движения благодаря своей скорости, подобно маятнику, выскакивает в противоположную сторону. Если я оттяну струну А В (рис. 6, таблица 14), закрепленную с обоих концов, к точке С, она не только вернется в исходное положение, но и проследует дальше, к D.

Это ее первая вибрация; по окончании которой она сохранит достаточную скорость, чтобы дойти до E и вернуться обратно к F, что составляет ее вторую вибрацию; третья вибрация донесет ее только до G и H, и так далее, пока сопротивление воздуха не уничтожит ее движение.

Вибрация звучащего тела придает дрожащее движение окружающему воздуху, очень похожее на движение, сообщаемое спокойной воде, когда в нее бросают камень. Это сначала создает небольшую круговую волну вокруг места, куда падает камень; волна распространяется и постепенно передает свое движение соседним водам, создавая подобные волны в значительной степени. Такие же волны создаются в воздухе движением звучащего тела, но с той разницей, что, поскольку воздух является упругой жидкостью, движение состоит не из регулярно распространяющихся волн, а из вибраций; и они состоят из движения вперед и назад, подобного движениям звучащего тела. Они также различаются тем, что одни происходят в плоскости, а другие — во всех направлениях: воздушные волны являются сферическими.

Эмили. Но если воздух движется как вперед, так и назад, как может его движение распространяться настолько, чтобы передавать звук на расстояние?

Миссис Б. Первая сфера волн, которые создаются непосредственно вокруг звучащего тела, при нажатии на прилегающий воздух сжимает его. Сжатый воздух, хотя и устремленный вперед под давлением, реагирует на первый набор волн, отталкивая их назад. Второй набор волн, которые были приведены в движение, в свою очередь передают свое движение и сами отталкиваются назад в результате реакции. Таким образом, в воздухе возникает последовательность волн, соответствующая последовательности волн в воде.

Кэролайн. Вибрации звука должны распространяться гораздо дальше, чем круговые волны в воде, поскольку звук передается на большое расстояние.

Миссис Б. Воздух — это жидкость, гораздо менее плотная, чем вода, поэтому движение передается ему легче. Грохот пушки производит вибрации воздуха, которые распространяются на несколько миль вокруг.

Эмили. Удаленный звук достигает нас через некоторое время, так как он производится в момент выстрела из пушки; и мы видим свет вспышки задолго до того, как слышим грохот.

Миссис Б. Воздух немедленно приводится в движение при выстреле из пушки; но требуется время, чтобы вибрации распространились до любого удаленного места. Скорость звука вычисляется как 1142 фута в секунду.

Кэролайн. С какой поразительной быстротой должны передаваться вибрации! Но скорость звука, я полагаю, меняется вместе со скоростью воздуха, который его передает. Если ветер дует к нам от пушки, мы должны услышать грохот раньше, чем если бы он дул в другую сторону.

Миссис Б. Направление ветра меньше влияет на скорость звука, чем вы можете себе представить. Если ветер дует от нас, он уносит большую часть воздушных волн и делает звук слабее; но он не намного дольше достигает уха, чем если бы ветер дул к нам. Эта равномерная скорость звука позволяет нам определить расстояние до объекта, от которого он исходит; например, до судна в море, стреляющего из пушки, или до грозового облака. Если мы не слышим гром через полминуты после того, как увидели молнию, мы заключаем, что облако находится на расстоянии шести с половиной миль.

Эмили. Скажите, пожалуйста, как производится звук эха?

Миссис Б. Когда воздушные вибрации встречают препятствие, имеющее твердую и ровную поверхность, такую как стена или скала, они отражаются обратно к уху и производят тот же звук во второй раз; но звук тогда будет казаться исходящим от объекта, которым он отражен. Если вибрации падают перпендикулярно на препятствие, они отражаются обратно по той же линии; если косо, звук возвращается косо, в противоположном направлении, причем угол отражения равен углу падения.

Кэролайн. О, тогда, Эмили, я теперь понимаю, почему эхо моего голоса за нашим домом слышно вами гораздо отчетливее, чем мной, когда мы стоим на противоположных концах гравийной дорожки. Мой голос, или, вернее, я должна сказать, вибрации воздуха, которые он вызывает, падают косо на стену дома и отражаются ею к противоположному концу гравийной дорожки.

Эмили. Совершенно верно; и мы заметили, что когда мы стоим посередине дорожки, напротив дома, эхо возвращается к тому, кто говорил.

Миссис Б. Рупоры сконструированы на принципе отражения звука. Голос, вместо того чтобы рассеиваться в открытом воздухе, ограничивается рупором; и вибрации, которые в противном случае распространялись бы в стороны, падают на стенки инструмента и отражаются от разных точек падения, объединяясь с теми вибрациями, которые идут прямо вперед. Таким образом, вибрации принудительно направляются вперед, в направлении рупора, что значительно усиливает звук для человека, находящегося в этом направлении. Рисунок 7, таблица 14, даст вам более ясное представление о рупоре; в нем проведены линии, чтобы представить способ, которым мы можем вообразить отражение звука. Перед рупором есть точка F, которая называется его фокусом, потому что звук там более интенсивный, чем в любом другом месте. Рупор, используемый глухими людьми, действует на том же принципе; хотя он не увеличивает звук в той же степени.

Эмили. Сконструированы ли трубы, используемые в качестве музыкальных инструментов, также на этом принципе?

Миссис Б. Настолько, насколько их форма способствует усилению звука, да; но как музыкальный инструмент труба сама становится звучащим телом, которое заставляют вибрировать, дуя в него, и оно передает свои вибрации воздуху.

Я попытаюсь дать вам в нескольких словах некоторое представление о природе музыкальных звуков, которые, поскольку вы любите музыку, должны быть вам интересны.

Если по звучащему телу ударить таким образом, что его вибрации совершаются через равные промежутки времени, вибрации воздуха будут соответствовать им; и, ударяя таким же регулярным образом по барабанной перепонке уха, они произведут то же равномерное ощущение на слуховой нерв и возбудят ту же равномерную идею в сознании; или, другими словами, мы услышим один музыкальный тон.

Но если вибрации звучащего тела нерегулярны, неизбежно последует путаница воздушных вибраций; ибо вторая вибрация может начаться до того, как закончится первая, встретить ее на полпути при возвращении, прервать ее на пути и произвести резкие, неприятные звуки, которые называются диссонансами.

Эмили. Но каждый набор этих нерегулярных вибраций, если бы он повторялся отдельно и через равные промежутки времени, я полагаю, произвел бы музыкальный тон? Только их нерегулярное вмешательство вызывает диссонанс.

Миссис Б. Конечно. Чем быстрее вибрирует звучащее тело, тем более острым или высоким является производимый звук; и чем медленнее вибрации, тем более низким будет звук.

Кэролайн. Но если я ударяю по любой ноте фортепиано неоднократно, быстро или медленно, она всегда дает один и тот же тон.

Миссис Б. Потому что вибрации одной и той же струны при одной и той же степени натяжения всегда имеют одинаковую продолжительность. Быстрота или медленность вибраций относятся к отдельным тонам, а не к различным звукам, которые они могут составлять, следуя друг за другом. Удары по ноте в быстрой последовательности производят более частое повторение тона, но не увеличивают скорость вибраций струны.

Продолжительность вибраций струн или проволок зависит от их длины, их толщины или веса и степени их натяжения: таким образом, вы видите, что низкие басовые ноты производятся длинными, толстыми, слабо натянутыми струнами; а высокие дискантовые ноты — короткими, тонкими и туго натянутыми струнами.

Кэролайн. Значит, различная длина и размер струн музыкальных инструментов служат для изменения продолжительности вибраций и, следовательно, остроты или низкого звучания нот?

Миссис Б. Да. Среди множества тонов есть такие, которые при совместном звучании радуют слух, производя то, что мы называем гармонией или консонансом. Это происходит из-за согласования вибраций двух звучащих тел; так что некоторые вибрации каждого из них ударяют по уху в одно и то же время. Таким образом, если вибрации двух струн совершаются за равное время, обоими производится один и тот же тон, и говорят, что они находятся в унисоне.

Эмили. Теперь я понимаю, почему, когда я настраиваю свою арфу в унисон с фортепиано, я натягиваю струны туже, если звук слишком низкий, или ослабляю их, если он слишком высокий: это для того, чтобы заставить их вибрировать за равное время со струнами фортепиано.

Миссис Б. Но консонанс, вы знаете, не ограничивается унисоном; ибо два разных тона гармонируют во множестве случаев. Когда вибрации одной струны (или другого звучащего тела) вибрируют в два раза дольше другой, вторая вибрация последней ударит по уху в тот же момент, что и первая вибрация первой; и это консонанс октавы.

Если вибрации двух струн относятся как два к трем, вторая вибрация первой соответствует третьей вибрации последней, производя гармонию, называемую квинтой.

Кэролайн. Значит, когда я ударяю по основной ноте вместе с ее квинтой, я слышу каждую вторую вибрацию одной и каждую третью вибрацию другой в одно и то же время?

Миссис Б. Да; и основная нота, взятая с квартой, также является консонансом, потому что вибрации относятся как три к четырем. Вибрации большой терции с основной нотой относятся как четыре к пяти; а малой терции — как пять к шести.

Есть другие тоны, которые, хотя их нельзя взять вместе, не производя диссонанса, при последовательном исполнении дают нам ту последовательность приятных звуков, которая называется мелодией. Гармония, вы понимаете, возникает из комбинированного эффекта двух или более консонирующих звуков, в то время как мелодия является результатом определенных простых звуков, которые следуют друг за другом. На этих общих принципах основана наука о музыке; но я недостаточно хорошо с ней знакома, чтобы углубляться в нее дальше.

Поэтому мы теперь закончим тему звука; и на нашей следующей встрече перейдем к оптике, в которой мы рассмотрим природу света, зрения и цветов.

Вопросы

1.(Pg. 146) What is wind, and how is it generally produced?

2.(Pg. 146) How do the winds blow, around the place where the air becomes rarefied?

3.(Pg. 146) What effect is likely to be produced where the winds meet?

4.(Pg. 147) In what part of the globe is the air most rarefied, and what is the consequence?

5.(Pg. 147) How do these winds change their direction as they approach the equator?

6.(Pg. 147) How are the trade-winds produced, and how far do they extend?

7.(Pg. 147) How is the equilibrium in the air restored?

8.(Pg. 148) How can contrary currents of air be shown in a room?

9.(Pg. 148) What causes this?

10.(Pg. 148) What is meant by a periodical wind?

11.(Pg. 148) What occasions the land and sea breezes, and where do they prevail?

12.(Pg. 149) What are monsoons?

13.(Pg. 149) How do they change, and what is the cause?

14.(Pg. 149) What is meant by their breaking up, and what effect is in general produced?

15.(Pg. 149) Why is the wind most variable in high latitudes?

16.(Pg. 150) Why is the wind apt to lessen about sunset?

17.(Pg. 150) What effect must the sun and moon produce upon the atmosphere, from their attraction?

18.(Pg. 150) Why do not the ærial tides affect the barometer?

19.(Pg. 151) How is sound produced?

20.(Pg. 151) Does sound exist in the sonorous body, if not, what is it?

21.(Pg. 151) By what experiment might we prove that air is the principal vehicle of sound?

22.(Pg. 152) What other bodies convey sound, and how can it be shown that they do so?

23.(Pg. 152) What is meant by a sonorous body?

24.(Pg. 152) To what do they owe this property?

25.(Pg. 152) How is this explained by fig. 6, plate 14?

26.(Pg. 152) How is it illustrated by a stone thrown into water, and how far does this illustration apply?

27.(Pg. 153) How are the vibrations propagated?

28.(Pg. 153) How can we prove that sound, does not travel as rapidly as light?

29.(Pg. 153) At what rate is sound said to travel?

30.(Pg. 153) Is the velocity much influenced by the direction of the wind?

31.(Pg. 153) How will sound enable us to judge of the distance of objects?

32.(Pg. 154) How are echoes produced?

33.(Pg. 154) What is the operation and effect of the speaking-trumpet (fig. 7, plate 14)?

34.(Pg. 155) How is a musical tone produced?

35.(Pg. 155) What occasions discords?

36.(Pg. 155) Upon what does the acuteness or gravity of a sound depend?

37.(Pg. 155) Does the force, with which a string is struck, affect the rapidity of its vibrations?

38.(Pg. 155) How are the strings made to produce the high and low notes?

39.(Pg. 155) What is meant by harmony, or concord, and how is it produced?

40.(Pg. 156) When are strings said to be in unison?

41.(Pg. 156) How are octaves produced?

42.(Pg. 156) How are fifths produced?