«Наука для школы и семьи. Часть I. Натурфилософия»

ПРИМЕЧАНИЕ ПЕРЕВОДЧИКА

Очевидные опечатки и пунктуационные ошибки были исправлены после тщательного сопоставления с другими фрагментами текста и обращения к внешним источникам.

Изображение на обложке было создано переводчиком и является общественным достоянием.

Более подробную информацию можно найти в конце книги.

НАУКА ДЛЯ ШКОЛЫ И СЕМЬИ. ЧАСТЬ I. НАТУРФИЛОСОФИЯ.

АВТОР:

УОРТИНГТОН ХУКЕР, доктор медицины,

ПРОФЕССОР ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ МЕДИЦИНЫ В ЙЕЛЬСКОМ КОЛЛЕДЖЕ, АВТОР КНИГ «ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА», «ДЕТСКАЯ КНИГА О ПРИРОДЕ», «ЕСТЕСТВЕННАЯ ИСТОРИЯ» И ДР.

Иллюстрировано почти 300 гравюрами.

НЬЮ-ЙОРК:

HARPER & BROTHERS, ИЗДАТЕЛИ,

ФРАНКЛИН-СКВЕР.

1873.

Д-р Уортингтон Хукер.

Детская книга о природе. Для использования в семьях и школах; предназначена для помощи матерям и учителям в обучении детей наблюдению за природой. В трех частях. Иллюстрирована гравюрами. Три части в одном томе. Малый формат 4to, переплет, $2.00; по отдельности, переплет, по 90 центов за часть.

Часть I. РАСТЕНИЯ.

Часть II. ЖИВОТНЫЕ.

Часть III. ВОЗДУХ, ВОДА, ТЕПЛО, СВЕТ и др.

First Book in Chemistry. For the Use of Schools and Families. Illustrated by Engravings. Square 4to, Cloth, 90 cents.

Естественная история. Для использования в школах и семьях. Иллюстрирована почти 300 гравюрами. 12mo, переплет, $1.50.

Наука для школы и семьи.

Часть I. НАТУРФИЛОСОФИЯ. Иллюстрирована почти 300 гравюрами. 12mo, переплет, $1.50.

Часть II. ХИМИЯ. Иллюстрирована многочисленными гравюрами, 12mo, переплет, $1.50.

Часть III. МИНЕРАЛОГИЯ И ГЕОЛОГИЯ. Иллюстрирована многочисленными гравюрами. 12mo, переплет, $1.50.

Опубликовано HARPER & BROTHERS, Франклин-сквер, Нью-Йорк.

Любая из вышеперечисленных работ высылается в любую часть Соединенных Штатов с предоплатой почтовых расходов по получении цены.

Зарегистрировано в соответствии с Актом Конгресса в 1863 году издательством Harper & Brothers в канцелярии окружного суда Южного округа Нью-Йорка.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Дэниел Уэбстер в своей автобиографии так отзывается о начале изучения права: «Меня заставили учиться по старинке — то есть сначала самые трудные книги, и я потерял много времени. Я прочитал "Кока на Литтлтона", не поняв и четверти. Случайно взяв в руки "Закон о Nisi Prius" Эспинасса, я обнаружил, что могу его понять; и, рассудив, что цель чтения — понимать написанное, я отложил почтенного Кока et alios similes reverendos и некоторое время общался с мистером Эспинассом и другими, самыми простыми, легкими и понятными авторами. Двадцатилетний юноша, не имеющий предварительных знаний по таким предметам, не может понять Кока. Глупо давать ему такого автора. В Коке есть положения настолько абстрактные, различия настолько тонкие, а доктрины охватывают столько условий и оговорок, что требуется усилие не только зрелого ума, но ума сильного и зрелого, чтобы понять его. Зачем внушать отвращение и обескураживать юношу, говоря ему, что он должен пробиваться в свою профессию через такую стену? Я действительно часто отчаивался. Я думал, что никогда не смогу стать юристом, и почти готов был вернуться к учительству. Однако мистер Эспинасс помог мне выбраться из этого положения тем способом, о котором я упомянул, и я всегда чувствовал себя очень обязанным ему».

Здесь очень наглядно изображен недостаток, который сейчас, как и тогда, весьма заметен во всех сферах образования. В начальном образовании он проявляется даже сильнее, чем в колледже или профессиональной школе. Даже в нежном детском возрасте учеников заставляют изучать книги, из которых, как это было у Уэбстера с его "Коком на Литтлтона", они не понимают "и четверти". Если правило не "сначала самые трудные книги", то в книгах все равно есть много такого, что им не только трудно, но и невозможно понять. И самое трудное часто ставится в начало. Например, в очень популярной начальной географии, которая лежит передо мной, ученика с самого начала знакомят с миром и его крупными делениями, в то время как о своем штате и стране он узнает только в конце книги. И этот противоестественный метод — тот, что используется очень часто. Подобную критику можно высказать в адрес большинства книг, используемых при обучении маленьких детей. Некоторые из них совершенно бесполезны. Это верно в отношении грамматик для начальных школ. Формальные определения, называемые правилами грамматики, находятся за пределами понимания очень юных школьников и поэтому являются бесполезным бременем для их памяти. Они так же бесполезны для них, как три четверти Кока, которые Уэбстер не мог понять, были для него.

Если мы проследим образование от начальной школы вверх, то обнаружим тот же недостаток на всем протяжении курса. В книгах, используемых для преподавания естественных наук, он особенно заметен. Даже в элементарных книгах, или так называемых компендиумах, формальные положения и технические термины делают изучение непривлекательным и в значительной степени непостижимым. Ученик склонен испытывать отвращение и разочарование, как Уэбстер с "Коком на Литтлтона", и по той же самой причине.

Другой недостаток, тесно связанный с тем, о котором я говорил, — это очень скудное и позднее введение физических наук. Они, как правило, откладываются на последнюю часть курса обучения, и тогда им уделяется мало времени. Обычно, когда ученик планирует поступать в колледж, изучение этих наук полностью игнорируется при подготовке, поскольку знание их не требуется для поступления. Затем в колледже ими не занимаются до последней части курса, и за короткое время, отведенное на них, нужно выучить так много, что преподавание их терпит неудачу. Особенно это верно в отношении химии и геологии.

Этот недостаток является коренным. В этом отношении следует произвести основательные изменения во всем курсе образования. Естественные науки должны стать заметными с самого начала и до конца, не только потому, что они имеют практическую ценность, но и потому, что они так же полезны по-своему для умственной дисциплины, как изучение математики и языка. Их можно в некоторой степени преподавать самым юным ученикам. Существуют факты о воздухе, воде и различных объектах, которые они видят вокруг себя, которые они могут понять, если они представлены правильным образом. И живые вопросы, которые они задают о причинах этих фактов, а также их понимание, если они изложены просто и без технических терминов, показывают уместность такого обучения. Дети на самом деле очень хорошие философы по-своему. У них большая активность не только их воспринимающих, но и рассуждающих способностей, которым следует дать должный простор в их образовании.

Начиная таким образом, не должно проходить ни года в течение всего курса, когда ученик не был бы занят изучением какой-либо из физических наук в той или иной степени. Это постоянное внимание к таким занятиям в разумном объеме, отнюдь не мешая должному продолжению других занятий, считающихся столь важными, будет настолько способствовать успехам ученика в них, что с лихвой компенсирует время, затраченное на них. Это произойдет не только благодаря благотворному влиянию, которое такие занятия оказывают на ум, но и благодаря вкладу, который они вносят в знание языка и математики; ибо язык в значительной степени построен на природных объектах и на приобретениях науки, и существует множество интересных приложений частей математики в фактах, которые развивают перед нами физические науки.

Я сказал, что преподавание естественных наук в наших колледжах, как правило, является неудачей, и так будет всегда, пока сохраняется нынешний план. Чтобы оно было успешным, должна быть та же постепенность в их преподавании, что у нас есть при преподавании языка и математики. Студенту колледжа необходимо подготовиться к лекциям, которые он слушает по натурфилософии, химии и т. д., и к изучению этих отраслей, путем предварительного знакомства с их более простыми частями, приобретенного в школьном классе.

Существует еще одна очень важная причина для раннего введения физических наук в образование. Подавляющая часть учеников в наших школах не доходит до колледжа или даже до академии и средней школы. То, что они должны выйти в мир, не имея знаний о принципах, лежащих в основе искусств, которыми многие из них будут заниматься, — это позор и несправедливость, если передача таких знаний действительно осуществима, как это, несомненно, и есть. Даже те, кто не будет заниматься этими искусствами, получат большую пользу от этих знаний, потому что, помимо их постоянного практического применения в управлении жизнью, они будут способствовать их умственной силе, и, что немаловажно, их наслаждению; и на самом деле это необходимо, чтобы сделать их хорошо информированными людьми.

Если взгляды, которые я представил, верны, должен существовать ряд книг по естественным наукам, тщательно адаптированных к различным периодам курса обучения. Те, что предназначены для юного начинающего, должны быть чрезвычайно простыми и не должны пытаться представить что-либо похожее на полный обзор рассматриваемых предметов. Они должны в значительной степени иметь дело с привычными фактами или явлениями. Терминология науки и формальные изложения принципов, такие как мы часто видим в так называемых компендиумах, не должны иметь в них места, но должны постепенно вводиться по мере продвижения серии и должны быть сделаны полными только в заключительных книгах.

Целью автора было предоставить часть такой серии. Первая книга в серии — "Детская книга о привычных вещах", предназначенная для обучения наблюдению за привычными фактами, или, другими словами, началам философии, детям, как только они хорошо начнут читать. Затем идет "Детская книга о природе", которая в своих трех частях (Часть I. Растения; Часть II. Животные; Часть III. Воздух, Вода, Свет, Тепло и т. д.) значительно расширяет знания о философии вещей, которые ребенок получил из первой книги серии. Затем следует "Первая книга по химии". На одном уровне с ней находится моя "Первая книга по физиологии". Следующий шаг в градации приводит нас к трем книгам под одним названием: "Наука для школы и семьи"; Часть I. Натурфилософия; Часть II. Химия; Часть III. Минералогия и геология. На одном уровне с ними находится еще одна книга, "Естественная история", и еще одна, которую предстоит написать, — "Введение в ботанику".

Три книги, одной из которых является настоящая, предназначены для старших школьников в том, что обычно называют грамматическими школами. В то же время они подходят для учеников, переведенных в более высокий класс, которые не прошли предыдущие книги серии. Подготовку книг, специально адаптированных для средних школ и колледжей, я оставил другим, за исключением одной отрасли науки, физиологии, по которой я несколько лет назад опубликовал работу под названием "Физиология человека".

Все эти книги вышли из печати Harper and Brothers, за исключением двух работ по физиологии, опубликованных Sheldon and Co., Нью-Йорк, и "Детской книги о привычных вещах", опубликованной Peck, White, and Peck, Нью-Хейвен.

Общий план и стиль этих книг сильно отличаются от того, что мы видим в большинстве школьных книг по тем же предметам. Порядок предметов и способ их развития отличаются от стереотипного плана, который был так широко принят. Одной из заметных особенностей является свободное использование иллюстраций из привычных явлений. Это побуждает ученика рассуждать или философствовать о привычных вещах, придавая тем самым его знаниям в высшей степени практический характер. В то же время это делает книги подходящими для использования как в семье, так и в школе, между которыми должно быть больше общего, чем позволяет нынешний способ образования.

Стиль, который я выбрал для всех книг, написанных мной для использования в обучении, — это то, что можно назвать лекционным стилем. Существует три других вида стиля, которые чаще используются в школьных учебниках. Самый распространенный — это то, что я называю стилем формального изложения. В нем излагаются принципы и правила, а затем приводятся иллюстрации. Это делает книгу формальной и непривлекательной. Голый скелет науки обычно представлен в большей части, и юный ученик склонен заучивать утверждения наизусть, не понимая их. Это стиль, подходящий только для книг, предназначенных для продвинутых учеников. Другой стиль — катехизический. Это неестественный способ передачи знаний; и, кроме того, он поощряет заучивание наизусть, как и стиль формального изложения. В третьем стиле, драматическом, ведутся разговоры между учителем и некоторыми учениками. Главное возражение против этого заключается в том, что он пытается придать постоянную форму тому, что должно быть импровизировано во время опроса. Что нужно в книге, так это просто ясное и краткое изложение в интересном стиле, а живой учитель и его ученики могут лучше всего обеспечить разговорный элемент по мере продолжения опроса.

В лекционном стиле может и должна быть такая же точность изложения, как и в стиле формального изложения, в то время как он более интересен, потому что это естественный способ передачи знаний. В этом стиле факты обычно излагаются так, чтобы развивать принципы; в то время как в другом порядок обратный: сначала излагаются принципы, а затем приводятся факты. Одна из самых успешных книг, когда-либо использовавшихся в наших колледжах, — "Естественная теология" Пейли — написана в лекционном стиле, и удивительно, что этот факт оказал такое незначительное влияние на тех, кто готовил книги для обучения.

Что бы ни было верно в отношении продвинутых учеников, при обучении юного студента науке следует избегать голого, сухого изложения, и предметы должны быть представлены во всех своих привлекательных чертах. Я не хотел бы, чтобы меня поняли как сторонника придания науке внешних прелестей. Это не нужно. Наука обладает сама по себе обилием прелестей, которые нужно только правильно развить, чтобы привлечь юный ум; и лекционный стиль является лучшим средством для такого развития.

Одним из главных условий для придания интереса любому изучению является представление различных моментов в естественном порядке, в котором они должны входить в ум. Они должны быть представлены так, чтобы каждая часть книги делала последующие части более интересными и более легко понятными. Этот принцип, который так часто нарушается, я старался строго соблюдать при подготовке этих томов.

В конце этой книги помещены вопросы для тех учителей, которые желают ими воспользоваться. Также имеется указатель.

У. Хукер.

Январь, 1863 г.

СОДЕРЖАНИЕ.

CHAPTERPAGE I.MATTER13 II.PROPERTIES OF MATTER19 III.THE ESSENTIAL PROPERTIES OF MATTER33 IV.ATTRACTION38 V.GRAVITATION51 VI.CENTRE OF GRAVITY67 VII.HYDROSTATICS80 VIII.SPECIFIC GRAVITY100 IX.PNEUMATICS110 X.MOTION133 XI.THE MECHANICAL POWERS174 XII.SOUND193 XIII.HEAT207 XIV.LIGHT258 XV.ELECTRICITY287 XVI.MAGNETISM308

НАТУРФИЛОСОФИЯ.

ГЛАВА I. МАТЕРИЯ.

1. Материя и дух. — Различие между материей и духом почти повсеместно признается даже теми, кто мало задумывался о таких предметах. Это различие, которое мы осознаем в самих себе. Мы инстинктивно знаем, что внутри нас есть нечто, что вызывает движения наших материальных тел, и это нечто мы называем духом.

2. Идеи епископа Беркли. — Некоторые философы в своих размышлениях отрицали существование материи как таковой. Епископ Беркли, например, учил, что впечатления, которые, как мы полагаем, мы получаем от материальных объектов, исходят не от реальных субстанций, а являются "эффектами непосредственного воздействия вездесущего Божества". Неудивительно, что мудрость и знания человека, который мог всерьез принять такое убеждение, не смогли спасти его от того, чтобы стать жертвой шарлатанства. Он верил, что дегтярная вода является верным средством от всех болезней; и д-р Холмс в шутку замечает о нем, что "он придерживался двух очень странных мнений: что дегтярная вода — это все, а вся материальная вселенная — ничто".

3. Идеи Юма. — Неверующий Юм пошел дальше епископа Беркли, отрицая даже существование души как индивидуального и ответственного агента. Он сделал все состоящим из идей и впечатлений и сказал, что они не имеют необходимой связи, а являются "пучком восприятий, которые сменяют друг друга с непостижимой быстротой, и поэтому я сам сегодняшний — это не более "я сам" вчерашнего или завтрашнего дня, чем я — Навуходоносор или Клеопатра". Шутник предложил следующую эпитафию для его надгробия как подходящую иллюстрацию его теории:

«Под этой круглой идеей, вульгарно называемой гробницей,

Покоятся впечатления и идеи, которые составляли Юма».

4. Происхождение слова "дух". — Название "дух" произошло первоначально от разреженной формы материи, воздуха или дыхания, потому что воздух, подобно духовному существованию, невидим. Формирование языка в значительной степени основано на таких аналогиях.

5. Дух не является объектом чувств. — Ни одно из чувств не может воспринимать дух сам по себе, хотя они воспринимают эффекты, которые дух производит на материальные субстанции. Если, например, вы двигаете рукой, это дух внутри вас, воздействующий на мышцы через нервы, заставляет ее двигаться; и вы видите здесь эффекты, производимые духом на материю, но вы не видите самого духа.

6. Воздействие материи на чувства. — Некоторые формы материи могут восприниматься всеми чувствами; другие могут восприниматься только частью из них; некоторые — только одним. Воздух вы не можете видеть, ни обонять, ни пробовать на вкус; но вы можете чувствовать его и слышать звук его движения. Иногда материя воздействует только на чувство обоняния или на него вместе с чувством вкуса. Морской воздух пахнет солью; но соль в воздухе настолько мелко разделена, что мы не можем ее видеть. И все же именно соль, попадая в ноздри и вступая в контакт с крайними волокнами нерва обоняния, производит этот эффект. Так, когда мы нюхаем цветок, материя исходит от него частицами настолько мелкими, что никакой микроскоп не может их обнаружить, но они производят ощущение, когда ударяются о нерв.

7. Формы материи. — Материя проявляется в трех формах: твердой, жидкой и газообразной или аэриформной — то есть подобной воздуху. Иногда о материи говорят как об имеющей только две формы — твердую и жидкую. В этом случае жидкости делятся на два класса: упругие и неупругие. Воздух и различные газы и пары — это упругие жидкости; в то время как те, которые называются жидкостями, — это неупругие жидкости. Футбольный мяч отскакивает, потому что воздух в нем — упругая жидкость. Если бы он был наполнен неупругой жидкостью, как вода, он бы не отскакивал. Когда вода принимает форму пара, она является упругой жидкостью. Хотя очень часто используется выражение "упругие жидкости", деление материи на три формы является обычно признанным.

8. Твердые тела. — В твердой материи частицы не могут перемещаться друг относительно друга; но каждая частица обычно сохраняет то же положение по отношению к тем частицам, которые находятся вокруг нее — другими словами, она не меняет своего соседства. Это более верно для одних твердых тел, чем для других. Это абсолютно верно для таких твердых тел, как гранит и алмаз. В них частицы всегда находятся в одном и том же относительном положении. Но это не так с золотом или свинцом. Ударяя по ним, можно значительно изменить относительное положение их частиц. Индийская резина — это твердое тело, но относительное положение ее частиц может быть сильно изменено различными способами.

9. Жидкости. — Главная характеристика жидкости заключается в том, что ее частицы меняют свое относительное положение от малейших причин. В этом отношении она находится в сильном контрасте с твердыми телами. Когда вы перемещаете любую часть твердого тела, вы перемещаете все остальные его части, и обычно в том же направлении. Но тело жидкости нельзя переместить все вместе как одно тело, кроме как ограничив его; как, например, в случае с водопроводной трубой или шприцем. И тогда, как только вода может вырваться, частицы используют свою свободу изменять свое относительное положение. Поскольку ветер и другие агенты постоянно воздействуют на воду, ни одна частица не остается в течение какого-либо времени по соседству с одними и теми же частицами. "Неустойчивый, как вода" — это, следовательно, чрезвычайно значимое выражение. Вода никогда не находится в покое. Частица ее может в одно время плавать на поверхности океана, а в другое — быть на глубинах, недоступных для человеческого измерения. Она летит на крыльях ветра, падает с дождем, бежит в ручье, испаряется с листа, дрожит в капле росы, течет в крови животного или в соке растения и всегда готова быть подтолкнутой в своем вечно меняющемся курсе.

10. Газы. — Частицы газообразных или аэриформных веществ движутся друг среди друга еще свободнее, чем частицы жидкости. Воздух, следовательно, более неустойчив и беспокоен, чем вода. Даже когда воздух кажется совершенно неподвижным, его частицы движутся друг среди друга. Вы можете увидеть, что это правда, если затемните комнату, оставив одну ставню немного приоткрытой. Там, где входит свет, вы увидите пылинки, летающие во всех направлениях, чего не было бы, если бы воздух был действительно в покое. Частицы воздуха имеют больший диапазон перемещения, чем частицы воды; ибо море атмосферы, которое окутывает землю, поднимается на высоту около пятидесяти миль. Как высоко поднимается вода при испарении, мы не знаем; но совсем не вероятно, что она поднимается до самых верхних слоев атмосферы.

11. Заполнение пространств жидкостями и газами. — Именно свобода, с которой частицы жидкостей и газов движутся друг среди друга, позволяет им проникать в пространства повсюду. Они всегда готовы войти в любые вещества, которые имеют промежутки или поры такого размера, что могут их принять. В зернах почвы смешаны не только вода, но и воздух и газы. Они присутствуют также во всех живых субстанциях, как растительных, так и животных. Вода — главная часть сока и крови, а воздух и газы всегда идут вместе с водой. Часть воздуха, который мы вдыхаем, попадает в кровь в легких и движется с ней по системе. Рыбы не могли бы жить в воде, если бы в ней не было примешано воздуха. Это можно доказать экспериментом. Если вы поместите рыбу в закрытый сосуд, она скоро умрет, потому что использует весь воздух, который есть в воде. В открытом сосуде рыба остается живой благодаря постоянному притоку свежего воздуха в воду.

12. Растворение. — В растворах твердых веществ в воде именно свобода, с которой частицы воды движутся друг среди друга, позволяет им принимать в себя мельчайшие частицы твердого вещества. И когда вода поднимается в воздух путем испарения, можно сказать, что это настоящий раствор воды в воздухе; ибо частицы воды смешиваются с частицами воздуха, точно так же, как частицы твердого вещества смешиваются с частицами воды в растворе.

13. Отношение тепла к формам материи. — Некоторые виды материи наблюдаются во всех трех формах. Примет ли она ту или иную форму, зависит от количества присутствующего тепла. Так, когда вода твердая, лед, это потому, что часть ее тепла ушла. Приложите тепло, и она станет жидкостью, водой. Увеличьте тепло до точки кипения, и она станет паром, или аэриформным веществом. Спирт имеет только две формы — жидкую и аэриформную. Он никогда не был известен в замороженном состоянии. Железо обычно твердое; но в литейном цехе, путем применения сильного тепла, оно становится жидким. Ртуть жидкая при всех обычных температурах; но она часто становится твердой в сильные морозы арктических зим. Ртутный термометр, конечно, бесполезен в таких обстоятельствах, и спиртовой термометр используется для обозначения степени холода. Разница между ртутью, водой и железом в отношении жидкого состояния такова: требуется сравнительно мало тепла, чтобы сделать ртуть жидкой, в то время как для воды требуется больше, а для железа — гораздо больше.

14. Природа материи неизвестна. — Что теперь, давайте спросим, мы знаем о природе материи? Можем ли мы сказать, что знаем о ней что-нибудь? Мы можем наблюдать ее явления и изучать ее свойства; но с нашими самыми тщательными анализами мы не можем определить, что такое материя, так же, как не можем определить, что такое дух. Ньютон предполагал, "что Бог в начале сформировал материю в твердые, массивные, жесткие, непроницаемые частицы". Он считал это верным для жидкостей и даже для газов, а также для твердых тел. В газе эти твердые частицы находятся гораздо дальше друг от друга, чем в твердом теле. Это предположение очень вероятно; но если оно верно, оно не дает нам знать, что такое материя, ибо оставляет нас в неведении относительно природы частиц. Ньютон далее предполагал, что эти частицы всегда оставались неизменными среди всех изменений, которые происходят; эти изменения вызываются "различными разделениями и новыми ассоциациями и движениями этих постоянных частиц". Когда, например, что-то сгорает, как говорят, ни одна из этих частиц не уничтожается и не изменяется, но они просто принимают новые расположения. Хотя большая часть вещества улетела в виде газа, конечные частицы, составляющие газ, те же самые сейчас, что были, когда составляли часть твердого вещества; и они могут вскоре снова стать частью каких-то новых твердых тел. Такие изменения в формах материи происходят повсюду; и когда вы познакомитесь с химией во второй части, вы будете знакомы с ними.

15. Атомистическая теория. — Эти конечные частицы материи настолько малы, что никогда не были увидены человеком. Самая маленькая частица, которую можно увидеть с помощью самого мощного микроскопа, вероятно, состоит из очень многих из них, соединенных вместе. Эти конечные частицы мы называем атомами; и теория относительно состава из них различных веществ называется атомистической теорией. Атомы различных веществ не считаются одинаковыми, но различаются как по размеру, так и по весу. Эта теория будет более подробно рассмотрена во второй части.

16. Невесомые агенты. — Существуют определенные агенты — свет, тепло, электричество и т. д., — которые некоторыми считаются формами материи. Если они таковы, то они чрезвычайно разрежены; ибо их присутствие, как было доказано многими экспериментами, никогда ни в малейшей степени не добавляет веса любому веществу. Поэтому их называют невесомыми агентами. Их воздействие имеет большое значение и очень активно, производя повсюду постоянные изменения. Два из них — тепло и свет — очевидно и непосредственно необходимы для жизни. Какова их истинная природа, остается пока полной тайной.

ГЛАВА II. СВОЙСТВА МАТЕРИИ.

17. Разнообразие свойств материи. — Вся материя имеет свойства или качества. Некоторые из них различны у разных видов материи. Так, ее три формы имеют разные свойства, как вы видели в главе I. Существует разнообразие также в свойствах веществ одного и того же класса. Так, жидкости отличаются друг от друга в некоторых отношениях. Некоторые, например, легче других. Масло легче воды. Газообразные вещества также различаются в этом и в других отношениях. Но разнообразие свойств твердых тел больше, чем газов или жидкостей. Это станет ясно по мере моего изложения.

18. Делимость материи. — Любая видимая часть материи может быть разделена на части. Даже если она настолько мала, что вы можете видеть ее только с помощью мощного микроскопа, ее все равно можно было бы разделить, если бы у вас был инструмент, достаточно тонкий для этой цели. Делимость, следовательно, называется общим свойством материи; то есть свойством, присущим всем видам материи.

19. Примеры мельчайшего деления материи. — Существует множество примеров, в которых деление материи доходит далеко за пределы того, что может быть осуществлено любым режущим инструментом. Некоторые из них я отмечу:

Золотых дел мастер может расплющить грамм золота в лист, покрывающий пространство в пятьдесят квадратных дюймов. Он настолько тонок, что потребовалось бы 282 000 таких листов, положенных друг на друга, чтобы составить толщину в дюйм. И все же этот тонкий слой золота настолько ровный и совершенный, что при наложении на любую поверхность при золочении он имеет вид цельного золота. Пятидесятимиллионную часть этого грамма золота, таким образом расплющенного, можно увидеть с помощью микроскопа, который увеличивает диаметр объекта в десять раз. Но деление золота становится еще более мелким при производстве проволоки для золотого кружева. Это делается так: брусок серебра весом 180 унций покрывается слоем золота весом в одну унцию. Затем его протягивают через ряд отверстий в стальной пластине, уменьшающихся в диаметре, пока он наконец не выходит в виде очень тонкой проволоки длиной 4000 футов. Каждый фут ее тогда имеет только одну 4000-ю часть унции золота, и все же серебро хорошо покрыто.

Мыльный пузырь — прекрасный пример мельчайшего деления материи. Та тонкая стенка, которая заключает воздух, который вы вдули в него, состоит из частиц мыла и воды, смешанных вместе. Предполагается, что ее толщина составляет менее одной миллионной доли дюйма.

Нить шелкопряда настолько мала, что самая тонкая швейная нить формируется из многих таких нитей, скрученных вместе. Но паук прядет гораздо тоньше. Нить, по которой вы видите, как он спускается с любой высоты, состоит из около 6000 нитей или волокон, каждое из которых выходит из отдельного отверстия в его прядильной машине. Четверть унции нити паутины растянулась бы на 400 миль.

Грамм медного купороса, растворенный в галлоне воды, окрасит все в синий цвет. Такое распространение не могло бы произойти без чрезвычайно мелкого деления частиц.

Возможно, самое мелкое деление материи проявляется в запахах. Грамм мускуса будет ароматизировать комнату годами и при этом не иметь заметной потери веса. Но все это время воздух наполнен мелкими частицами, исходящими от мускуса.

Микроскоп открывает нам много удивительных примеров миниатюрности частиц материи, как в растительном, так и в животном мире.

Если вы нажмете на обычный дождевик, вылетит пыль, похожая на дым. Рассмотренная под микроскопом, каждая частица этой пыли, которая является семенем растения, представляет собой идеально круглый оранжевый шарик. Этот шарик, конечно, состоит из очень многих частиц, расположенных в этой правильной форме. Прекрасные примеры различных расположений мельчайших частиц материи мы имеем в пыльце различных растений, как видно под микроскопом.

Каждая частица пыли, которая прилипает к вашим пальцам, когда вы ловите мотылька, представляет собой чешуйку с тонкими линиями на ней, расположенными регулярно. И если вы посмотрите в микроскоп на крыло мотылька, вы увидите, там, где пыль стерта, крепления, которыми удерживались чешуйки, выступающие с поверхности крыла, как шляпки гвоздей на крыше, где была сорвана черепица.

Организация чрезвычайно маленьких животных, как показано микроскопом, дает нам удивительные примеры мельчайшего деления материи. Немного пыли гуано, исследованной под мощным микроскопом, содержит множество раковин различных форм. Эти раковины — остатки микроскопических животных, которые жили в воде, их предназначение, по-видимому, отчасти состоит в том, чтобы служить пищей для других животных, больших, чем они сами. В меловых образованиях земли видны множества таких раковин. Они были обнаружены даже в глазури визитной карточки; ибо они настолько малы, что тонкое измельчение мела не уничтожает их полностью. Существуют животные, как в воздухе, так и в воде, настолько маленькие, что потребовались бы миллионы их, чтобы сравняться по объему с граммом песка, и тысяча их могла бы проплыть бок о бок через ушко иглы обычного размера. Теперь во всех этих животных есть органы, построенные из частиц материи, которые расположены в них с таким же порядком и симметрией, как в органах наших тел. Насколько же малы должны быть эти частицы!

Как такие факты расширяют наши взгляды на силу Божества! Та же сила, которая сформировала землю, солнце, луну и все "воинство небесное", дала форму, жизнь и движение миллионам, которые резвятся в каждом солнечном луче; тот же глаз, который наблюдает за огромными небесными телами, когда они движутся по своему курсу, смотрит на всех и каждого из этих легионов животных на земле, в воздухе и в воде, хотя они невидимы для человеческих глаз, следя за тем, чтобы каждая частица заняла свое правильное положение, так что эта часть творения может вместе со всем остальным быть признана весьма хорошей; и та же щедрая рука, которая раздает средства жизни и наслаждения миллионам человеческого рода, не забывает заботиться о короткой жизни и наслаждении каждого из этих мириад микроскопических животных, хотя они кажутся почти ничем.

20. Поры и пространства в материи. — Во всей материи есть пространства вокруг частиц. Те тела, которые называются пористыми, имеют довольно большие пространства в них. Но даже в тех, которые обычно не считаются пористыми, частицы отнюдь не находятся близко друг к другу. Знаменитый эксперимент, проведенный во Флоренции давным-давно, показал, что существуют пространства между частицами такого плотного вещества, как золото, достаточно большие, чтобы пропустить через них воду. Полый золотой шар, содержащий воду, подвергался сильному давлению, и его поверхность покрывалась росой от воды, которая выходила через поры золота. Во всех веществах, в которых есть поры, видимые невооруженным глазом или с помощью микроскопа, есть другие пространства или промежутки между частицами вокруг пор. Действительно, предполагается, что существует пространство вокруг каждой конечной частицы или атома, и что никакие два из этих атомов не находятся в фактическом контакте. Тот факт, что вещества, не имеющие пор, могут быть сжаты в меньшее пространство, чем они обычно занимают, показывает, что в них есть пространства или промежутки. Твердые тела могут быть таким образом сжаты, некоторые больше других. Но самыми сжимаемыми веществами являются газы и пары. Количество пространства между их частицами должно быть очень большим, чтобы позволить такое сильное сжатие.

Fig. 1.

21. Пространство в газообразных веществах. — Мы можем иметь некоторое представление о большом количестве пространства в газообразном или аэриформном веществе, наблюдая разницу между водой в ее жидком и в ее аэриформном состоянии. Кубический дюйм воды, когда он становится паром, занимает в 1696 раз больше места, чем когда он был водой. Разница в пропорции показана на рис. 1, где внутренний круг представляет воду, а внешний — пар, в который она превращается. Теперь вода совсем не меняется по своей природе, превращаясь в пар. Частицы просто отодвигаются дальше друг от друга теплом, и как только тепло отнимается, они снова соединяются, чтобы образовать воду, или, другими словами, пар конденсируется в воду. Ясно, следовательно, что пространство между частицами в 1696 раз больше в паре, чем в воде, из которой сделан пар.

22. Растворы. — Когда любое вещество, как сахар или соль, растворяется в воде, его частицы распределяются по пространствам, которые существуют между частицами воды. Так же, когда вода испаряется (§ 12), частицы воды распределяются по пространствам между частицами воздуха. Подобным образом частицы от пахучего вещества распределяются в этих пространствах, и таким образом, смешиваясь с частицами воздуха, они переносятся в ноздри и ударяются о мельчайшие конечности нерва обоняния.

23. Отношение тепла к пространствам материи. — Изменение количества пространства между частицами материи в любом веществе обычно зависит от изменения количества присутствующего тепла. Так, тепло расширяет железо; то есть оно увеличивает пространства между частицами железа. Так же тепло увеличивает пространства между частицами ртути и тем самым заставляет ее занимать больше места в термометре. Этот эффект тепла будет рассмотрен более полно далее.

Общие взгляды, которые я дал на строение материи, прольют свет на различные качества различных веществ, некоторые из которых я отмечу.

24. Плотность и разреженность. — Плотность вещества зависит от количества материи, которое оно содержит в данном пространстве. Чем плотнее, следовательно, вещество, тем больше его вес. Кусок свинца в сорок раз тяжелее куска пробки того же размера. Ртуть почти в четырнадцать раз тяжелее равного объема воды. Вы видите, следовательно, что плотность должна зависеть от близости атомов друг к другу. В таком плотном веществе, как золото, атомы все очень близко друг к другу; в дереве есть пространства, некоторые из которых настолько велики, что вы можете их видеть; а в воздухе, паре и газах есть много пространства между частицами (§ 21), так что мы говорим об их разреженности вместо их плотности.

25. Вязкость. — Способность удерживаться вместе, называемая вязкостью, зависит от степени притяжения между частицами. Под притяжением я подразумеваю склонность частиц соединяться, эта склонность проявляется в противодействии любой силе, стремящейся разорвать их. Я скоро буду говорить об этом более подробно. Вязкость вообще не существует в газообразных веществах. Частицы воздуха и пара, например, не проявляют склонности цепляться друг за друга; то есть не имеют вязкости. Это свойство слабо выражено в жидкостях. Оно достаточно сильно в воде только для того, чтобы позволить ее частицам держаться вместе в форме капли. Оно сильно в твердых телах, позволяя их частицам не только держаться вместе в больших количествах, но и удерживать тяжелые веса, подвешенные к ним. Оно сильнее в железе, чем в любом другом твердом теле. Оно сильнее в кованом железе, чем в чугуне; и сильнее всего в стали.

26. Сравнительная вязкость веществ. — Различные металлы и другие вещества были протестированы в отношении их сравнительной вязкости. Это было сделано так: были изготовлены проволоки из металлов, все одного размера. К ним подвешивались грузы, и к грузам добавлялись понемногу, пока проволоки не рвались. Таблица ниже была составлена путем размещения напротив каждого металла наибольшего веса, который могла выдержать его проволока:

Cast steel134pounds. Best wrought iron70pounds. Cast iron19pounds. Copper19pounds. Silver11pounds. Gold9pounds. Tin5pounds. Lead2pounds.

Дубовое дерево, испытанное таким же образом, выдержало 12 фунтов, на один фунт больше, чем серебро. Некоторые животные вещества обладают большой вязкостью, как нить шелкопряда, волос, шерсть, а также связки и сухожилия наших тел и других животных.

27. Ценность вязких веществ. — "Постепенное открытие", — говорит д-р Арнот, — "веществ, обладающих сильной вязкостью, которые человек мог легко формовать и применять для своих целей, имело большое значение для его прогресса в искусствах жизни. Место пеньковых канатов европейских флотов до сих пор занимает в Китае скрученный тростник и полоски бамбука; и даже пеньковый кабель Европы, столь значительное улучшение по сравнению с прежним использованием, теперь быстро уступает место более полной и удобной безопасности железной цепи, материал для которой для наших далеких предков существовал только как бесполезный камень или земля. И какое великолепное зрелище — в наши дни видеть цепи из вязкого железа, протянутые высоко через океанский канал, как в проливе Менай между Англси и Англией, и поддерживающие восхитительную мостовую дорогу безопасности, вдоль которой могут течь многолюдные процессии, не обращая внимания на глубину внизу или на шторм; в то время как корабли там, с парусами, полными ветра, продолжают свой путь, не беспокоя и не будучи беспокоенными".

28. Твердость. — Это свойство, по-видимому, зависит от некоторого особого расположения частиц материи. Мы должны были бы предположить, что самые плотные вещества были бы самыми твердыми. Но это не так. Железо — самое твердое из металлов, но его частицы не так близко друг к другу, как у золота, которое является довольно мягким металлом. И золото в пять раз тяжелее алмаза, который настолько тверд, что легко режет стекло. Обычный кремень достаточно тверд, чтобы царапать стекло, но не будет резать его, как алмаз.

Fig. 2.

29. Гибкость и хрупкость. — Если вы сгибаете гибкое тело, как кусок дерева, как показано на рис. 2, очевидно, что частицы на верхней или выпуклой стороне должны быть отодвинуты немного дальше друг от друга, в то время как те, что на нижней или вогнутой стороне, приближаются немного ближе друг к другу. Но дерево не ломается, потому что частицы, которые таким образом немного отодвинуты, все еще сохраняют свою связь друг с другом. Это объяснение того, что мы называем гибкостью. С другой стороны, частицы в стержне из стекла не могут быть отодвинуты дальше друг от друга таким образом. Они на самом деле не находятся в контакте, не больше, чем частицы дерева (§ 20), но они находятся в фиксированном относительном положении; то есть положении, которое не может быть нарушено без постоянного разделения частиц. Если вы попытаетесь согнуть стержень, не происходит небольшого разделения многих частиц, как в согнутом дереве, а происходит полное и постоянное разделение в какой-то одной части стержня. Мы называем свойство, от которого зависит этот результат, хрупкостью. Хрупкие вещества обычно твердые. Стекло, будучи самым хрупким из всех веществ, достаточно твердо, чтобы царапать железо. Хрупкие вещества также обладают большой вязкостью. Стержень из стекла может удерживать тяжелый груз, хотя легкий удар, нанесенный внезапно, сломал бы его.

30. Гибкая и хрупкая сталь. — Существует два вида стали: гибкая и хрупкая. Сталь большинства режущих инструментов хрупкая. Сталь меча довольно гибкая, а сталь часовой пружины настолько, что мы можем намотать ее в спираль. Эта разница обусловлена разницей в способе охлаждения стали. Если она охлаждается внезапно, она хрупкая; если медленно, она гибкая. Процесс, при котором она охлаждается медленно, называется отжигом. Объяснение всего этого довольно простое. Сталь расширяется от тепла — то есть ее частицы отодвигаются дальше друг от друга, чем они обычно находятся, — когда они внезапно снова сближаются, у них нет времени правильно расположить свое относительное положение. Хрупкость, следовательно, является результатом. Но, с другой стороны, когда охлаждение происходит постепенно, дается время для расположения.

31. Отпуск стали. — Внезапно закаленная сталь слишком хрупкая для обычного использования. Поэтому для уменьшения хрупкости прибегают к процессу, называемому отпуском. Сталь повторно нагревается после закалки, а затем ей дают медленно остыть. Степень, в которой хрупкость уменьшается, зависит от степени тепла, которому подвергается сталь. Она может быть полностью удалена при красном калении, ибо тогда частицы имеют полную возможность перестроиться; и чем меньше тепло не доходит до этой точки, тем менее тщательной будет настройка, потому что частицы менее совершенно освобождаются от своего внезапно занятого положения. Уменьшая хрупкость, мы уменьшаем также твердость, и поэтому отпуск варьируется в разных случаях в зависимости от степени твердости, которая желательна.

32. Отжиг стекла. — Стекло всегда подвергается отжигу. Если бы этого не делали, наши стеклянные сосуды и оконные стекла были бы чрезвычайно хрупкими и поэтому постоянно разбивались бы. Изделия из стекла проходят процесс отжига, медленно проходя через длинную печь, которая очень сильно нагрета с одного конца, причем тепло постепенно уменьшается к другому концу.

Fig. 3

33. Принцрупертовы слезки. — Мы имеем яркий пример хрупкости, вызванной внезапным охлаждением, в так называемых принцрупертовых слезках. Их изготавливают путем капания расплавленного зеленого стекла в холодную воду, и они имеют форму, представленную на рис. 3. Если отломить хотя бы самый маленький кусочек кончика одной из таких слезок, вся она мгновенно рассыплется на куски. Это означает, что внезапное расположение частиц настолько незначительно и неестественно, что нарушение этого расположения в небольшой части достаточно для разрушения структуры целого, подобно тому как ряд кирпичей падает из-за падения первого в ряду. Мистер Фарадей говорит, что эти слезки не были изобретены принцем Рупертом, как принято считать, а были впервые привезены им в Англию в 1660 году. В то время они вызывали большое любопытство и считались «своего рода чудом природы». Но вы видите, что это, как и многие другие чудеса, при небольшом размышлении получает простое объяснение.

34. Ковкость и пластичность. — Металлы, которые можно расплющить молотом в тонкие пластины, называются ковкими. Золото дает нам лучший пример этого свойства. Серебро, медь и олово весьма ковки. Большинство других металлов обладают этим свойством в очень малой степени, а некоторые вовсе не обладают, ломаясь от первого же удара. Вещество называется пластичным, когда его можно вытянуть в проволоку. Основные металлы, обладающие этим качеством, — платина, серебро, железо, медь и золото, именно в том порядке, в котором я их перечислил. Расплавленное стекло очень пластично. Его можно вытянуть в очень тонкую нить, и если эту нить разрезать и расположить в виде ветвей, она напоминает красивые белые волосы. При ковке металлов в пластины или вытягивании их в проволоку происходит значительное изменение относительного положения частиц, подобное тому, которое мы наблюдаем в жидкостях, хотя и не столь свободное. При этом изменении положения те частицы, которые остаются в непосредственной близости, обладают замечательной вязкостью или притяжением, препятствующим их разделению. При сварке двух кусков железа, которую кузнец выполняет путем их проковки в раскаленном состоянии, должно происходить достаточное движение частиц, чтобы частицы одного куска несколько смешались с частицами другого.

35. Сжимаемость. — Пористые вещества могут быть значительно сжаты. Приложенная к ним сила может сблизить их частицы, заставляя их частично заполнить свои поры. Самый знакомый вам пример этого — губка. Чем более пориста древесина, тем сильнее ее можно сжать. Но даже такие плотные вещества, как металлы, могут быть сжаты в некоторой степени; то есть промежутки между их частицами могут быть уменьшены. На медали и монеты их фигуры и буквы наносятся путем давления, точно так же, как делаются оттиски на расплавленном сургуче. Сильное и быстрое давление, необходимое для этого, фактически сжимает весь кусок твердого металла, сближая все частицы, так что он занимает меньше места, чем до чеканки.

36. Несжимаемость жидкостей. — Исходя из свободы, с которой частицы жидкостей перемещаются друг относительно друга, и из наличия промежутков (§ 22) между ними, мы могли бы предположить, что эти вещества легко сжимаются. Но это не так. Требуется самое сильное давление, чтобы сжать их даже в незначительной степени. Вода сжимается настолько незначительно, что на практике считается несжимаемой.

37. Влияние тепла на объем жидкостей. — Хотя промежутки между частицами жидкостей нельзя изменить механическим давлением, их можно изменить путем изменения температуры. Жидкости расширяются под воздействием тепла; то есть их частицы отодвигаются дальше друг от друга. Они сжимаются под воздействием холода; то есть их частицы сближаются при отнятии тепла. Самый знакомый нам пример — термометр. Ртуть поднимается в трубке, когда тепло увеличивает промежутки между ее частицами; и она опускается, когда потеря тепла позволяет частицам сблизиться. Те же эффекты наблюдаются при использовании спирта в термометре, как это делается в арктических регионах, поскольку ртуть там может замерзнуть. Термометр с водой подошел бы, если бы мы хотели измерять только температуру между точкой замерзания и точкой кипения воды. Расширяющее влияние тепла будет подробно рассмотрено далее.

38. Сжимаемость газообразных веществ. — Газообразные тела более сжимаемы, чем любые другие вещества, что показывает, что в их обычном состоянии между частицами имеется много свободного пространства. Хотя они и отличаются от жидкостей по сжимаемости, тепло воздействует на них так же, как и на жидкости.

Fig. 4. Fig. 5.

39. Упругость. — Тесно связана со сжимаемостью материи ее упругость. Мы видим это свойство, ярко проиллюстрированное на индийской резине (каучуке). Оно вызывает отскок мяча из этого вещества при броске вниз. Понаблюдайте, что именно происходит в этом случае. Мяч при встрече с сопротивлением пола сплющивается, как показано на рис. 4. Затем, принимая круглую форму, как видно на рис. 5, он давит вниз на пол. Именно этот внезапный толчок вниз заставляет его отскочить. Это как если бы между мячом и полом находилась сжатая пружина. Это можно сравнить также с прыжком. Когда человек прыгает, он сгибает ноги в тазобедренных и коленных суставах, а затем, выпрямляясь, дает внезапный толчок, подобный тому, который дает мяч, принимая свою круглую форму, и таким образом выбрасывается вперед или вверх, в зависимости от направления приложенной силы. Такое же сплющивание происходит и с шаром из слоновой кости, хотя и не в такой же степени. Вы можете доказать, что это происходит, с помощью эксперимента. Пусть мраморная плита будет влажной, и уроните на нее шар. От удара шара образуется довольно заметное сухое пятно, показывающее, что он коснулся большей площади мрамора, чем когда его просто кладут на него.

40. Упругость, проявляющаяся другими способами. — Если согнуть палку, как на рис. 2, то, как только сгибающая сила будет убрана, палка снова выпрямится благодаря своей упругости. Именно эта упругая сила лука, выпрямляющая его, придает скорость стреле. Заметьте в этом случае, что в то время как частицы на вогнутой стороне согнутого лука сближаются или сжимаются, частицы на выпуклой стороне отодвигаются друг от друга. Это расхождение частиц часто заметно на индийской резине. Вы можете увидеть, как далеко друг от друга могут быть разнесены частицы, находящиеся в непосредственной близости, если воткнете две булавки близко друг к другу в полоску индийской резины, прежде чем растянете ее.

41. Степени упругости у различных веществ. — Некоторые вещества обладают настолько малой упругостью, что на практике считается, что они не обладают ею вовсе. Свинец — одно из них. Свинцовый стержень при сгибании остается согнутым, а свинцовый шар не отскакивает. В то время как газообразные вещества являются наиболее сжимаемыми из всех, они также являются наиболее упругими. Сжатый воздух возвращается в свое обычное состояние в тот момент, когда с него снимается давление, причем с силой, пропорциональной величине давления. Так же обстоит дело с паром и газами. Различные результаты этого качества газообразных веществ потребуют нашего внимания более подробно в других частях этой книги.

42. Определение упругости. — Из приведенных иллюстраций вы видите, что упругость — это то свойство материи, благодаря которому ее частицы, будучи сближенными или разнесенными какой-либо силой, возвращаются в свое обычное состояние, когда действие силы прекращается.

43. Полезность разнообразия свойств материи. — Различные свойства материи, представленные в этой главе, являются провиденциальными адаптациями к нуждам человека. Каждое вещество обладает теми свойствами, которые лучше всего подходят для его использования. Железо, например, задуманное Творцом как самый прочный и наиболее широко используемый слуга человека среди металлов, поэтому предоставлено в большом изобилии и обладает теми сильными, решительными и разнообразными качествами, которые делают его пригодным для выполнения возложенных на него задач. Золото и серебро, напротив, предназначенные для менее масштабных, более легких и в значительной степени декоративных целей, предоставлены в гораздо меньшем количестве и обладают свойствами, удивительно приспосабливающими их к тем услугам, для которых они так явно предназначены. То же самое можно по существу сказать обо всех других веществах, и особенно о таких очень распространенных, как воздух и вода. И можно также отметить, что изобретательность человека постоянно открывает новые способы использования различных свойств материи на службе у него. Я приведу лишь один пример — закалку стали. «Это открытие, — говорит доктор Арнот, — возможно, уступает по важности лишь немногим открытиям, сделанным человеком; ибо оно дало ему все режущие инструменты и приспособления, с помощью которых он теперь придает любую другую субстанцию по своему желанию. Дикарь будет работать двенадцать месяцев с помощью огня и острых камней, чтобы свалить большое дерево и придать ему форму каноэ, тогда как современный плотник со своими инструментами мог бы выполнить эту задачу за день или два».

ГЛАВА III. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИИ.

44. Протяженность. — Вы не можете представить себе какую-либо часть материи, какой бы малой она ни была, которая не имела бы формы или очертаний. Она может быть настолько мала, что невооруженным глазом кажется лишь точкой, но при рассмотрении в микроскоп ее форма становится очевидной. Даже атом должен иметь длину, ширину и толщину, хотя он настолько мал, что мы не можем измерить его или увидеть его форму даже с помощью самых мощных микроскопов. Протяженность, которая является термином, обычно используемым для выражения этой идеи, является, таким образом, существенным свойством материи; то есть это свойство, которого не может быть лишено ни одно вещество или вид материи. Различие в этом отношении между этим свойством и теми, которые я отмечал ранее, может быть сделано очевидным для вас на примере. Твердость не является существенным качеством материи, ибо некоторые виды материи лишены ее; но ни одна часть материи, твердая или мягкая, не может быть лишена протяженности или формы. О воздухе иногда говорят в обычном языке как о бесформенном. Это отчасти потому, что он невидим, а отчасти потому, что ни одна часть или объем воздуха не принимает какой-либо определенной формы. Но воздух постоянно принудительно принимает определенные формы при заключении в комнаты, ящики и т. д.; и тогда его протяженность в разных направлениях можно измерить так же точно, как протяженность твердого тела. И кроме того, атомы, из которых состоит воздух, несомненно, тверды, и мы не можем представить их существование, не связывая с ними идею формы или протяженности.

45. Непроницаемость. — В обычном языке говорят, что одно вещество проникает в другое. Так, игла проникает в ткань, гвоздь проникает в дерево и т. д. Но это не совсем верно. Игла не входит в ткань, а проходит между ее волокнами, раздвигая их в ту и другую сторону. Так же и гвоздь проходит между волокнами дерева, а не внутрь них. Он не занимает то же самое пространство, что и волокна в то же самое время. Так же и никакой атом материи не может проникнуть или войти в любой другой атом. Он может только вытолкнуть его с пути, а затем занять его место. Поэтому непроницаемость считается одним из существенных качеств материи. Это означает просто, что никакая часть материи не может занимать то же самое пространство с другой частью материи в одно и то же время.

Fig. 6.

Fig. 8.

Fig. 7.

46. Иллюстрации. — Можно привести много иллюстраций этого свойства. Я приведу несколько. Если вы вдавите стакан в воду открытым концом вниз, вы не сможете наполнить его водой, так как воздух, заключенный в стакане, препятствует ее подъему. Она не может занимать то же пространство, что и воздух. Она действительно заполняет часть стакана, но это происходит потому, что воздух сжимаем. Если вы введете стеклянную воронку, a, рис. 6, в сосуд с водой, b, прижав большой палец к ее отверстию, c, вода не поднимется, чтобы заполнить ее. Но если вы уберете палец, вода поднимется до уровня воды снаружи воронки, вытесняя воздух перед собой. Если у вас нет воронки, для эксперимента подойдет пузырек или бутылка с отбитым дном. Следующий эксперимент очень наглядно иллюстрирует тот же момент. Поместите зажженную свечу, a, рис. 7, на большой плоский пробковый поплавок в сосуде с водой. Накройте ее открытым сосудом или приемником, b, имеющим запорный кран, c. Закрыв кран, вдавите приемник в воду, и вы увидите, как свеча опускается вместе с ним, как показано на рисунке, так как воздух препятствует попаданию воды в приемник. Если теперь вы откроете кран, вода хлынет внутрь, вытесняя воздух вверх и заставляя свечу выглядеть так, как будто она поднимается из воды. Водолазный колокол предлагает хорошую иллюстрацию. Он состоит из сосуда, a a, рис. 8, по форме напоминающего колокол, сделанного достаточно тяжелым, чтобы погрузиться в воду. Его опускают на цепи и тросе, как видно на рисунке. Вода не входит в колокол дальше, чем позволяет сжимаемость воздуха. Чтобы люди внутри могли оставаться под водой некоторое время, свежий воздух подается по трубке b, нагнетаемый насосом. В то же время испорченный воздух может быть выпущен через клапан, предусмотренный для этой цели. В верхней части колокола есть окна, чтобы обеспечить необходимый свет для работы на морском дне. Этим способом часто извлекаются сокровища, которые в противном случае были бы потеряны. Вы видите сходство между водолазным колоколом и устройством на рис. 7, где приемник представляет колокол, а зажженная свеча — людей в нем.