25
прикрепляется тело извесной массы. А известна она потому, что существует этапон массы, с которым можно сравнить массу любого тела, например так, как это описано в § 23 «Физики 8».
Измеряется ускорение тела, движущемся под действием силы упругости пружины. Затем к той же и так же деформированной пружине (так что сила осталась прежней) прикрепляется тела с другими, но тоже извесными, массами и снова измеряется их ускорения.
Раз сила, приложенная к разным телам, одна и та же, то при изменениях должны получиться некоторая величины, связанная с ускорением, одинаковая для всех тел. Ее и нужно приравнять приложенной ко всем телам силы («Физика 8», § 25). Описанные опыты показывают, что такой одинаковой для всех тел величины оказывается произведение . Значит,
Оба способа дают, как мы видим, одинаковый результат. Они эквивалентны друг другу, потому что все равно действовать ли разными силами на одно и то же тело или одной и той же силой на разные тела. В учебнике «Физика 8» второй закон Ньютона «открыт» с помощью второго способа, возможно, потому, что его проще выполнить. Дело в том, что первый способ предполагает, что выбран определенный этапон силы — какая-то и как-то деформированная пружина. Второй способ предполагает, что выбран определенный этапон массы. В физике и в технике пошли именно по этому пути — существенно международный этапон массы в виде платино-придневного цилиндра. Этalon массы проще хранить и воспризводить, чем этаон силы.
Таким образом, основной закон динамики — второй закон Ньютона — есть чисто опытный закон, впрочем, как и всякий другой закон природы. В то же время формула второго закона может служить и определением силы как физической величины: силой называется физическая величина, равная произведению массы тела, к которой она приложена, на его ускорение.
Это не единственный случай, когда одна и та же формула выражает определенный закон природы и в то же время служит определением некоторая физической величины.
Газ превращается в жидкость
(Из истории физики)
Долго время единственным извесным наук газом был атмосферный воздуха, который к тому же считался чем-то вроде элемента, составной части всего существенного. И лишь во второй половине XVIII века усилими многохимков было установлено, что существуют и другие газы, что сам воздуха — это смесь различных по своей природе и свойством газов. Впрочем слово «газ» тогда не было в употреблении. То, что мы теперь называем газом, тогда называлось «воздухом». Водород — это горючий воздуха, кислород — огнечный воздуха, азот — удушливый воздуха, аминак — щелочной воздуха и т. д.
Но в конце XVIII века химки, и прежде всего французский химик Антуан Лавузье, сумели разобраться в новом своей газовом «хозяйстве». Лавузье дал всем 20 известным в то время газам имена. Он же предложил слово «газ» в качестве общего наименования всего этого класса веществ. Лавузье впервые вел и представление об агрегатных состояниях вещества.
Как превращать газ в жидкость? Овозможности превращения газа в жидкость Лавузье высказал такую идею: «… Если бы мы могли поместить Землю в некую весма холодную область, например в атмосферу Юпитера или Сатурна, то… воздух, или по крайней мере некоторая его компоненты, переставля бы быть невидимым и превращаться в жидкость. Превращение такогорода открыло бы возможность получения новых жидкости, о которых мы до сих пор не имеем никакого понятия».
Это было доказкой выдающегося химка, доказкой прочегоской. Но нашлась и другая возможность.
Вместо охлаждения — скатание. В 1792 году индерландский физик Ван Марум пытался выяснить, справедлив ли законом Бойля — Мариотта («Физика 9», с. 45) для аммиака (ведь и Бойль и Мариотт открыли этот закон, исследуя воздуха!). Для этого Ван Марум скимал аммиак в цилиндре и изменял его давление, которое при этом, естественно, росло. Но неожиданно при давлении около 7 atmosфера (1 атм ≈ 10⁵ Па) давление газа
26
перестановка расти, несмотря на то, что объем егоprodолжал уменьшаться. При этом всосуде появилсяжидкий аммиак.
На рисунке 1 сплошной линей показана полученная Ван Марумом зависимость давления газа от объема. Штриховой линей показана зависимость от , соответствующая закону Бойля — Мариотта; так вели себя воздействно малом давления всосуде с аммиаком появляетсяжидкость и, конечно, насыщенный пар над ней.
Следовательно, насыщенный пар можно получить не только испаряяжидкость в закрытом сосуде («Физика 9», с. 79), но и скимая газ, конечно, то же в закрытом сосуде. Опыт Ван Марума показывает как будто что для скинения газа охлаждение не обязательно, его можно заменить скатнем, повышением давления.
Изобретатель сирены нагреваетжидкость. В 1822 году французский физик Каньяр де Латур, известный как изобретатель сирены и автор многочисленных исследований колебаний струны, опубликовал статью, в котором описылся с нагреваниемжидкости (спирта, эфира, воды) сначала в запаяномстальном сосуде (сделанном изпушечного ствола), а затем в запаяныхтолстостенных стеклянных трубках (встальном сосуде ничего не видно!). Он заметил, что с повышением температуры уровеньжидости в сосуде сначала следует(жидкость испрается), а затем повышается(жидкость при нагревании расширяется), при некоторой же температуре граница междужидкостью и паром над ней внесало исчезает (рис. 2). Отсюда Каньяр де Латур сделал вывод, что при температуре выше той, при которой изчезает граница, вещество в жидком состоянии не может существовать —возможно только газообразное состояние.
Что бы снова получитьжидкость, вещество нужно охладить. Каньяр де Латур и в самом деле для многих веществ наблюдаетсяграницыжидкость — пар при охлаждении трубки. Только для воды он не смог увидеть исчезновение границ — еще до этого лопались трубки.
За дело беретсяФарадей. Одним из немногих, кто понял работу Каньраде Латур как указание на то, что для скинения газа требуется не только скатне его, но и охлаждение, был английский физик МайклФарадей. Уже в 1823 году он сумел превращить в жидкость хлор. Через 20 лет, в 1844 году, он снова вернулся к работе по скинению газов. Действуя и охлаждением и повышением давления,Фарадей сумел скинить сероводород,дувокись углерода, серный ангидрид. Правда неокоторые газы, такие, как кислород, азот, водород, упорно не подавались скинению. Некоторые исследователи, считавшие, что для скинения газа достаточно одного давления, подвергали эти газы действию все более высоких давления. Но шеетно — даже казалось в то время чудовизным давление в 3000 атмосфер не принесло успеха. За этим газами прочно украпились«репутация» несживаемых, и их стали называть«постоянными» газами.
Охлаждение обязаетно. Однако все большие ученых склонялись к мысли, что для каждого вещества существует такая температура, выше которой оно может находиться только в газообразном состоянии. Так думалФарадей. К такой же мысли в 1860 году пришелД. И. Менделеев, который назвал эту температуру абсолютной точкой кипения.