Жизнь и мечта - Ощепков Павел Кондратьевич - Страница 76

Коллега Б. Что значит «самопроизвольно»?

Коллега А. А то, что если энергия колеблющегося механического маятника, например, вследствие сопротивления воздуха и трения в подвесах, самопроизвольно переходит в тепло, то обратного процесса произойти не может. Маятник ни при каких условиях не начнет самопроизвольно раскачиваться за счет тепла, содержащегося в окружающей среде.

Коллега Б. Я бы осторожнее относился к слову «самопроизвольно», ибо и в первом случае энергия качающегося маятника, если говорить точно, тоже не совсем самопроизвольно переходит в тепло. Для того чтобы маятник начал качаться, ему необходимо было предварительно сообщить какое-то количество энергии, или, как сказал бы Карно, — необходимое количество работы.

Надо было также создать такое устройство, при котором запасенная в маятнике потенциальная энергия переходила бы в тепло не сразу, как это бывает при упавшем камне, а постепенно, с каждым периодом раскачивания, за счет трения о воздух и т. п. Все это означает, что в качающемся маятнике процесс был организован. Если быть последовательным, то и в обратный процесс надо сначала внести элементы организации.

304

Коллега А. Никакая организация процесса не может дать возможности получить энергию за счет охлаждения какого-либо тела окружающей нас среды. Все тела, находящиеся в равновесии друг с другом, энергетически бесплодны. Энергия теплового движения молекул любого тела, находящегося в равновесии с другими телами, хотя и огромна, но мертва.

Коллега Б. Я с этим в корне не согласен, и, по-видимому, это и составляет главную суть наших расхождений. Ты признаешь, что энергия может быть «мертвой», а я этого признать не могу и никогда не признаю.

Коллега А. Но ты не можешь указать мне хотя бы на один пример использования тепловой энергии окружающего пространства.

Коллега Б. Задавая вопрос так, ты грешишь против собственной совести. Ты сам знаешь, что примеры такие существуют. Ты их или не видишь, или не хочешь связать с обсуждаемой проблемой. А может быть, ты и не можешь найти эту взаимосвязь.

Коллега А. Ты начинаешь говорить загадками.

Коллега Б. Существуют, как ты знаешь, различные системы тепловых насосов. И отрицать то, что они позволяют получать тепло, например, для отопления зданий за счет охлаждения воды в реке и т. п., — ты не можешь.

Коллега А. Но в этом нет ничего особенного. Это просто-напросто обращенная тепловая машина.

Коллега Б. И я говорю, что нет ничего особенного в том, что Колумб на глазах изумленной публики поставил яйцо на острый конец. Я не помню, кому принадлежат слова, но хочу повторить их тебе: ты, видимо, безнадежно потерял способность удивляться — это очень плохо для ученого.

Ты вот привел пример с маятником и видишь в нем только то, что запасенная потенциальная энергия постепенно переходит в тепло и никогда больше не превращается обратно в энергию качающегося маятника. Тебя не удивляет это устройство, для тебя оно слишком примитивно. А я до сих пор восхищаюсь этим устройством и вижу в нем прежде всего пример всеобщего закона природы о единстве сил. В самом деле, если отвести маятник в самое верхнее положение и задержать его там, то количество потенциальной энергии в нем от этого не уменьшится.

305

Наоборот, он будет обладать в этом положении максимумом потенциальной энергии, хотя и не будет совершать никаких движений. При движении же потенциальная энергия будет то превращаться в кинетическую форму, то снова в потенциальную. Это ведь то же самое, что движение планет вокруг Солнца, что движение электрона вокруг ядра и т. п.

Планеты, приближаясь к Солнцу, то преобразуют часть своей потенциальной энергии в кинетическую, то, удаляясь от него, вновь увеличивают запасы своей потенциальной энергии. И ровно столько, сколько было израсходовано потенциальной энергии при преобразовании ее в кинетическую, будет вновь получено при преобразовании кинетической энергии в потенциальную. Это тот же маятник, только удаленный от нас, невидимый, а маятник земной мы можем, как говорится, и ощущать.

А разве не удивляет то, что маятник Фуко, установленный в Исаакиевском соборе, наглядно показывает принцип вращения Земли? Маятник — великое изобретение, и, не будь открыто маятниковое движение, мы, возможно, до сих пор пользовались бы водяными клепсидрами или песочными часами. Вот почему я с таким восхищением смотрю на простой, обыкновенный маятник.

Коллега А. Я пока не вижу никакой связи между твоим восхищением маятником и твоими мечтами об использовании энергии окружающего пространства.

Коллега Б. Я тебе еще не рассказал всего того, что думаю о маятнике. Принцип этот существует не только в механике. Он прекрасно осуществлен в радиотехнике.

В любом колебательном контуре энергия попеременно преобразуется то в электрическую форму, то в магнитную. И это удивительное преобразование совершается тем большее количество раз, чем меньше будут собственные потери в колебательном контуре.

Коллега А. Ну и что же ты нашел в этом особенного? Теперь каждый школьник, каждый радиолюбитель знает, как устроен колебательный контур. Теория его изучена, а практика льется через край.

Коллега Б. Я уже говорил, что порой даже самые простые, самые привычные понятия и факты требуют анализа и исследования. Часто, к сожалению, очень часто мы, свыкнувшись с ними, перестаем критически относиться к ним.

Но раз уж мы заговорили о радиотехнике, то я хочу напомнить тебе о прекрасной механической модели, иллюстрирующей принцип работы связанных контуров.

306

Любой из нас даже в домашних условиях может поставить интересный опыт. Он крайне прост, но дает много пищи для размышлений.

Между спинками двух стульев натяни бечевку длиной примерно полметра и подвесь на нее на некотором расстоянии друг от друга два грузика (скажем, две гайки) на нитках длиной 30—40 см. Получатся два маятника на мягких подвесках. Теперь оттяни один из грузиков и отпусти его. Он, понятно, начнет качаться. И тут мы увидим следующую картину: амплитуда качающегося маятника станет постепенно затухать, но зато второй маятник, который был до этого в покое, начнет сам раскачиваться, и чем дольше, тем больше. Наконец, амплитуда второго маятника сравняется с амплитудой первого маятника. Первый маятник, таким образом, передаст часть своей энергии второму маятнику, иначе как же объяснить это явление? Казалось бы, в дальнейшем колебания обоих маятников должны затухать одновременно. Но произойдет необычное: амплитуда колебаний первого маятника по-прежнему будет затухать и упадет в конце концов до нуля, а амплитуда колебаний второго будет все увеличиваться и увеличиваться, пока наконец не достигнет своего максимума. Затем они поменяются ролями, и процесс повторится еще несколько раз.

Коллега А. И что же тут необычного? Этот опыт видели, наверное, многие студенты и даже школьники.

Коллега Б. Я тоже думаю, что его видели многие.

Но едва ли задумывались над такими вопросами: почему энергия первого маятника «перекачивается» второму даже тогда, когда амплитуда первого стала уже меньше амплитуды второго маятника? Почему энергия низшего потенциала переходит к маятнику с энергией более высокого потенциала? Почему второй маятник как бы концентрирует на себе всю энергию первого маятника? И это наглядно видно в данном опыте, так как амплитуда первого маятника действительно доходит до нуля, тогда как второй маятник в это время раскачивается с максимальной амплитудой. Почему нет одновременного выравнивания и усреднения энергии между этими двумя маятниками?

Все здесь кажется очень простым, но если задуматься, то все это не так-то просто.

Коллега А. Ты, видимо, любишь философствовать по всякому поводу...

307

Коллега Б. Друг мой! Как бы мне хотелось дать тебе вторые глаза. В простом, ставшем уже будничным, ты действительно не хочешь видеть философской стороны.

Коллега А. У нас очень много философов, но, помоему, все они стоят по ту сторону техники, конкретных наук.