Кроме того, Жуковский рекомендовал для ограждения водопроводных труб от аварий устраивать на магистрали воздушные колпаки, которые, как подушки, смягчают ударное действие воды в трубах.
Вы думаете, что этим дело и кончилось? Нет, водопроводные аварии и медленно завинчивающиеся краны для Жуковского оставались только внешними границами практического мира. Истинная наука начиналась за этими границами, а Жуковский был великий ученый. Он заглянул гораздо глубже в сущность стихии и, возвратившись в практический мир, предложил нечто, похожее на колдовство. Он, видите ли, нашел способ определять место аварии, не выходя из водокачки и не дожидаясь, когда вода в месте разрушения трубы выступит на поверхность мостовой, давая знать об аварии. Секрет заключался в том, чтобы создать искусственный гидравлический удар на водокачке, а затем взглянуть на ударную диаграмму, автоматически вычерчиваемую на бумаге особым прибором. Пользуясь теоретическим построением Жуковского, по этой диаграмме оказалось возможным точно определять место, где происходит утечка воды.
Когда старых рабочих-водопроводчиков прислали впервые на спокойную улицу с сухой и чистой мостовой и сказали им: «Ройте, тут лопнула труба!» — они посмотрели на инженера, как на человека, сошедшего с ума или решившего пошутить. Сняв верхний покров мостовой, люди приступили к работе молча. Рабочих оскорбляло неуважение к их труду, казавшемуся заведомо напрасным и бесполезным. Молодой инженер и сам ждал, закусив губы. Люди шумно швыряли землю, но ждать пришлось недолго. За песчаным слоем последовала глина, напитанная до отказа водой, и вслед за тем захлюпала жидкая грязь: место разрыва трубы было определено по диаграмме с точностью до одного метра.
Так была решена профессором Жуковским задача о величине гидравлического удара и о скорости его волны. Это было первое полное и точное решение в науке.
Когда Жуковский 26 сентября 1897 года делал доклад об этом решении в Политехническом обществе, деловой вечер обратился в триумф теоретической науки и ее блестящего представителя. Работа Жуковского «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах», переведенная вскоре почти на все языки, стала теоретической основой для совершенствования всех гидравлических машин. Московский профессор рассеял туман, окутывавший многие вопросы, связанные с работой таких машин. Гидротехники получили возможность производить точные расчеты не в одном водопроводном деле. Прежде всего были созданы правильные конструкции гидравлических таранов: тараны работали доселе очень плохо, так как наука не имела оснований для расчета длины трубы, подводящей воду. Как обеспечить наивыгоднейшее использование в таране гидравлического удара, никто не знал.
Теперь гидравлический таран, попав в сферу влияния научных идей русского ученого, начал жить заново. Без всяких дополнительных сооружений, без насосов, плотин и моторов, тараны сейчас в некоторых колхозах подают из ложбин и овражков с текучей водой высоко наверх, в коровники и конюшни, живую струю воды.
Таковы теоретические и практические результаты решения одной задачи, такова история этого решения. За долгую и страстную свою жизнь Жуковский решил их несколько сотен. И все они были труднейшими из задач, предложенных мировой науке инженерами, техниками и практическими работниками самых разнообразных областей жизни.
Н. Е. Жуковский.
В разные периоды своей ученой деятельности Жуковский занимался и вопросом о прочности велосипедного колеса, и вопросом о наивыгоднейшем угле наклона аэроплана, и вопросом о рациональной форме корабля. С исчерпывающей полнотой и даже с показом механических моделей он отвечал и на вопрос, почему кошки при падении всегда падают на лапы, и на вопрос, почему из фабричных труб дым выходит клубами, и на тысячу других вопросов, больших и маленьких. Он дал полное объяснение и явлениям кровообращения в человеческом организме и действию гребного винта. Он делал доклады и о парении птиц, и о движении вагонов по рельсам, и о снежных заносах, и о ветряных мельницах, и о качке кораблей, и о множестве других разнообразных вещей, которые Жуковскому служили только поводом для теоретических построений огромного и широчайшего значения.
Но самым главным среди всего, что сделал Жуковский, были его работы по вопросам авиации и воздухоплавания.
Эти работы доставили ему мировую славу и воздвигли нерукотворный памятник как «отцу русской авиации».
В природе есть много явлений, наблюдая которые кажется невозможным проникнуть в тайну законов, ими управляющих. Клочок бумаги, брошенный на пол, падая, ложится совсем не там и не так, как можно было ожидать. Орел и ястреб парят в воздухе, не двигая крыльями. Вихри, ветры, ураганы, все явления, происходящие под влиянием сил, возникающих при движении воздуха, долгое время оставались непонятными и необъяснимыми.
То же можно сказать и о явлениях, связанных с движением жидкостей при воздействии на них каких-либо сил. Именно полнейшая неуловимость законов движения воды и особенно воздуха заставляла наших предков относиться к ним как к стихийным силам природы, непостижимым уму и неподвластным человеку.
До последнего времени многих законов аэродинамики и гидродинамики, определяющих поведение воздуха и жидкостей в связи с действующими на них силами, человечество не знало. Поэтому в течение тысячелетий, несмотря на множество смелых, но наивных попыток, человек не смог подняться в воздух. Он сделал это тогда, когда были разрешены основные вопросы аэрогидродинамики, установлены основные законы движения тел в воде и воздухе.
Одна из важнейших закономерностей аэрогидродинамики была установлена еще в XVIII веке голландским ученым и членом Петербургской Академии наук Даниилом Бернулли. Он установил связь между давлением и скоростью в каждой точке струи тяжелой жидкости.
В чем заключается связь между скоростью и давлением?
Что такое скорость и давление в приложении к воде и воздуху?
Воздух, подобно жидкости, давит на поверхность каждого тела, с которым он соприкасается, причем давление в каждой точке перпендикулярно к поверхности тела. Такое давление называется статическим давлением или просто давлением. Статическим давлением является атмосферное давление: воздух, как известно, имеет вес, и довольно значительный — каждый литр его весит более грамма. На каждый квадратный сантиметр поверхности у земли давит воздушный столб такого же сечения, весом около килограмма. Это и есть пример статического давления.
Скорость, или, вернее, живая сила, текущих воды или воздуха может быть преобразована в давление на поверхность тела. В отличие от статического давления, такое давление называется динамическим давлением, или скоростным напором. Если в стакан с водой подуть с достаточной силой, то вода выплеснется через край.
Так вот, Бернулли установил, что для каждой точки струи жидкости, не обладающей вязкостью, сумма скоростного напора и статического давления остается величиной постоянной. Иначе говоря, там, где увеличивается скоростной напор, уменьшается давление, и, наоборот, там, где уменьшается скоростной напор, увеличивается давление. Закон этот, как выяснилось позднее, одинаков и для жидкостей и для газов.
Стоит нам только усвоить этот основной закон, одинаковый для воды и воздуха, как многие аэрогидродинамические загадки перестают быть загадками.
Возьмем, например, два листка бумаги, слегка выгнем их и будем держать близко друг к другу выпуклыми сторонами. Казалось бы, что если подуть в пространство между ними, листки должны разойтись. На самом деле листки сближаются своими горбами.
Не зная связи между скоростью и давлением, тут ничего нельзя понять. Но закон Бернулли говорит, что увеличение скорости между листками уменьшает давление между ними, в то время как на внешних сторонах листков оно остается неизменным, равным атмосферному. Вот эта разность давлений и сближает листки.