Законы Архимеда для чайников и учёных

Люди плавали по рекам и ходили по морям… И не знали Архимеда (287-212 до н.э.). Не знают все его законы и сейчас. Вот три первые теоремы из его якобы утерянного трактата «О плавающих телах» и пара-тройка наших:

Теорема 1. Все жидкости и газы имеют вес и находятся под давлением силы веса собственных и выше расположенных слоёв. 

Теорема 2. Все прозрачные жидкости и газы состоят из одинаковых, равноудалённых и относительно неподвижных (колеблющихся или дрожащих) частиц, находящихся в состоянии взаимного отталкивания и относительного равновесия.

Теорема 3. Малые твёрдые тела (взвешенные частицы) могут находиться в жидкостях и газах неопределённо долго по причине сдавленности этих сред и равного на них давления со всех сторон, превышающего силу веса самих малых тел на упругую и сдавленную среду.

Терема 4. Единичное смещение взвешенной или броуновской частицы происходит в момент прохождения через неё фронта повышенного или пониженного давления в упругой и сдавленной среде, то есть по причине возникновения в этот момент асимметричного давления среды на частицу.

Теорема 5. Наблюдаемая хаотичность движений взвешенной частицы есть результат прохождения через неё как прямых звуковых и иных фронтов, идущих от источников, так и отражённых от чего угодно.

Теорема 6. Если источник звука, ультразвука или инфракрасного излучения расположен к броуновским частицам ближе, чем к отражающим поверхностям, частицы движутся прочь от источника волн; если звук создаётся локальными понижениями давления, частицы движутся к источнику таких колебаний.

Теорема 7. Если вес объёма столба жидкости или газа, включающего погружённое тело, больше веса аналогичного столба без тела, тело погружается или опускается; если вес столба жидкости или газа с телом меньше веса аналогичного столба жидкости или газа без тела, тело вытесняется вверх; если вес столба среды с телом равен весу столба среды без тела, тело остаётся на данной глубине погружения. Отсюда: "Вытесняющая или архимедова сила равна весу жидкости или газа в объёме погружённого тела".

Теорема 8. Если давление неподвижной жидкости или газа на горизонтальный диск больше снизу, чем сверху - значит, избыточное давление создано весом диска, и диск погружается или опускается; если давление на диск больше сверху, чем снизу - значит, плотность вещества диска меньше плотности среды, и диск всплывает или движется вверх.

Теорема 9. При попытке удержания двумя руками трёх шаров на горизонтальной линии всегда так: если вес среднего шара больше веса каждого из крайних, он всегда выдавливается вниз; а если вес среднего шара значительно меньше каждого из крайних, он всегда выдавливается вверх.

Пояснения к нашему трактату "О плавающих телах". Архимед в ярком луче солнечного света, проникшем в тёмное помещение через узкую щель, наблюдал «плавание малых твёрдых тел» в воздухе и в воде (не мог не наблюдать, как и каждый из нас). Этим доступным наблюдением доказывается: у невесомого ранее воздуха (у древних людей "воздух" - это невидимый, невесомый и вездесущий дух, которого много) есть вес; воздух больше не хаос, то есть не газ, так как хаос невесом по определению. Кроме того, среда, состоящая из хаотически мечущихся и сталкивающихся частиц, непроницаема ни для звука, ни для эл. магнитных колебаний... И вообще, хаос - это плазма, огненный шар атмосферного атомного взрыва, шаровая молния и просто пламя свечи, обжатое атмосферным давлением.

Мы доказываем теоремы Архимеда о сдавленных средах так: в пустую трёх литровую стеклянную банку бросаем зажжённую спичку (пусть спичка потухнет ещё во время полёта), закрываем банку крышкой, дожидаемся полной остановки струек дыма… и плавно поворачиваем банку вокруг её вертикальной оси симметрии. Задымлённый воздух в банке поворачивается точно так же, как это был бы и не воздух, а, скажем, сахарный песок, то есть вместе с банкой. Наливаем в банку немного воды и очень плавно поворачиваем банку. Всплывшая спичка и, следовательно, вода тоже проворачиваются вместе с банкой. Вот и всё! Да, если бы движение частиц воздуха или воды было и в самом деле хаотическим, то им, неугомонным, наши манипуляции с банкой были бы совершенно безразличны, и воздух, и вода в поворачиваемой банке остались бы неподвижными.

Известно, что масса частички тумана в квадриллион раз (число с 15 нулями) больше массы молекулы азота воздуха. Тут уместно сравнение «Титаника» с капелькой росы на его борту. Поэтому для нас огромным парадоксом являлось то, что, казалось бы, умные люди, то есть учёные, объясняют броуновское движение частички тумана её случайными столкновениями с хаотическими частичками воздуха. Теперь этого парадокса ни для нас, ни для вас, надеемся, уже не существует, как и кинетической теории вещества - тоже.

Жан Перрен (1870-1942), изучавший броуновское движение частичек гуммигута, ничего не знал об ультразвуке и инфракрасном излучении; не знал он, что эти факторы присутствуют повсюду и присутствуют всегда. Кроме того, три наши теоремы давно доказаны практикой применения ультразвука и ИК-излучения в промышленности и в медицине для управления движением взвешенных частиц. Это уже сотни различных технологий. Советуем посмотреть "Применение ультразвука в промышленности", а по медицине - "Форезы". Но мы были бы не мы, если бы не смогли предложить вам что-то новенькое. Пусть сегодня это будет «Барокамерный способ очистки жидкостей от взвесей». Суть этой технологии в том, что при понижении давления среды на взвешенные частицы, они «выпадают в осадок». Это практический вывод из третьей теоремы Архимеда. Кстати, с увеличением глубины прозрачность морской воды уменьшается, и повинно в том увеличение парциального давления, то есть давления воды на частички взвесей.

Однако и тот закон Архимеда, что каждый знает, мало кто понимает. Это непонимание и позволяет нашим учёным объяснять прилипание предметов с гладкой поверхностью к голым участкам тела человека посредством "биомагнетизма", "энергии космоса"... и даже защищать по эти темам докторские диссертации. Да, есть у нас и такие теоретики. А на самом деле на всякое приложенное тело со стороны окружающей среды действует сила давления среды. Причём, с приложенной стороны эта сила меньше, а с внешней стороны - больше. Она-то и является прижимающей силой. Так что, вилки, ложки и даже утюги прижимаются к потному лбу человека асимметричным атмосферным давлением, которое на уровне моря несколько больше одного килограмма на квадратный сантиметр поверхности. Многие формы живой природы, в частности улитки и слизни, используют атмосферное прижатие к субстрату, а для вытеснения воздуха из-под себя они применяют "контактную жидкость", то есть слизь. Это и позволяет им "путешествовать с комфортом", хоть и вниз головой, по гладкому потолку теплицы.

Как видите, понимание важнее и сильнее знания. Однако именно с пониманием дела у математиков обстоят особенно плохо. К примеру, даже Эйнштейн говорил:"Не обязательно понимать этот мир, нужно лишь найти себя в нём"; "С тех пор, как за теорию относительности принялись математики, я её уже сам больше не понимаю"; "Математика - единственный совершенный метод водить себя за нос". И других, конечно. Однако математика - это не метод, а целое искусство водить всех за нос, искусство оглупения и оглупления. Архимед последние десять лет своей жизни тоже водил себя за нос, пытаясь найти тайные и взаимосвязанные математические пропорции у шара, вписанного в цилиндр, и у этого цилиндра. Увы, "Из дома реальности легко забрести в лес математики, но лишь немногие способны вернуться обратно" (Хуго Штейнхаус).

Архимед смог определить объём золотой короны, не сделав ни одного её измерения. В этом и была его "Эврика". Мы, думаем, смогли вам объяснить кое-что, не написав при этом ни одной формулы. И вообще, "математить" в объяснениях чего-либо - это и неправильно, и неприлично. "Если ты не можешь объяснить что-либо просто - значит, ты сам этого не понимаешь" (А.Э.)... или говоришь о том, чего нет. К примеру, ваши учебники снова предлагают вычислять архимедову силу путём дифференцирования давления по высоте столба жидкости или газа и его интегрирования по всем точкам поверхности погружённого тела. И эта математическая глупость (см. теорему 9) в учебниках выглядит вполне научно, так как глупцам умным и научным кажется всё то, чего они не понимают.

К логике теорем Архимеда мы ещё будем не раз возвращаться в последующих темах. А сегодня просим запомнить: воздух больше не хаос; чтобы сделать воздух непрозрачным, нужно принудить его частицы к хаотическому движению. И мы давно научились это делать. О "состоянии взаимного отталкивания и относительного равновесия дрожащих частиц", равно как и о давлении, и о температуре, пока подумайте сами.