У Жюля Верна есть рассказ под заглавием "Драма в воздухе"*. В нем описывается полет на воздушном шаре профессионального воздухоплавателя, который собирался совершить прогулку в воздухе с тремя платными пассажирами. Но в последний момент они испугались, и пилот решил лететь в одиночку. Загрузив корзину аэростата лишними балластными мешками с песком по весу неявившихся пассажиров, воздухоплаватель стал готовиться к взлету и сел в корзину. Последовавшие затем события у Жюля Верна описаны так:
"Двенадцать человек, которые удерживали аэростат, немного отпустили его, и шар был поднят на несколько футов от земли.
Не было ни малейшего ветра, и тяжелый свинцовый воздух казался непроницаемым. Бросив последний взгляд, я убедился, что могу отправляться.
- Внимание!
- Пускай!
Шар медленно пошел вверх, но я внезапно почувствовал сотрясение, которое опрокинуло меня на дно корзины.
Поднявшись, я очутился лицом к лицу с неожиданным пассажиром - бледным молодым человеком.
- Мой вес нарушил условия равновесия аэростата, - проговорил он. - Вы позволите?
И, не дожидаясь ответа, он взял два мешка с балластом и выбросил их за борт.
...Барометр упал до 700 мм; мы поднялись почти на 600 м над городом.
- Вы сердитесь на меня?! - воскликнул незнакомец. - Но я не мог заплатить за участие в полете. Потому пришлось действовать нахрапом.
- Никто вас не гонит... А объяснение с вами я предпочитаю иметь на земле!..
- Ну, не будем пока говорить о возвращении!
И, прежде чем я успел удержать его, еще два мешка с песком были выброшены из корзины...
Аэростат, поднявшись, снова остановился .
Незнакомец посмотрел на барометр и промолвил:
- Вот теперь мы на высоте 800 метров. Люди кажутся букашками. Поглядите!
- Возможно, будет гроза, - сказал молодой человек.
- Но мы спустимся до того, - возразил я.
- Вот еще! Лучше поднимемся, тогда мы вернее избежим грозы.
И опять два мешка с балластом полетели в пространство. Аэростат стал быстро подниматься и остановился на 1200 м. Чувствовался довольно сильный холод, но солнечные лучи согрели внутренний газ и придали ему еще большую подъемную силу".
Таково начало рассказа. Незнакомец оказался душевнобольным, с манией увековечить свое имя в истории воздухоплавания. Выбросив весь балласт, он стал бросать из корзины снаряжение, а на высоте 9000 м, в борьбе с пилотом, обрезал веревки корзины и ринулся вниз вместе с ней. Пилот спасся только тем, что успел ухватиться за подвеску баллона.
Обращаем внимание читателей на аэростатическую сторону этого рассказа и предлагаем разобраться в подробностях всех условий полета (это, между прочим, очень полезно для более точного уяснения условий полета стратостатов).
При этом нужно иметь в виду следующие технические указания, имеющиеся в рассказе, краткие сами по себе, но вполне достаточные для полного решения задачи.
Емкость баллона аэростата 3000 м3, но наполнение его газом перед взлетом было сделано лишь на 3/4 полного объема. Всего на борту аэростата было 150 кг балласта (то есть примерно 10 мешков), причем учет газа и всей нагрузки был сделан очень точно.
У описанного аэростата при переменном объеме подъемная сила постоянная, потому что по мере подъема, то есть с уменьшением наружного давления, газ свободно расширяется внутри баллона, увеличивая его объем. Аэростаты такого рода называются невыполненными , в отличие от наполненных у земли до всей емкости оболочки; последние имеют в полете постоянный объем, но убывающую переменную подъемную силу, так как по мере подъема расширяющийся газ выходит через открытое нижнее отверстие.
Понятно, что каждый невыполненный аэростат обращается в выполненный, как только он достигнет некоторой высоты, где газ займет всю емкость оболочки; такая высота называется зоной выполнения (равновесия) или статическим потолком. Чем выше рассчитывается этот статический потолок, тем меньшая часть емкости оболочки должна быть выполнена у земли перед взлетом, или, другими словами, тем больше должны быть размеры баллона (таковы условия для стратостатов, у которых подъемный газ заполняет лишь 7-8% оболочки).
Уравновешенный аэростат с выполненной оболочкой может подниматься лишь за счет сбрасывания балласта.
Для ориентировки даем приближенные числа о величине атмосферного давления (в мм ртутного столба) на различных высотах (при температуре 0оС):
| У земли | 760 мм |
| 500 м высоты | 714 " |
| 1000 " " | 667 " |
| 1500 " " | 628 " |
| 2000 " " | 586 " |
| 2500 " " | 553 " |
| 3000 " " | 515 " |
Физический закон Бойля-Мариотта о соотношении между объемом газа и давлением должен быть известен читателю (напомним: объем и давление обратно пропорциональны друг другу).
Укажите, какие физические несообразности имеются в приведенном выше рассказе Жюль Верна:
- Мог ли аэростат совершить взлет именно так, как описано?
- Правдоподобно ли в физическом отношении описание всех стадий полета? (Обратите внимание на выделенные слова.)
* См. Ж. Верн. Собрание сочинений. - М.: ММП "Дайджест", 1992, т. 5, с. 453-471.
