На какую высоту можно подняться за счет собственного тепла. I
Попробуем отнестись серьезно. Для этого достаточно вспомнить, что теплый воздух легче холодного и потому поднимается вверх. Первый аэростат заполнялся именно нагретым воздухом. Его создатели братья Жозеф и Этьен Монгольфье, назвавшие свое изобретение воздушным шаром, наполнили аэростат горячим дымом костра и запустили ег о в небо в 1783 году. Спустя полгода их соотечественники Пилатр де Розье и д'Арманд совершили на нем 25- минутное воздухоплавание над Парижем. Тепла костра хватило почти на полчаса полета.
Однако задолго до братьев Монгольфье, еще 30 октября 1709 года, португалец по имени Бартоломеу Лоуренсу де Гужмаон первым в истории использовал подъемную силу горячего воздуха. С помощью этой силы он запускал в небо небольшие открытые внизу устройства, оболочка которых представляла собой жестким каркас из ивовых прутьев, обклеенный плотной бумагой. Внутри оболочки помещался сосуд с горючим веществом, в которое погружался зажигаемый фитиль. Однако для полета человека эти устройства были не пригодны.
Кстати, Гужмаон был известен изобретением «Пассаролы» — судна, «которое плавает по воздуху, делая по 600 миль в день, чтобы перевозить всякие товары». В своем ходатайстве на имя короля о предоставлении монопольной привилегии на это изобретение он предлагал использовать свой воздушный корабль для сбрасывания бомб и зажигательных снарядов на крепости и морские суда противника. И это за двести лет до начала воздушных бомбардировок!
Любопытно, что еще в 1657 году Савиньен Сирано де Бсржерак в своем фантастическом приключенческом романе «Иной свет, или государства и империи луны» иронически описал применение горячего дыма для подъема человека в воздух. Но уже в следующем году профессор-иезуиг Лоренцо Лавр всерьез пишет о возможности подъема сосуда силою горячего воздуха, хотя до модельных попыток дело не доходило.
Конечно, человек — не костер, но он тоже источник теплоты. Тепловыделение человеческого организма оценивается величиной, примерно равной 1,5-102 Вт. В течение суток человек отдает в окружающую среду тепловой энергии порядка 1,3-107 Дж. Спрашивается, на какую высоту он мог бы подняться,
если бы попытался использовать всю эту теплоту для подъема? Формальное решение задачи свелось бы к следующему рассуждению: если всю выделившуюся за сутки тепловую энергию человека обратить в потенциальную энергию приподнятого над Землей человека, то mgh = 1,3-107 Дж, и, следовательно, высота 20 000м. Но можно ли всю тепловую энергию без остатка превратить в механическую энергию? Оказывается, все виды энергии, кроме тепла, способны полностью переходить друг в друга при некоторых идеальных условиях. Если, например, электрическая энергия прямо или через цепь преобразований трансформируется в тепло без остатка, то тепловая энергия только частично может быть преобразована в электрическую. Какую часть от всего количества тепла удастся превратить в электричество или работу (механическую энергию), зависит от многих условий, в том числе от состояния самой энергии и от процесса ее превращения.
В механике Ньютона понятие «работа» отсутствовало. Впервые оно было развито в работах французского математика и инженера Ж. В. Понселе в первой трети XIX века. Будучи солдатом наполеоновской армии, он был пленен русскими, что не помешало ему, однако, быть избранным позднее иностранным членом-корреспондентом Петербургской академии наук.
К понятию энергии физики при шли на столетие раньше. Любопытно, что к его введению привело исследование задач по перемещению тел в поле консервативных сил, а попросту говоря, исследование движения бусинки, соскальзывающей без трения вдоль проволоки произвольной формы.