Молнии обязаны своим происхождением «воспламеняющемуся дыханию пиритов, неуловимой сере, которая самовозгорается».
Б. Франклин, 1737 [1, с.122]
... лучше было бы уметь лишать тучи их электрической силы, не принуждая себя приносить в жертву ярости молний, чтобы то ни было. Таким путём можно было бы предупредить удары грома, которые вызывают столько страхов у многих людей.
Л. Эйлер. Письма к немецкой принцессе, 1766 [2, с.338]
Ключевые слова: электричество, молния, громоотвод.
Древние персы (IV в до н.э.) согласно Ф. Араго полагали, что мечи, воткнутые в землю остриём вверх, способны защитить от молнии. Аналогично поступали моряки XV в., привязывая мечи к вершинам мачт [3]. В начале XVIII в. же считали, что гром и молния порождены взрывом газов. Так думал и Франклин, о чём свидетельствует фраза эпиграфа из его записной книжки 1737 г. [1, с.122].
Удивительное совпадение заключается в том, что, занявшись вопросом природы молний научно, Б. Франклин развил как бы древнее поверье, разработав теорию громоотвода. Интерес Франклина к физике электричества заронил шотландский физик А. Спенсер, в 1743 г. дававший лекции в Бостоне. [http://www.revolutionary-war-and-beyond.com/benjamin-franklin-and-electricity.html]. Свои собственные эксперименты Франклин начал не позднее 1746 г. Описанные позже, они стали основой его теории электричества, изложенной преимущественно в виде писем, написанных на протяжении 40 лет [4–6]. Самый легендарный опыт Франклина – запуск воздушного змея во время грозы, когда грозовое электричество по намокшей верёвке стекало вниз к ключу, порождая искры и заряжая предметы. Опыт был описан в октябре 1752 г., а вот когда точно произведён, – неизвестно. Опыт аллегоричен – учёный открывает ключом тайны небесного электричества. Но он был не первым и не последним в непрерывной цепи научных исследований, некоторые звенья который мы постараемся выделить. Уже в первых опытах Франклин обратил внимание на то, что заряженные тела быстро разряжаются, если к ним поднести заострённые металлические предметы; при этом, если опыт производить в темноте, то становится заметным слабое свечение вблизи острия. Чтобы выявить аналогию, Франклин указывает на общие черты между молнией и электричеством, среди которых: вызывать свечение, протекать по металлам, зажигать вещества, вызывать запах горящей серы (многие авторы XVIII в. указывают на связь молнии с нечистой силой!).
Исходя из опытов, учёный создаёт теорию электрического флюида (жидкости), которая заключает в себе и объяснение, почему остроконечные тела слабее удерживают флюид вблизи своей поверхности (конечно, это ещё не теория электрического поля М. Фарадея, но определённый шаг к идее рассмотреть плотность зарядов на поверхности). Франклин ставит интересный модельный опыт: заряженные медные чашки весов, коромысло которых подвешено на упругой бечёвке к потолку, моделируют грозовые тучи, на полу на металлический пробойник (или вблизи него), символизирующий высокое здание или холм, ставится острая игла; чашки-тучи, двигаясь по кругу на некоторой высоте, притягиваются к игле и тихо разряжаются.
Так на модельном опыте (можно ли его повторить в кабинете физики?!) проверяется идея громоотвода, а далее намечается план натурного эксперимента: человек в изолированной будке должен наблюдать в грозу за стеканием атмосферного электричества с нижнего конца железного прута, верх которого заострён и поднят на несколько метров выше крыши. Эксперименты Франклина, его теория и выводы из неё вызвали большой интерес и большую полемику в Европе: Королевское общество отказалось публиковать письма Франклина в 1750 г. в своих Трудах (годом позже они были изданы частным образом), а в 1753 г. они уже переведены на французский язык. Среди оппонентов Франклина находим Ж-А. Нолле, М.В. Ломоносова; учёные устраивают на крышах своих домов железные шесты для исследования атмосферного электричества и проверяют идеи Франклина (не будучи заземлёнными, такие шесты таили смертельную опасность; известен несчастный случай с Г.В. Рихманом). Один из контраргументов аббата Нолле по вопросу о способе защиты от молнии, предложенным Франклином, – это неверие в то, что тонкий проводник способен не только притянуть молнию, но и увести в землю всю мощь грозового разряда.
Возможно, что это наблюдение склоняет чашу весов в пользу устройства громоотводов, а также указывает на то, какие размеры заземлённого стержня следует использовать.
Описание действенности громоотвода на практике: в 1760 г. один из первых громоотводов предохраняет здание от разрушения молнией. Франклин включает в свои статьи по электричеству, формулируя позже правила устройства громоотводов. В 1782 г. в Филадельфии насчитывалось уже более 400 громоотводов. Так в результате последовательной научной работы Б. Франклина на протяжении 15–20 лет, из которой мы выделили некоторые ключевые моменты, был создан громоотвод, а легендарный опыт – это лишь часть исследования.
Фрагменты публикаций Б. Франклина, раскрывающие выделенные этапы, а также вопросы и задания приведены ниже.
Для доказательства своей правоты Франклин приводит одно важное практическое наблюдение: в 1754 г. молния попадает в церковь, в башне которой размещены часы с колокольным боем. От колокола к часам, расположенным ниже, идёт проволока, связывающая часовой механизм с ударяющим по колоколу молотом; молния разрушает остроконечный шпиль башни, проходит по колоколу → молоту → проволоке (которую испаряет) → маятнику часов (более толстый стержень остаётся цел) – на всём этом пути колокольня остаётся нетронутой. Затем молния с конца маятника бьёт в камни основания башни, сильно повреждая фундамент.
Древние персы (IV в до н.э.) согласно Ф. Араго полагали, что мечи, воткнутые в землю остриём вверх, способны защитить от молнии. Аналогично поступали моряки XV в., привязывая мечи к вершинам мачт [3]. В начале XVIII в. же считали, что гром и молния порождены взрывом газов. Так думал и Франклин, о чём свидетельствует фраза эпиграфа из его записной книжки 1737 г. [1, с.122].
