Первый полет воздушного шара с людьми состоялся в 1783 году, а спустя столетие был создан дирижабль. Сегодня основным воздушным видом транспорта являются самолеты, но воздушные шары и дирижабли все еще используются в авиации.

Идея полета на воздушном шаре возникла в начале XIII века, когда английский естествоиспытатель Роджер Бэкон предложил использовать тонкую медную сферу, наполненную огнем или воздухом. Но такой аппарат не смог бы взлететь. Чтобы набрать высоту, воздушный шар должен быть очень легким, а наполняющее его вещество менее плотным, чем окружающий воздух.

Первый шаг к решению этой проблемы был сделан в 1766 г., когда английский химик Генри Кавендиш получил водород. Мыльные пузыри, наполненные водородом, быстро поднимались вверх, так как его плотность значительно меньше плотности воздуха. Для изготовления шара с водородным наполнителем требовался прочный и в то же время тонкий и легкий материал. Однако ни один из известных тогда материалов не был способен долго удерживать газ. Не существовало также технологии быстрого получения водорода для возмещения утечки газа.

Горячий воздух или водород?

В 1783 году братья Жозеф и Этьен Монголь-фье использовали в качестве наполнителя горячий воздух. Для этого они разожгли под открытым основанием шара древесный уголь. Затем, поместив в прикрепленную к шару корзину овцу, утку и петуха, запустили его.
Полет, который состоялся в присутствии короля Франции Людовика XVI, продолжался восемь минут. Поскольку животные вернулись на землю невредимыми, следующим должен был полететь человек.

Дирижабли

Воздушные шары имели один большой недостаток они летели туда, куда их нес ветер. Стремление иметь управляемый летательный аппарат привело к изобретению дирижабля. Первый дирижабль управляемый аэростат с двигателем -построил француз Анри Жиффар. 24 сентября 1852 года его воздушный корабль объемом 2000 кубических метров газа с паровым двигателем, вращавшим пропеллер, пролетел 27 км со скоростью9 км/час. В 1895 г. конструкцию этого аппарата значительно усовершенствовал венгр Давид Шварц, построив первый дирижабль жесткой конструкции. Внутренний каркас из стальной проволоки позволял сохранять обтекаемую форму корабля, что обеспечивало плавность движения в воздушной среде.

В Германии граф фон Цеппелин усовершенствовал дирижабль. Первый построенный им аппарат с алюминиевым каркасом совершил полет 2 июля 1900 года. К 1930-м годам гигантские дирижабли жесткой конструкции, в которых объем газа превышал 150 000 кубических метров, совершали трансокеанские пассажирские рейсы. Чаще всего эти дирижабли наполнялись взрывоопасным водородом, посколькуон обеспечивал большую подъемную силу, чем безопасный гелий. К тому же, гелий стоил дороже, и приобрести его можно было только в Северной Америке. Из-за серии катастроф, произошедших с дирижаблями, наполненными водородом, а также усиливающейся конкуренции со стороны более тяжелых летатель¬ных аппаратов пассажирские перевозки на дирижаблях прекратились, хотя их продолжали использовать в военных целях.

Современные тенденции

Сегодня беспилотные шары используются для научных исследований и метеорологических наблюдений. Они поднимают в атмосферу приборы, которые фиксируют разнообразные параметры для последующей обработки. Воздушные шары и дирижабли используются в спорте и рекламе. Несколько дирижаблей перевозят пассажиров. Однако самые многообещающие проекты по использованию дирижаблей-гигантов связаны с транспортировкой крупногабаритных и сверхтяжелых грузов.



Первый трансатлантический рейс туда и обратно совершил британский дирижабль R34. Он вылетел из Ист-Форчун (Шотландия) в Нью-Йорк 2 июля 1919 г. и воз¬вратился в Британию

13 июля. Полет про-
должался немногим .
более 183 часов.

Первые субмарины представляли собой подводные гребные суда с корпусом из дерева и кожи. Современные атомные подлодки -мощный вид военной техники; они могут проплыть более 500 000 км, израсходовав всего 5 кг топлива.

Впервые подводную лодку примени¬ли против вражеского судна в 1776 г. в Америке во время войны за независимость (1775-83 гг.). Сверхмалая субмарина «Черепаха» предприняла попытку заминировать британский фрегат «Игл» в Нью-Йоркской бухте. План провалился, но «Черепаха» смогла подобраться незамеченной к кораблю неприятеля, тем самым доказав, что подводные лодки можно использовать в ходе войны. Эта подлодка двигалась за счет вращения гребного винта с помощью педалей.
Поиск подходящей энергосиловой установки для подводных лодок оказал¬ся нелегкой задачей. К началу 1830-х гг. были разработаны приемлемые кора¬бельные электродвигатели. Однако
у них быстро разряжались их батареи. К началу 1860-х гг. появились аккумуляторные батареи (аккумуляторы), способные перезаряжаться с помощью динамо-машин. Но для вращения самой динамо-машины также требовался тот или иной двигатель.

Поиски двигателя

Для обычного парового двигателя требовалось большое количество воздуха для сжигания топлива, а также дымоход для отвода дыма и выхлопных газов. Та-
кой двигатель мог работать, когда лодка находилась на поверхности, но перед погружением команда должна была наглухо закрыть дымоход и загасить котлы. Это приводило к неприемлемой задержке, так как подлодке необходимо быстро погружаться, чтобы избежать встречи с неприятелем. Кроме того, остаточное тепло котлов вызывало недопустимое повышение температуры внутри погруженной лодки.
Казалось, решением проблемы могли стать бензиновые двигатели, хотя у них был серьезный недостаток: их летучее топливо выделяло взрывоопасные газы. Несмотря на это, к началу 1900-х гг. на многих подлодках ВМС были установлены именно такие двигатели.

Дизельные двигатели

В итоге на смену бензиновым двигателям подводных лодок пришли дизель¬ные. Сначала для надводного плавания использовался непосредственный при¬вод от дизельных двигателей подлодки, позже дизель электрический привод (как под водой, так и на ее поверхности). Вращаемые дизельными двигателями генераторы одновременно приводили лодку в движение и заряжали аккумуляторы.
В 1943 г. немцы изобрели шнорхель трубку, состоящую из двух каналов: для всасывания свежего воздуха и для отвода выхлопных газов под воду. При выдвинутом над водой шнорхеле двигатели подлодки, находящейся непосредственно у поверхности воды, работали на перезарядку аккумуляторов. Благодаря этому такие субмарины было очень трудно обнаружить.

Первая атомная субмарина «Наутилус», появившаяся на вооружении ВМС США в 1955 г., произвела революцию в строительстве подводных лодок. Кусочка урана размером с мячик для гольфа в атомном реакторе хватало, чтобы эта лодка плавала в течение двух с лишним лет, покрыв расстояние более НО 000 км без пополнения запасов топлива.

В прошлом большинство кораблей и лодок строили из дерева, и так было до 90-х годов XVIII в., когда появились первые корабли из железа. Через 100 лет их стали строить из стали.

Примерно 200 лет назад появилась идея построить корабль из железа. Многие люди опасались, что такое судно потонет, поскольку железо намного тяжелее дерева. В действительности способность судна удерживаться на плаву зависит от соотношения его массы и объема. Неваж¬но, сколько весит судно; имея достаточно большой объем, оно будет плавать. Сплошной железный брус пойдет ко дну, но сде-
ланный из него корпус судна не утонет, поскольку имеет большой объем по сравнению со своей массой.

Водоизмещение

Если предмет поместить в воду, он вытеснит определенный объем воды. Эта вода удерживалась на месте выталкивающей силой, создаваемой окружающей водой. Та же выталкивающая сила будет действовать на предмет, помещенный в воду, и, следовательно, уменьшать кажущуюся массу предмета на величину, равную массе вытесненной воды.

Предмет, постепенно погружающийся в воду, будет испытывать постоянно растущую выталкивающую силу. Даже если железный брус полностью погружен, выталкивающая сила будет недостаточной, чтобы поддержать его на плаву. Но если той же массе железа придать форму большего объема, она будет вытеснять значительно большее количество воды. При погружении в воду лодка, в конце концов, достигнет уровня, когда будет вытеснять стольководы, что образующаяся выталкивающая сила будет поддерживать ее на плаву. Это количество воды, вытесненное плавающим судном, называют его водоизмещением. Таким образом, лодка плавает на уровне, на котором она вытесняет количество воды, равное ей по массе.

Грузоподъемность

Теперь положим на лодку груз. Он толкает лодку вниз в воду до тех пор, пока корпус не вытеснит достаточное дополнительное количество воды, чтобы обеспечить дополнительную выталкивающую силу, необходимую для поддержания лодки на плаву. И в этом случае, лодка будет плавать на уровне, на котором масса вытесненной воды равнаобщей массе плавающего тела. Но если груз будет слишком тяжелым, лодка никогда не достигнет точки, в которой сможет вытеснить достаточное количество воды, чтобы держаться на плаву, и потонет. Поэтому одной из важнейших эксплуатационных характеристик судна является дедвейт (полная грузоподъемность судна) - масса груза (полезный груз, судовые запасы, экипаж), принимаемая судном.
Во время волнения корабли подвергаются сильным механическим напряжениям. Это вызвано тем, что выталкивающая сила, действующая на какую-либо часть корпуса, зависит от высоты волн в этой точке. На гребне волны водоизмещение будет наибольшим, и выталкивающая сила здесь также наибольшая. В подошве (нижней точке) волны выталкивающая сила будет наименьшей. В бурном море на разные части корпуса действует различная и постоянно меняющаяся выталкивающая сила.


Гребень и подошва

Хуже всего кораблю приходится, когда он идет против волн, длина которых (а это расстояние между гребнями) равна его собственной. Когда под носом и кормой находятся гребни, а по центру корпуса подошва, выталкивающая сила на концах судна значительно больше, чем по центру, и его средняя часть прогибается. Затем вершина волны оказывается по центру, а подошвы на концах судна, и проседают кор¬ма и нос. В экстремальных условиях судноможет переломиться пополам вне зависимости от качества его конструкции. Наибольшему риску подвергаются длинные суда, поэтому супертанкеры и большие сухогрузы строят широкими, чтобы отношение их длины к ширине находилось в оптимальных пределах.
Кроме прогибов и перегибов, на корпус корабля действуют и другие дополнительные нагрузки удары волн, скручивающие моменты, давление воды (возрастая с глубиной, оно оказывает наибольшее воздействие на корабли с большой осадкой). Конструкция корпуса должна быть рассчитана так, чтобы выдерживать все эти напряжения.

Остойчивость

Остойчивость судна зависит от взаимного положения трех воображаемых точек -центра тяжести, центра водоизмещения и метацентра. Вес корабля можно считать силой, направленной вниз и проходящей через точку, называемую центром тяжести, а плавучесть силой, направленной вверх и проходящей через точку, называемую центром водоизмещения. Когда корабль поднимается, центр водоизмещения находится непосредственно под центром тяжести, причем обе эти точки находятся на осевой линии воображаемой линии, проходящей через середину корабля.
Если под воздействием ветра или волны корабль кренится на один борт, центр тяжести не меняет своего положения но центр водоизмещения отклоняется от осевой линии в сторону более низкого борта корабля. Затем вес корабля, направленный вниз, и сила плавучести, направленная вверх, принуждают корабль вернуться в вертикальное положение. Когда корабль дает крен, вертикальная линия, по которой действует сила плавучести, пересекает исходную осевую линию в точке, называемой метацентром. Пока она находится выше центра тяжести, корабль устойчив и возвращается в вертикальное положение по¬сле исчезновения силы, вызвавшей крен. Но если две эти точки совпадают, силы плавучести и тяжести направлены противоположно. Поэтому сила, возвращающая корабль в вертикальное положение, отсутствует, и опасный крен сохранится.

Изобретение самолета одно из крупнейших достижений XX века. Источником вдохновения человеку послу¬жили наблюдения за авиаторами, созданными самой природой, птицами.

С давних времен человек страстно мечтал научиться взмывать в небо с легкостью и грациозностью птицы. В Древней Греции существовала легенда об Икаре, построившем крылья из воска и взлетевшем в небо. Когда он слишком приблизился к
солнцу, воск растаял, и несчастный Икар разбился насмерть.

Великий итальянский художник и изобретатель эпохи Возрождения Леонардо да Винчи тоже был неутомимым поборником идеи механического полета. Он оставил множество рисунков со своими чертежами летательных аппаратов. Но прежде чем тайна полета постепенно начала раскрываться, прошло еще четыреста лет.
Ранние попытки человека подняться в воздух зачастую оканчивались катастрофой. Незадачливые пилоты привязывали к рукам самодельные крылья и неистово размахивали ими, чтобы оторваться от земли. Их отчаянные попытки неизбежно терпели неудачу, поскольку люди не понимали,что не только работа крыльев, но и сама форма тела птицы позволяет его пернатому обладателю общаться с небом.
Важное открытие

В 1738 году швейцарский математик и врач Даниль Бернулли сделал первый уверенный шаг на пути человека к небу. Он открыл, что чем быстрее движение жидкости или газа, тем ниже давление. Поскольку воздух — это смесь газов, к нему тоже можно применить этот принцип. Например, в момент встречи движущегося крыла птицы с воздухом воздух разделяется на два потока, идущих над крылом и под ним. Поскольку верхняя поверхность крыла изогнута и, следовательно, длиннее более плоской внутренней поверхности, воздуху требуется пройти большее расстояние. Поэтому он движется с большей скоростью и быстрее теряет давление над крылом, тем самым увеличивая давление под крылом и приподнимая его вверх. Это называется "подъемной силой".