Михаил Васильевич Ломоносов. 1711-1765

Ломоносов рассматривает воздух как жидкость, подчиняющуюся законам гидравлики: «Рудник, состоящий из двух шахтов, соединенных внизу потаенною штольною, представляет точно согнутые трубки, кои употребляются в физике для доказательств равновесия жидких тел: того ради жидкие тела, вливающиеся в подобные рудники, тем же гидростатическим законам повиноваться должны».

«Воздух в рудниках, — устанавливает Ломоносов, — во всякое время целого года сохраняет равное растворение, где рудокопы ни от летних жаров, ни от зимних морозов не претерпевают никакого беспокойства. Напротив того, на внешнем воздухе летом зной, зимою стужа господствуют».

Ломоносов указывает, что это равновесие нарушается, так как зимой воздух в рудниках легче внешнего, а летом тяжелее. Зимой воздух, вошедший в рудник, приняв теплоту подземного воздуха и сравнявшись с ней, становится легче. Внешний же столб более тяжелого воздуха давит на него и выталкивает из рудника. Поэтому зимой воздух вливается в нижнюю шахту и выходит из верхней. Летом же воздух в рудниках «пропорционально тяжелее внешнего», потому его столб в более высокой шахте перевесит воздух в нижней. Поэтому он, опускаясь сам по себе, выталкивает воздух из нижней шахты, а внешний воздух «собственной своей тяжестью опускается в верхнюю шахту».

Ломоносов указывает на практическое значение разработанной им теории, на «пользу, которая от сего рассуждения следовать может». Учитывая законы движения воздуха в рудниках, можно соответствующим расположением шахт и штолен обеспечить естественное проветривание подземных выработок, не устраивая специальных вентиляционных машин, так что будет «работникам легче и хозяевам безубыточнее».

Ломоносов не ограничился научным объяснением одного только явления движения воздуха в рудниках. Он перенес открытые им закономерности на движение воздуха в пламенных печах, заметив, что «на сем же основании утверждается действие огня в самодуях». Для лучшего пояснения этого Ломоносов добавил к своему труду две простые схемы — рудника и обыкновенной печи-самодувки, давно известной металлургам.

Прошло почти полтора столетия. Печи для металлургической промышленности и для прочих нужд продолжали строить больше на глаз, доверясь чутью и опыту старых мастеров-практиков. Известный русский теплотехник В. Е. Грум-Гржимайло пишет о своей молодости: «Моим учителем был уставщик каменных работ Н.-Салдинского завода Петр Федосеевич Шишарин, который, несмотря на все свое желание, не мог мне рассказать, как он проектирует и управляет своими печами. Его работа была целой серией попыток заставить печь работать. Его опыты проходили перед моими глазами, но мое инженерское образование не давало мне никаких выгод в познании того, что делалось в печах. Только через пятнадцать лет я додумался до причины движения пламени и до законов, управляющих этим движением».

И тут оказалось, что эти законы давно найдены М. В. Ломоносовым. Именно Ломоносов еще в 1742 году сформулировал «кристально ясную мысль о движении воздуха в рудниках и дымовых трубах». «В дальнейших попытках дать объяснение движению газа в печах, — писал В. Е. Грум-Гржимайло, — запуталось слово тяга, слово грамматически абсурдное, ибо глагол тянуть предполагает непосредственную связь между силою и предметом, который тянется. Тяги в печах и дымовых трубах нет; есть выдавливание теплого воздуха и дыма тяжелым воздухом, как верно указал М. В. Ломоносов, пи разу не употребивший слово тяга». [307]

Свою известную книгу «Пламенные печи» В. Е. Грум-Гржимайло посвятил памяти Ломоносова — «основателя гидравлической теории пламенных печей». Гениальные положения Ломоносова явились основой всей дальнейшей теоретической работы в этой области, сделали возможными все технические расчеты при устройстве металлургических и других печей.

В. Е. Грум-Гржимайло не мог не задуматься, каким образом столь простая теория могла явиться новостью в XX веке. Миллионы людей имели дело с печами, выдающиеся техники старались разгадать «секрет» тяги. И только ломоносовское понимание привело к простому и ясному решению вопроса. По мнению В. Е. Грум-Гржимайло, причина этого состояла в том, что люди привыкли довольствоваться готовыми ответами. Однако дело не только в этом. Ломоносовская теория движения воздуха в рудниках и пламенных печах родилась из его общих физических представлений, исключивших неведомую и необъяснимую «силу» тяги.

Усвоив положение Ломоносова, русская техническая мысль получила мощный толчок для дальнейшего развития всей техники сооружения печей, что привело к значительному прогрессу во всех отраслях промышленности, связанных с процессами горения, осуществляемыми в печах. Созданное В. Е. Грум-Гржимайло в 1915 году «Металлургическое бюро» только до осени 1918 года разработало 137 новых типов печей. После Великой Октябрьской социалистической революции при содействии Ф. Э. Дзержинского была основана специальная лаборатория для изучения движения газов в промышленных печах.