Opfindelsernes Bog/Legemernes almindelige Egenskaber.
Naar Billedhuggeren bearbejder en Marmorblok og søger at give den raa Sten Form og Sjæl, opnaar han dette ved Hjælp af en fysisk Fremgangsmaade. I mere indskrænket Betydning kalder man nemlig alle de Forandringer og Fænomener, hvorved Legemernes indre Sammensætning ikke forandres, fysiske i Modsætning til de kemiske, der netop udmærke sig ved en saadan Forvandling af Stoffet, en Forandring i dets Sammensætning. De borthuggede Marmorfliser ere nemlig, hvad deres indre Natur angaar, ganske det samme som selve Marmorblokken.
Forholdet stiller sig derimod helt anderledes, hvis man i Stedet for Mejsel og Hammer anvender en ætsende Syre for at bortskaffe det overflødige; thi denne opløser Marmoret, og, da den uddriver Kulsyren, som findes deri, forandrer den altsaa Marmorets indre Sammensætning — virker kemisk.
Skjøndt vi allerede tidligere have paavist, at Kemien og Fysiken kunne betragtes som en og samme Videnskab, ville vi ikke desto mindre i det følgende — paa Grund af den lettere Oversigt, der opnaaes ved en saadan Inddeling — rette os efter den Adskillelse, der i Almindelighed gjøres mellem fysiske og kemiske Processer.
Virkningen af den mekaniske Kraft, som Kunstneren anvender for at omdanne Marmorblokken, viser sig nærmest i, at enkelte Dele udskilles fra Hovedmassen. Hvis Marmoret ikke var deleligt, kunde Billedhuggeren ikke anvende det til sin Kunst.
Delelighed er noget, som er fælleds for alle de Legemer, der forekomme i Naturen, og man kan derfor kalde den en af deres almindelige Egenskaber. Man kan med en Hammer slaa en Marmorflis i endnu mindre Stykker, og hvert enkelt af disse kunne vi atter i en Morter støde til et fint Pulver. Bringe vi et Korn af dette Pulver ind under et Mikroskop, ville vi se, at det har Dimensioner, som muliggjøre en yderligere Sønderdeling. Efterhaanden som vore Instrumenter blive mere fuldkomne, vil det kunne lykkes os at drive denne Sønderdeling videre og videre, men vi ville dog aldrig blive i Stand til paa denne Maade at opløse Legemerne i deres enkelte Bestanddele.
En Grænse for Deleligheden vilde være naaet, naar et sammensat Legeme ikke kunde formindskes yderligere, uden at dets enkelte Bestanddele skiltes fra hverandre; hvor f. Ex. Marmoret tilsidst vilde blive delt i Kal-cium. Kul og Ilt, thi dets Masse bestaar netop af disse Grundstoffer, Ele-menter. Dette kan ikke naas ad mekanisk Vej; vi kunne ikke fremstille et Legemes mindste Bestanddele — der i det videnskabelige Sprog kaldes Molekuler eller Atomer — adskilte fra hverandre. I Marmoret er et Atom Kalcium forenet med et Atom Ilt til Kalciumilte eller Kalk og et Atom Kulstof med to Atomer Ilt til Kulsyre. Denne Forening af Kulsyre og Kalciumilte kaldes kulsurt Kalk, og det er heraf Marmoret bestaar. Den mindste Del kulsurt Kalk, der saaledet danner en Gruppe af 5 Atomer, kalder man en Molekule i Modsætning til et Atom, der er den mindste Del af et sammensat og ikke videre deleligt Stof. — Dette faa vi Lejlighed til at omtale nærmere i 5te Bind under Behandlingen af de kemiske Processer.
Vore Sandser ere ikke tilstrækkeligt udviklede, til at vi kunne forklare, hvorledes Atomerne ere forenede indbyrdes. Der maa være ejendommelige Kræfter i Virksomhed mellem Atomerne, saaledes at de enten lade dem tiltrække hverandre mere eller mindre stærkt, saaledes som f. Ex. i de faste og flydende Legemer, eller lade dem stræbe efter at fjerne sig fra hverandre, saaledes som ved de luftformige Legemer. Disse Kræfter kaldes med et fælleds Navn Molekularkræfter og ytre sig paa forskjellig Maade efter Legemernes forskjellige Natur. Hos nogle vise de en saadan Styrke, at det er forbundet mad betydelig Vanskelighed at fjerne Delene fra hverandre (Diamant, Staal, Granit, Elfenben o. s. v.); hos andre ere de derimod kun svage (Vand, Kviksølv); hos mange Stoffer viser der sig endelig en uafbrudt Bestræbelse, selv hos de mindste Dele, til at fjerne sig fra hverandre og at udbrede sig i det uendelige, og de hindres kun heri, ved at andre Kræfter ogsaa gjøre sig gjældende. Saaledes vilde f. Ex. den Luft, der omgiver vor Jord som et Bælte, der er 10—20 geografiske Mil tykt, snart forsvinde i det umaalelige Verdensrum, hvis ikke Tyngdekraften holdt den bunden til Jordens Overflade.
Legemerne inddeles som Følge heraf i faste, flydende og luftformige. Man kan i mange Tilfælde forvandle disse Tilstande eller Tilstandsformer, som de kaldes, fra den ene til den anden; dette sker f. Ex. naar Metal smeltes, eller naar man i en Tørrestue lader det Vand, Tøjet har indsuget, gaa bort i Form af Damp. Molekularkræfterne modvirkes i deres Tiltrækning af Varmen, der søger at skille de smaa Dele fra hverandre; den er derfor i Stand til at gjøre faste Stoffer flydende og til at forvandle flydende til luftformige.
Luftarterne ere formløse. De flydende Legemer forandre Form efter den Beholder, hvori de findes, og kun deres Overflade er bestemt af Tyngdekraften. Denne Flade er horisontal eller rettere sagt krummet ligesom Jordens Overflade. Denne Krumning er let at iagttage paa det aabne Hav, naar man betragter de Skibe, der lidt efter lidt dukke op i Horisonten, men er derimod ikke videre mærkelig paa mindre Vandflader. De faste Legemer have Skikkelse og Form, som de vedblivende beholde. Dannes de paa en ejendommelig Maade, som f.Ex. naar en Plante eller et Dyr udvikler sig, eller naar der udskiller sig Krystaller af en Opløsning, der har en bestemt kemisk Sammensætning, er deres Form undergiven visse bestemte Love, og den vil altid fremtræde paa den samme Maade, hver Gang Betingelserne ere de samme. De Kræfter, der indvirke paa hverandre under Udviklingen af Planter eller Dyr, ere for mangeartede til, at vi uden videre af dem kunne udgranske Hemmeligheden ved deres Tilblivelse. Forholdet er derimod simplere ved de uorganiske Legemer, som man kalder Krystaller. De have en rent geometrisk Grundform, og deres Udvikling, der foregaar lidt efter lidt, kan man følge Skridt for Skridt.
Hvem har ikke havt Glæde af at betragte nogle af de smukke Stjerner og Isnaale, der i millionvis hvirvle ned gjennem Luften, naar det sner? Hvor mange af os har ikke med Beundring set de regelmæssige Krystaller, der i kemiske Fabriker afsætte sig i de forskjellige Opløsninger, som findes der? Selv de mindste Krystalkorn synes at være besjælede af en Aand, der tvinger dem til at gruppere sig Side om Side efter visse mathematiske Love, saaat de komme til at danne et Legeme, der overalt er begrænset af jevne og glatte Flader.
Man kan meget let følge en saadan Krystals Udvikling, naar man skaffer sig en koncentreret Opløsning af et eller andet letkrystalliserende Salt (Allun, Kobbetvitriol ell. l.), og i denne ophænger en lille Krystal af samme Salt — saaledes som den først danner sig paa Bunden af Glasset — i Opløsningen ved et Haar eller en Kokongtraad (Fig. 1).
Porøsitet. De faste Legemer frembyde imidlertid indbyrdes en stor Forskjellighed i deres indre Sammensætning. Intet af dem danner nemlig en helt og holdent sammenhængende Masse; der findes Mellemrum, saakaldte Porer. Alle Legemer ere mere eller mindre porøse. Man har ved stærkt Tryk kunnet drive Vand gjennem Kobber- og Blybeholdere. Mange Luftarter gaa med Lethed gjennem glødende Jern og andre stærkt ophedede Metaller. Elfenben og Marmor kunne farves: det vil sige, at deres Porer indsuge det opløste Farvestof og tilbageholde det, efterat Opløsningsmidlet er fordunstet. Denne almindelige Egenskab ved Legemerne bliver mere iøjnefaldende og anvendes hyppigt ved Filtrering (Fig. 2). Hertil anvender man Filter af ulimet Papir, Kul eller Sand m. m., og man opnaar, ved at lade Vædsken passere Filtret at bringe de faste Stoffer til at udskilles fra denne: Filtret lader nemlig de flydende Dele løbe igjennem, men tilbageholder de faste.
Porøsiteten er vistnok en Egenskab ved Legemerne, men afhænger dog ikke ubetinget af deres egentlige Væsen; thi et og samme Legeme kan være mere eller mindre porøst uden at dets kemiske Natur forandres derved. Anderledes forholder det sig med de Mellemrum, som man maa antage, at der findes mellem de enkelte Atomer og Molekuler. Man kan nemlig forudsætte, at disse altid forekomme med samme Regelmæssighed i de samme Legemer, i de luftformige lige saa vel som i de flydende og faste. Porøsitet i almindelig Betydning, de større eller mindre Hulheder, er kun af liden Interesse for den videnskabelige Fysik, skjøndt man endnu bestandig tror at begaa en Fejl ved ikke at anføre dem blandt Legemernes almindelige Egenskaber.
Elasticitet eller Spændighed er ligeledes en Egenskab, der er fælleds for alle Legemer. Den afhænger kun lidet af Legemernes Fasthed; thi netop de luftformige ere de mest elastiske, medens mange faste Legemer, som f. Ex. Bly, kun ere det i en meget ringe Grad. Denne Egenskab fremtræder, som bekjendt, som en Bestræbelse efter at bibeholde den engang givne Form og efter at opnaa den paany, naar det Tryk eller Træk ophører, som bevirkede Forandringen. Et Stykke Kautschuk, der spændes ud, trækker sig sammen igjen, saasnart Spændingen ophører. En Kautschukboldt springer op igjen, naar man lader den falde ned; de smaa Dele, som træffe Jorden, blive trykkede indad, og Boldten er et Øjeblik flad paa det Sted, hvor Berøringen finder Sted. Dette kan man tydeligt se, naar man, som Fig 3 antyder, lader en Elfenbenskugle falde ned mod en Marmorplade, der er oversmurt med Olie, og derpaa griber den, naar den springer op igjen. Paa det Sted, hvor Kuglen har rørt Pladen, ser man nemlig en lille rund sort Plet. Kuglen maa altsaa i et lignende Omfang have været fladtrykt ved Berøringen; men dens Bestræbelse efter at indtage sin tidligere Kugleform bragte hurtigt de smaa Dele tilbage i deres oprindelige Stilling, og som Følge heraf sprang Kuglen op fra Pladen.
Ligesom der ikke findes noget Legeme, som ganske mangle Elasticitet, findes der heller intet, som er fuldkommen elastisk. Materiale og Form ligesom ogsaa Paavirkning af Kræfter udefra (Tryk, Opvarming) udøve en vis Indflydelse paa Legemernes Spændighedsforhold. Overalt, hvor Elasticiteten benyttes, maa man tage denne Omstændighed med i Betragtning.
Sammentrykkeligheden staar i nøje Forbindelse med Spændigheden og Porøsiteten. Det er paa Grund af denne Egenskab at Legemerne, naar de udsættes for et vist Tryk, kunne blive i Stand til at indtage et mindre Omfang (Volumen) end sædvanlig. Det er navnlig Luftarter og Dampe, som udmærke sig i denne Henseende.
Mekanisk Kraft. I de foregaaende, kortfattede Bemærkninger gik vi ud fra, at Legemerne befandt sig i en Tilstand af Hvile. Der opstaar nye Fænomener, naar man ser dem komme i Bevægelse som Følge af en eller anden ydre Paavirkning.
Naar en tungt belæsset Vogn skal sættes i Bevægelse, udkræver dette, som bekjendt, større Anstrængelse fra Hestenes Side, end at trække den, naar den først er sat i Bevægelse. Enhver, der har været i en Baad, maa have lagt Mærke til, at man faar et Stød fremad, naar Baaden støder imod et eller andet Sted; springer man ned fra en Vogn, der er i stærk Fart, kan man let komme til Skade, hvis man ikke gjør det behændigt. En Sten, der udslynges, en Kugle, der udskydes, vedblive at bevæge sig en kortere eller længere Tid, men altid længere end den Drivkraft varer, som satte den i Bevægelse. Denne Tilbøjelighed hos Legemerne til at vedligeholde den samme Tilstand, hvad enten det nu er Hvile (som ved den belæssede Vogn) eller Bevægelse (som ved Stenen, Kuglen eller hvilketsomhelst Himmellegeme, der bevæger sig gjennem Rummet), kaldes Træghed (Inerti).
Den Kraft, der meddeles et Legeme, og som sætter det i Bevægelse, gaar ikke tabt, men afgives igjen, naar Legemet kommer i en Tilstand af Hvile. Heraf kommer den Virkning, som f. Ex. en Kugle udøver, naar den bliver rullet eller kastet imod en eller anden Gjenstand.
Den dræbende Kanonkugle udøver sin Virkning blot ved at afgive den Kraft, der blev meddelt den i det Øjeblik, den blev udskudt af Kanonen. Denne Kraft kaldes den levende Kraft, fordi den, saa længe Legemets Bevægelse vedvarer, paa en Maade er disponibel og bliver virksom, saasnart Legemet støder paa Modstand.
Paa Sporvogne, Omnibusser o. lign., der ofte maa standse, har man anvendt Staalfjere, der spændes af den levende Kraft, naar Vognen skal standses, men som atter, ved at løsnes, hjælpe med til at sætte Vognen i Bevægelse igjen, naar Farten skal fortsættes. Dette medfører selvfølgelig en betydelig Lettelse for Hestene.
Som et oplysende Exempel paa, hvorledes en Kraft kan opspares og paany benyttes, naarsomhelst det ønskes, skulle vi henvise til de vedføjede Afbildninger (Fig. 4 og 5), der gjengive Moncrieffs Lavet; den er indrettet saaledes, at Kanonen, naar den gaar tilbage (rekylerer) efter Skudet synker et betydeligt Stykke ned parallelt med sin Stilling i Affyringsøjeblikket; herved opnaas bl. a., at Mandskabet kan betjene Kanonen uden at udsætte sig for Fjendens Ild, ligesom jo ogsaa selve Kanonen kun er udsat faa Øjeblikke, nemlig naar den affyres. Rekylens Kraft, der er ganske betydelig, opspares nu paa den Maade, at den tvinges til at løfte en Modvægt, der er tungere end Kanonen; denne holdes nu nede, medens den lades; saasnart dette er gjort, giver man slip, og Modvægten vil da bringe Kanonen op igjen i sin tidligere Stilling. — Tilsøs, hvor den indskrænkede Plads ombord, gjør det umuligt at anvende en saadan Modvægt, benytter Moncrieff Rekylens Kraft til at sammenpresse Luften i et Stempel, som man lader virke, naar Kanonen atter er ladet og skal bringes i Stilling igjen.
Der er to Omstændigheder, som maa tages med i Betragtning ved den levende Kraft: Legemets Masse og den Hastighed, hvormed det bevæger sig. Man kan kaste en Bøssekugle længere og med større Hastighed end en Kanonkugle, men dennes Virkning er dog større end hins, naar den støder paa en Hindring. Virkningen er nemlig et Produkt af Massen og Hastighedens Kvadrat. Man beregner de mekaniske Kræfter paa den Maade, at man undersøger, hvor stor Vægt de kunne løfte med en vis Hastighed. Dampmaskinens Svinghjul ere beregnede paa, at optage Stemplets Kraftoverskud, naar det bevæger sig hurtigt, og at afgive dette Overskud, naar det gaar langsomt; disse Svinghjul, som bidrage til, at Maskinens Gang bliver mere regelmæssig, kunne betragtes som Magasiner for Kraften.
Kræfternes Parallelogram. Vi have hidtil ved Ordet Kraft kun forstaaet mekanisk eller bevægende Kraft. Denne, hvis Virkning viser sig i Bevægelsen af materielle Masser, er lettest at iagttage, og vi ville derfor ogsaa i det følgende blive staaende ved denne Betydning af Ordet. Enhver Bevægelse forudsætter en Retning, og enhver Kraft bestemmes af den Retning, hvori den virker, samt af sin Styrke. Naar kun en eneste Kraft indvirker paa et Legeme, bevæger dette sig nøjagtigt i Kraftens Retning, saafremt det ikke forud er sat i Bevægelse.
Hvorledes stiller Sagen sig derimod, naar flere Kræfter samtidigt indvirke paa Legemet? Man vil let kunne indse, at naar to eller flere Kræfter virke i samme rette Linie og i samme Retning, maa de indbyrdes forstærke hverandre, saaat Legemet lider en Paavirkning, der er lig med Summen af alle de enkelte Kræfter; men at derimod, naar Kræfterne virke i samme rette Linie, men i modsatte Retninger, Virkningen maa blive lig med Forskjellen mellem de Kræfter, der modvirke hverandre. Forholdet bliver atter helt anderledes, naar de samtidigt virkende Kræfter, hvad Retningen angaar, danne en Vinkel med hinanden, saaledes som f. Ex. i Fig. 6, hvor to Mænd, hver paa sin Side af en Strøm, trække en Pram midt i Strømmen. Prammen bevæger sig hverken i den ene eller den anden Retning, men derimod i en Retning, der ligger mellem begge, ganske som om den blev trukket af en eneste Kraft, der virkede i Linien AD. Dette Tilfælde, der kan betragtes som repræsenterende alle andre, er endvidere fremstillet i Fig. 7. A er Prammens Plads, AB og AC antyde de to Mænds trækkende Kræfter, baade hvad Retning og Styrke angaar. Linien AD betegner da Retningen af den effektive (resulterende) Kraft; det vil sige, at Pramman, under Paavirkning af de to nævnte Kræfter AB og AC, bevæger sig ganske som om den blev trukket af en eneste Kraft, hvis Retning og Styrke er antydet ved Linien AD. Da denne Kraft kan betragtes som hidrørende fra de to førstnævnte, har man kaldt den Resultanten.
Det er ikke vanskeligt at finde dens Retning og Styrke, den udtrykkes ved Diagonalen i et Parallelogram, hvis to, ved Siden af hinanden liggende, Sider betegne de to Kræfter (Fig. 7). Som Følge af denne Konstruktion har det faaet Navn af Kræfternes Parallelogram. Det samme gjælder ogsaa for alle de Tilfælde, hvor tre eller flere Kræfter virke samtidigt, og her finder man Resultanten ved først at søge den for disse to Kræfter. For Resultanten af disse og den tredie Kraft søges en ny Resultant o. s. fr., til man kun har en eneste Kraft: denne vil saaledes udtrykke den Kraft, der virker som dem alle tilsammen. Omvendt kan man betragte enhver enkelt Kraft som Resultant af to andre. Denne Opløsning kommer temmelig ofte til Anvendelse i den theoretiske Mekanik, og vi faa selv Lejlighed til at benytte den.
Et af de interessanteste Exempler paa Kræfters Samvirkning have vi set i den bekjendte Borddans, der jo længe blev anset som noget overnaturligt. Ingen kan nægte, at Bordet virkelig begynder at bevæge sig, naar en Del Mennesker en Tidlang have holdt deres Hænder paa Bordpladen, saaledes som vi alle have set. Der er ikke det mindste overnaturligt ved Bordets Bevægelse: den opstaar simpelthen paa Grund af talrige smaa Bevægelser, der følge hurtigt efter hverandre. Ved at Deltagerne have deres Opmærksomhed henvendt paa et bestemt Punkt, og som Følge af at deres Arme og Hænder befinde sig i en tvungen Stilling, miste de nemlig lidt efter lidt den fuldstændige Kontrol over deres Musklers Virksomhed og deres Nervers Følsomhed. Musklerne slappes og spændes afvexlende, og herved opstaar der en Rystning, som yttrer sig gjennem en uafladelig Række Smaastød mod Bordpladen; Nerverne mærke ikke mere smaa Forskjelligheder i Trykningen. Deltagerne indbilde sig, at de hvile ganske let med Haanden paa Bordet, medens de tverimod trykke temmelig stærkt paa det, og de Smaastød, som opstaa ved Rystningen blive yderligere forstærkede ved Trykningen nedad. Herved opstaar der for enhver af Deltagernes Vedkommende omtrent samme Virkning, som naar et Barn ved fortsatte Smaastød bringer en stor Gynge i bestandigt stærkere Bevægelse: alle de smaa Kræfter forene sig til en eneste Resultant, der frembringer en drejende Bevægelse, da den som oftest kommer til at virke udenfor Bordets Tyngdepunkt.