Воздушный шар — это самый простой воздухоплавательный аппарат. Обычно он состоит из легкого сферического или цилиндрического «мешка», сделанного из бумаги, резины, шелка или прорезиненного материала, содержащего внутри горячий воздух, водород или гелий. К шару может быть прикреплена при помощи веревок или сетки корзина, или гондола, в которой перевозят пассажиров и грузы. Шар плавает в воздухе по той же причине, по которой рыба плавает в воде. Каждый из них вытесняет из воды или воздуха, окружающих их, массу больше их собственной.

Пока шар и его снаряжение весят меньше, чем вытесненный воздух, он будет подниматься. Если он потеряет какую-то часть поднимающего его газа и его масса увеличится, он начнет падать. В качестве поднимающего газа используют горячий воздух, водород или гелий, потому что все они легче обычного атмосферного воздуха. Отпущенный на свободу шар будет подниматься до тех пор, пока вес вытесняемого воздуха не уравняется с его собственным.

Чтобы изменить высоту полета, воздухоплаватель должен либо уменьшить поднимающие его силы, чтобы опуститься, либо уменьшить его вес, чтобы подняться. Чтобы спуститься, он должен выпустить немного газа через клапан наверху шара. Чтобы подняться выше, он должен выкинуть за борт часть груза (балласта). Поскольку ни балласт, ни газ нельзя восполнить во время полета, очевидно, что возможности воздухоплавателя управлять полетом шара сильно ограничены. В лучшем случае он может опускаться и подниматься лишь более или менее короткий промежуток времени, в зависимости от величины шара.

Поднявшись ввысь, шар попадает в полную зависимость от ветров. В полете шаром практически невозможно направлять. Он может лишь плыть по ветру, и по этой причине от него очень мало пользы как от транспортного средства. В наши дни воздушные шары в основном используются для исследования верхних слоев атмосферы. Во время войны они использовались как воздушные пункты наблюдения, а также из них сооружали своего рода воздушные заграждения (нечто вроде воздушных заборов) для защиты городов от налетов бомбардировщиков.

Чтобы понять это, мы сначала должны разобраться в том, какие силы позволяют самолету держаться в воздухе. Так как самолет весит больше, чем такой же объем воздуха, ему требуется сила, поддерживающая его в воздухе. Она называется силой подъема. Самолет развивает эту силу, стремительно двигаясь вперед и преодолевая сопротивление воздуха. Почему это движение создает подъемную силу? Благодаря тому, что в процессе его воздушные массы обтекают крылья. Воздух, рассеченный аэропланом, проходит над и под крыльями. Та его часть, что проходит под крыльям, толкает самолет вверх. Крыло имеет выпуклую форму на верхней стороне, и воздух, огибая эту выпуклость, в этих точках создает зону пониженного давления.

Таким образом, возникают две силы, действующие одновременно: воздух под крыльями толкает самолет вверх, а пониженное давление над крыльями способствует этому движению. В результате получаетсяподъем. Чтобы двигаться вперед, самолету требуется сила двигателя. Пропеллеры ввинчиваются в толщу воздуха точно так, как шуруп — в дерево. Этот эффект становится возможен благодаря тому, что воздух при быстром движении сквозь него, равно как и при быстром движении самого воздуха, начинает действовать как плотная среда. Это движение вперед называется тягой. Тяга преодолевает сопротивление воздуха, подъемная сила — силу гравитации — и самолет летит по воздуху. Пока подъемная сила уравновешивает силы гравитации, самолет движется все прямо на одном и том же уровне.

При увеличении скорости самолет устремится ввысь, так как подъемная сила увеличилась, и пилоту необходимо немного опустить нос самолета, чтобы противодействовать этой силе. Если скорость снижается, пилот должен поднимать нос самолета немного вверх. Если этого не делать, происходит срыв воздушного потока вокруг крыльев, самолет теряет подъемную силу и, соответственно, скорость, рискуя войти вштопор. Если срыв потока происходит высоко в небе, этой высоты хватает, чтобы выровнять самолет и вновь набрать скорость, но если это произойдет невысоко над землей, катастрофа неизбежна.

Путешествуя по земле, вы не заблудитесь, если знаете, куда ведет дорога, по которой вы идете. Да и путешествуя на корабле, если вам виден берег, вы легко сможете определить свое местоположение, узнавая холмы, реки, горы, леса, пляжи и так далее. В давние времена моряки предпочитали держаться примерно на расстоянии трех—четырех километров от берега, так что им всегда было видно землю. Люди, отваживавшиеся выйти в открытый океан, подвергались большому риску, потому что у них не было надежных способов определения своего местоположения. Позднее такой способ был найден, и моряки получили возможность определять, где они находятся, узнавая широту и долготу этого места.

Широта говорит вам, на каком расстоянии к северу илиюгу от экватора находится это место.

Долгота показывает, насколько это восточнее или западнее воображаемой линии, проходящей через Гринвич. Измерения этих показаний даны в градусах. Чтобы определить широту и долготу вморе, штурман смотрит на положение звезд и Солнца. Днем он узнает широту, определив, как высоко поднимается Солнце в полдень. Ночью он делает это, определяя высоту ночных светил. Долгота определяется сравнением времени на борту со временем в Гринвиче (Англия). Если время на корабле более раннее, это значит, что вы находитесь западнее Гринвича; если более позднее — значит, восточнее. Каждый час разницы во времени равняется пятнадцати градусам к западу или востоку.

Секстант — это прибор, используемый штурманом для определения положения Солнца, Луны, планет и некоторых звезд. Секстант имеет форму куска круглого пирога, с градуированной шкалой на его закругленной части. Один конец стрелки-указателя прикреплен к верхней точке секстанта, так же, как и подвижное зеркало. Другой конец указывает на шкалу. Также к секстанту пристроен телескоп и зеркальное стекло перед ним. Штурман глядит на горизонт через телескоп и это зеркало и двигает зеркало до тех пор, пока отражение наблюдаемого светила не попадет на него, как бы коснувшись горизонта. Свободный конец стрелки укажет на шкале высоту наблюдаемого светила.

Когда высокие горы упоминаются в газетах или книгах, нам обычно сообщают их точную высоту в метрах. Откуда же люди могут знать точную высоту горы, особенно если ни один человек на нее еще не забирался? Это делается при помощи одной из самых старых методик, которой издавна пользовались землемеры, или, как их теперь называют, геодезисты. Геодезия — это отрасль строительного дела. Она связана с определением форм и размеров любой из частей земной поверхности.

Существуют различные виды геодезической съемки, но все они основываются на методе, известном как «триангуляция». Когда вы будете заниматься геометрией, вы узнаете, что, зная одну сторону и два угла любого треугольника (или две стороны и один угол), можно вычислить все остальные его параметры. Этот метод остается в основе таким же вне зависимости от размеров измеряемой площади — будь это один или тысяча гектаров. В любом случае вы начинаете с измерения одной из сторон при помощи цепи, стальной проволоки или чего-нибудь в этом духе. Эта мера становится одной из сторон треугольника, и обычно это ровное место между двумя природными ориентирами на одном уровне.

Затем выбирается третий ориентир, и он становится вершиной треугольника.

Затем вы измеряете углы, которые он образует с каждым из концов первой измеренной вами линии. Теперь у вас есть все условия, необходимые для измерения площади треугольника, описанные выше (одна сторона и два угла).