Лет пятьдесят тому назад люди, близко стоящие к московскому городскому хозяйству, столкнулись с загадочным и непонятным явлением: то и дело без всякой видимой причины лопались прочные магистральные трубы водопроводной сети. Бедствие принимало такие размеры, что иные домовладельцы уже собирались прикрыть водопровод и вернуться к старому способу: возить воду бочками и таскать ведрами из Москвы-реки и дворовых колодцев.

После некоторых размышлений управление городским хозяйством создало комиссию для изучения странного явления и разрешения загадки. В комиссию решено было ввести профессора механики Московского высшего технического училища Николая Егоровича Жуковского.

В приглашении этом не было ничего удивительного. Когда водопровод проектировался и строился, к Жуковскому не раз обращались за советами, и всегда он отвечал на самые сложные вопросы очень точно, иногда целыми докладами и статьями. Так, например, он поставил колебание уровня подпочвенных вод в связь с давлением барометра и создал классический труд о движении подпочвенных вод. Он даже продемонстрировал на докладе движение струек воды в песках. Этим профессор Жуковский помог строителям верно выбрать место для водопроводной станции и совершенно неожиданно оказал большую услугу конгрессу врачей, заседавшему в Вене: конгресс изучал вопрос о развитии эпидемий в связи с колебанием уровня подпочвенных вод. Труд московского ученого сыграл видную роль в занятиях и решениях съезда.

Теперь для изучения причин бедствия, постигшего московский водопровод, Жуковский отправился на Алексеевскую водокачку под Москвой. И скоро он сообщил комиссии, что одной из главных причин аварий магистральных труб является, по его мнению, развитие сильного ударного действия воды в трубах, когда их быстро открывают или закрывают. Все происходящее в теснинах чугунных труб Жуковский представлял себе совершенно ясно и, пожалуй, даже угадывал основные черты закона, управлявшего водной стихией. Однако, чтобы выразить этот закон с помощью формул и чисел, доступных пониманию всех, необходимо было тщательно обследовать опытным путем явление гидравлического удара.

По указаниям Николая Егоровича на водокачке соорудили сеть водопроводных труб разных диаметров. Сеть заставляли работать при самых разнообразных условиях. Электрические звонки, хронометры, пишущие аппараты сторожили каждый опыт, каждое движение воды, каждое колебание труб. Опытная сеть была построена с большим остроумием и поразительной предусмотрительностью.

И вот оказалось, что действительно все явления гидравлического удара, как и предполагал Жуковский, объясняются возникновением и развитием в трубах ударной волны. Инженеры, строившие водопровод, не обратили внимания на то, что когда задвижка или кран быстро закрываются, то остановка движения воды сама волной передается в трубах. Образовавшаяся волна передается так скоро, что кажется, будто в недлинных трубах давление повышается сразу во всей трубе, и только в очень длинных трубах становится заметно, что это волна с определенной скоростью движения.

Жуковский установил затем, что опасное возрастание силы гидравлического удара начинается при переходе ударной волны с труб большого диаметра на трубы малого диаметра и в конце концов, при особо неблагоприятных условиях, вызывает разрыв трубы.

Причины аварии установлены, исследователю оставалось предложить меры к их предотвращению. Простейшим было медленное закрывание и открывание кранов. Как только такие краны, с приспособлением для медленного закрывания, были введены, так тотчас и прекратились аварии, донимавшие московский водопровод.

Вы думаете, что этим дело и кончилось: водопроводные аварии, медленно завинчивающиеся краны?.. Для Жуковского тут был не конец, а только начало. Отсюда начиналась истинная наука, а Жуковский был великий ученый. Он заглянул гораздо глубже в сущность стихии. И вот однажды, вернувшись из мира своих опытов и вычислений в практический мир, он принес с собой нечто, прямо похожее на колдовство. Он нашел способ определять место аварии, не выходя из водокачки и не дожидаясь, когда вода в месте разрушения трубы выступит на мостовой. Как же это возможно? А для этого нужно только создать искусственный гидравлический удар на водокачке и затем взглянуть на «ударную диаграмму» Жуковского — и место утечки воды определится точно.

Когда старых, опытных рабочих-водопроводчиков прислали впервые на спокойную улицу с сухой и чистой мостовой и сказали им: «Ройте, тут лопнула труба!» — они приняли это за блажь или за неуместную шутку. Сняв верхний покров мостовой, люди недоуменно приступили к работе и, посмеиваясь, швыряли землю. Но ждать пришлось недолго. За песчаным слоем последовала глина, напитанная до отказа водою, и вслед тем захлюпала жидкая грязь: место разрыва трубы было определено по диаграмме совершенно правильно.

Так была решена профессором Жуковским задача о величине гидравлического удара и о скорости его волны. То было первое полное и точное решение этой задачи в науке.

Когда Жуковский делал 26 сентября 1897 года доклад об этом решении в Политехническом обществе, деловой вечер обратился в триумф теоретической науки и ее блестящего представителя. Слушателям было ясно, что они присутствовали на докладе мирового значения. И действительно, работа Жуковского «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах», переведенная почти на все языки, стала теоретической основой для совершенствования всех гидравлических машин. Гидротехники получили возможность производить точные расчеты не в одном водопроводном деле. Прежде всего были созданы правильные конструкции гидравлических таранов (водоподъемных машин), работавших доселе очень плохо, так как наука не имела оснований для расчета длины трубы, подводящей воду и обеспечивающей наивыгоднейшее использование в таране гидравлического удара.

Теперь гидравлический таран, остроумнейшее изобретение человека, как бы начал жить заново. Без всяких дополнительных сооружений, без насосов, плотин и моторов тараны сейчас в наших колхозах подают из ручьев в ложбинах и овражках воду высоко наверх — в конюшни, коровники, для всех нужд колхозного хозяйства.

За долгую свою жизнь Жуковский решил несколько сотен задач, подобных той, о которой мы только что рассказали. Все они были из числа труднейших. Все они касались вопросов, которые ставили перед наукой и техникой практические работники самых разнообразных областей жизни.

Так, Жуковский занимался и вопросом о прочности велосипедного колеса, и вопросом о наивыгоднейшем угле наклона крыла самолета, и вопросом о рациональной форме корабля. С исчерпывающей полнотой и даже с показом механических моделей ответил он и на вопрос, почему кошки при падении всегда падают на лапы, и на вопрос о коэффициенте полезного действия человеческого организма, и на вопрос, почему из фабричных труб дым выходит клубами, и на тысячу других вопросов, больших и маленьких. Он делал доклады и о парении птиц, и о движении вихрей, и о сопротивлении воздуха при больших скоростях, и о движении вагонов по рельсам, и о снежных заносах, и о ветряных мельницах, и о качке кораблей. Но самым главным среди всего, что сделал Жуковский, были его исследования авиации и способы расчета самолетов — и это в те времена, когда строители первых самолетов твердили, что «самолет не машина, его рассчитывать нельзя», и больше всего надеялись на опыт, практику и свою интуицию! Директор аэронавтической школы в Лозанне Рикардо Броцци, например, писал:

«Аэродинамика, бесспорно, есть наука вполне эмпирическая[13]. Все заслуживающие доверия законы являются и должны быть указаниями действительного опыта. Нет ничего более опасного, как применять здесь математический аппарат!»

Эти наивные строчки были напечатаны в труде Броцци в том самом 1916 году, когда на французском языке появилась работа Жуковского «Теоретические основы воздухоплавания», решительно опровергающая утверждения директора аэронавтической школы. Но Жуковский слишком широко шагал впереди своего времени.