Чарльз Бойс - Мыльные пузыри

Нальем теперь в них ртуть, и мы увидим, что в узкой трубке уровень ртути ниже (рис. 9, справа), чем в широкой, тогда как в таком же приборе с водой дело обстоит как раз наоборот (рис. 9, слева).

Рис. 9.

Упругое натяжение пленки, или так называемое поверхностное натяжение, очень невелико по сравнению с большими силами, но оно становится заметным, когда мы имеем дело с маленькими и легкими предметами. Те из вас, кому приходилось жить в деревне и проводить время на берегу ручья, не раз, конечно, наблюдали, как водомерки и другие маленькие существа бегают по поверхности воды, не погружаясь в нее.

По какой-то причине лапки их не смачиваются водой, отчего под каждой из лапок образуется маленькая ямка. Дно этой ямки, подтягиваемое стенками кверху, поддерживает тяжесть водомерки. Отсюда можно заключить, что вес насекомого в точности равен весу воды, которая потребовалась бы, чтобы заполнить ямки до общего уровня. Одному ученому удалось чрезвычайно остроумным способом измерить силу, с какой водомерка давит на воду каждой из своих лапок. Он сфотографировал тень от насекомого и от ямок под его лапками на белом фарфоровом блюде с водой. Затем он прикреплял лапку водомерки к чашке очень чувствительных весов, этой лапкой производил давление на воду с различной силой и снова фотографировал тень от ямки для каждой степени давления. Таким путем он составил целую таблицу и, пользуясь ею, мог определить величину давления одной лапки водомерки, сравнивая величину тени от ямок с размерами теней, показанными на таблице. Он мог даже проследить, в каком порядке водомерка переставляет свои лапки.

Другой ученый описал одного паука [2] Argyroneta («серебряная пряжа») — водяной паук. — Ред. , который сплетает под водой особую сетку — паутину. Эта паутина не пропускает сквозь себя воздух так же, как не пропускает воду сито, которое не смачивается водой. Паук отправляется на поверхность воды за воздухом, уносит его вниз в виде пузырька и освобождает под паутиной. Таким образом здесь мало-помалу образуется целый резервуар воздуха, которым и дышит паук.

Подобно водяным паукам и насекомым, бегающим по воде, свойствами упругой водяной перепонки пользуются и некоторые живущие в воде личинки. Обыкновенный комар кладет свои яйца в стоячую воду и, по-видимому, особенно любит кадки с водой и бассейны в садах и теплицах. Из этих яиц в свое время появляются личинки, соответствующие шелковичным червячкам, личинкам мошек или гусеницам бабочек. В теплую погоду вы можете видеть тысячи таких личинок в обыкновенных кадках с дождевой водой. Тут вы заметите маленькие темные существа, которые плавают забавными скачками и скрываются на дно, если вы внезапно приблизитесь к воде и вспугнете их. Однако, если вы будете держаться спокойно, не пройдет много времени, как они снова выплывут на поверхность и, прикрепившись к ней, будут оставаться в висячем положении. Очень легко показать такие живые личинки на экране. Перед фонарем вместо прозрачной картинки я поместил плоский сосуд с водой, в котором плавает некоторое количество личинок. Вы видите, как они выплывают к поверхности и привешиваются к ней с помощью придатка вроде хвоста (рис. 10).

Рис. 10.

Это дыхательная трубочка. Таким образом, хотя они тяжелее воды и должны были бы тонуть, дыхательные трубочки помогают им висеть у поверхности, дышать и питаться опавшими и гниющими листьями. Личинка, изображенная на рисунке слева оторвалась от поверхности и медленно падала на дно как раз в тот момент, когда производился фотографический снимок.

Если вы станете рассматривать поверхность воды например, в стакане, куда вы пустили несколько таких личинок, та вы заметите в том месте, где висит личинка, маленькое углубление поверхности, вроде ямки. Вес воды, которая могла бы заполнить эту ямку, в точности равен той силе, с какой личинка тянет вниз. С помощью лупы можно рассмотреть это явление и вместе с тем убедиться, что за удивительное существо личинка комара.

Очень интересно остановиться на том, как появляется на свет муха Simuillia. Куколка этой мухи чаще всего прикрепляется к подводным растениям в гнездышке, похожем на гнезда некоторых ласточек. Когда же ей приходит время выйти из оболочки, она скопляет воздух, выделяемый ею из воды, в своей трахее и раздувает оболочку, которую должна будет вскоре оставить. Оболочка лопается, и муха всплывает на поверхность, заключенная в маленький воздушный пузырек. Этот пузырек через некоторое время тоже лопается, и муха в первый раз расправляет свои лапки. С их помощью она бежит по поверхности воды до какого-нибудь твердого предмета и прицепляется к нему до тех пор, пока не разовьются ее крылышки.

Рассмотрим теперь явления, которые происходят с двумя частично погруженными в воду пластинками, если вы поместите их очень близко одну к другой. Как я уже говорил, вода между ними поднимается. Те части обеих пластинок, которые с внешней и с внутренней стороны граничат с воздухом (обозначенные на рис. 11 буквой а ), испытывают давление воздуха в двух противоположных направлениях, и поэтому они не стремятся приближаться друг к другу или удаляться друг от друга. Не испытывают такого стремления также и те части пластинок, которые с обеих сторон граничат с водой ( е на рис. 11), так как на каждую из них давление воды действует с одинаковой силой в противоположные стороны. Иначе дело обстоит с давлением на те части ( b ), между которыми находится вода, но которые с наружной стороны соприкасаются с воздухом.

Рис. 11.

Вода между пластинками в этой части находится под меньшим давлением, чем на окружающем уровне, так как она поднята над этим уровнем. Гидростатическое давление, как известно, увеличивается с глубиной; следовательно, вблизи поверхности жидкости между пластинками оно должно иметь меньшую величину, чем в более глубоких местах. Поэтому давление в массе воды, поднятой между пластинками, меньше внешнего атмосферного давления, вследствие чего пластинки приближаются друг к другу [3] Давление в воде, поднятой между пластинками, уменьшено потому, что ее тянет вверх поверхностная пленка. — Ред. .

Правильность этого рассуждения можно показать на следующем опыте. Возьмем два пустых стеклянных шарика, настолько легких, что они плавают на воде. Они смачиваются водой, и потому вода между ними слегка приподнимается; поэтому они действуют друг на друга так же, как и пластинки, хотя и не так сильно. Можно заметить, что такие шарики, плавая по воде и будучи предоставлены самим себе, устремляются друг к другу со значительной силой. На рис. 11 изображена также пара пластинок, которые не смачиваются водой; рассматривая этот рисунок, можно легко понять, что и в этом случае пластинки приближаются одна к другой.