Чарльз Бойс - Мыльные пузыри

Это можно доказать на опыте с двумя стеклянными пустыми шариками, предварительно погруженными в расплавленный парафин; плавая по воде отдельно друг от друга, они притягиваются так же, как и шарики из чистого стекла.

Теперь мы доказали, что смачиваемая пластинка обнаруживает стремление двигаться в сторону более высокого уровня жидкости, а несмачиваемая — в сторону более низкого уровня, если по обе стороны пластинки разность уровней вызвана действием капиллярных сил. Поместим теперь рядом друг с другом одну смачиваемую пластинку, а другую несмачиваемую; тогда уровень жидкости между пластинками стоит по отношению к несмачиваемой выше, а относительно смачиваемой ниже, чем снаружи (см. также рис. 11); вследствие этого пластинки стремятся удалиться одна от другой. Поэтому, если в воде плавают два стеклянных шарика, один из которых покрыт парафином, а другой — нет, то между ними происходит отталкивание.

Обратим внимание на то, что вблизи погруженных пластинок поверхность жидкости искривлена: около смачиваемой она вогнута, около несмачиваемой выпукла. Это искривление и определяет ход всего явления, что мы можем показать на простом опыте. Чистый стеклянный шарик плавает в чистом сосуде, наполненном водой не до краев. Шарик движется в этом случае к краю сосуда; удержать его в середине небольшого сосуда совершенно невозможно, он всегда идет к краю в том или другом направлении. Если прибавим теперь в сосуд воды настолько, чтобы ее уровень стоял немного выше краев сосуда, то общая поверхность воды принимает выпуклую форму, между тем как вблизи шарика она вогнутая; теперь шарик стремится к середине сосуда, и его никак нельзя удержать у края. Если шарик покрыт парафином, результат получается обратный. Вместо парафинированного стеклянного шарика можно взять жирную иголку, которую с некоторыми предосторожностями можно заставить плавать в стакане с водой. Если стакан не совсем полон, иголка всегда уходит от его края; если же он слегка переполнен, то она стремится к краю и может даже через него перекатиться. Наоборот, пузырьки воздуха, прилипшие к стенке сосуда, в тот момент, когда вода поднимается выше края, очень быстро движутся от края к середине. Такое быстрое перемещение пузырьков лучше всего можно наблюдать так: стакан наполняется водой почти до краев, а затем повышают уровень воды, погружая в стакан пробку.

Из свойства поверхностного натяжения воды извлекает пользу и растение — обыкновенная ряска. Если еще не вся поверхность пруда заросла ряской, то листья ее поворачиваются друг к другу концами и притягиваются, боковые же стороны листьев, от которых отпочковываются молодые растения [4] Листья ряски — на самом деле видоизмененные стебли. — Ред . , развиваются свободно. У листа имеется центральный нерв, и «носок» и «пятка» его, если можно так выразиться, приподняты над общей поверхностью, отчего и водная поверхность около них, изгибаясь, приподнимается вверх.

Поэтому два листка притягиваются своими концами, как смачиваемые стеклянные шарики; боковые же края их, находясь на одном уровне с водой, остаются свободными. Проделать опыт с ряской нетрудно. Это растение легко найти за городом. Возьмем стакан, наполненный водой таким образом, что у его краев поверхность воды искривляется книзу. Тогда легкие, смачиваемые водой предметы будут править посредине. Поместим теперь на поверхность несколько листков ряски, и мы увидим, как они притягиваются друг к другу своими концами. Если опустить в воду какой-нибудь смачиваемый ею предмет, то он заставит находящийся поблизости отдельный листок повернуться, подобно тому как магнит заставляет поворачиваться стрелку компаса. Раз вам удалось достать ряску, то стоит продержать ее несколько дней, чтобы понаблюдать процесс почкования и отделения новых растений.

До сих пор я не говорил о том, как велика сила, проявляемая этой упругой водяной пленкой. Измерения ее с помощью узких трубок, капель и другими способами показали, что она почти в точности равна 7,7 миллиграмма на один миллиметр при 0° Цельсия.

Вот здесь вы видите другую трубку, совершенно такую же, как и первая, из которой мы выпускали водяные капли, но с другой жидкостью — винным спиртом. И вы сразу же видите, что капли спирта в момент отрывания от трубки далеко не так велики, как капли воды. Спирт легче воды, поэтому его перепонка должна быть значительно слабее, чем уводы (рис. 2, справа).

Это замечание мы легко можем проверить. Есть такая игра: двое тянут за веревку, стараясь перетянуть друг друга, и нетрудно угадать, кто из них сильнее. Пусть теперь спирт и вода поиграют в эту игру. Чтобы лучше видеть воду, я окрасил ее в синий цвет и налил тонким слоем в белый плоский сосуд. Сейчас перепонка на поверхности воды тянет равномерно- по всем направлениям, и мы не замечаем никаких перемен. Если я налью посредине несколько капель спирта, то по одну сторону линии, разделяющей воду и спирт, будет тянуть спирт внутрь, по другую вода — кнаружи, и результат перед вашими глазами. Вода оказалась победительницей: она разбегается по всем направлениям, увлекая с собой некоторое количество спирта, а дно сосуда оказывается сухим (рис. 12).

Рис. 12.

Эта разница в поверхностном натяжении спирта и воды или воды, содержащей в растворе некоторое количество спирта, и представляет собой причину интересного явления, которое можно наблюдать на стенках бокала с крепким вином, например портвейном. Жидкость вползает по стенкам бокала, собирается там в капли, которые падают назад, и так продолжается довольно долго. Это явление было объяснено профессором Джемсом Томсоном следующим образом. Тонкий слой вина, прилегающий к стенкам бокала, соприкасаясь с воздухом, теряет спирт путем испарения значительно быстрее, чем вино в бокале. Вследствие этого вино в тонком слое становится беднее спиртом и богаче водой, чем нижележащие слои, а потому его поверхностная перепонка становится более сильно натянутой. Жидкость этого слоя поднимается вверх, пока ее не накопится столько, что она станет собираться в капли, которые будут стекать обратно, как вы можете видеть это на экране (рис. 13).

Рис. 13.

Известная вам жидкость эфир имеет также перепонку более слабую, чем вода. Очень небольшое количество эфира может произвести на поверхности воды заметное действие. Вот, например, проволочная сетка, которую я незадолго перед этим опустил под воду (рис. 4); поверхностная пленка все еще удерживает ее. Сила всплывания стеклянного шара гонит ее вверх, но этой силы недостаточно, чтобы прорвать водную оболочку. Нальем теперь в стакан несколько капель эфира и наклоним этот стакан над поверхностью воды, чтобы из него стали вытекать пары эфира (осторожнее, чтобы не вылилось ни одной капли жидкости), и что же — сейчас же на поверхности воды сгущается достаточное количество эфира, чтобы ослабить прочность водяной оболочки, и прибор выпрыгивает вверх.