Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Если лопающийся пузырек окружен другими пузырьками, то, когда он схлопывается, обрушивающаяся внутрь жидкость подтягивает к этому пузырьку соседние пузырьки, растягивает их, придавая им форму лепестков. Кажется, что эти лепестки растут из места, где раньше был лопнувший пузырек.

Парящие в воздухе мыльные пузыри лопаются, когда в каком-то месте рвется их оболочка. Разрыв, образующий круг, расширяется, двигаясь по оболочке со скоростью около 10 м/с. Край разрыва собирает на своем пути жидкость из оболочки. Все происходит слишком быстро, чтобы это можно было заметить невооруженным глазом. Край разрыва непрерывно разбрасывает вокруг себя тысячи капелек до тех пор, пока пузырек не схлопнется прямо напротив того места, где изначально произошел разрыв оболочки.

Почему некоторые виды китов, питающиеся, например, крилем, во время кормежки выпускают воздух, чтобы образовались пузыри?

ОТВЕТ •По всей видимости, киты ловят добычу с помощью сетей из пузырьков, или пузырьковых занавесов. Конечно, рачки или мелкие рыбешки могли бы спастись, просто проплыв через такую сеть, но они обычно на это не осмеливаются. Поэтому для эффективной охоты кит создает сеть из пузырьков вокруг косяка рыб или под ним. Затем, согнав их в кучу, кит заглатывает свою добычу. Похоже, что рыбы не видят этих сетей, поскольку киты устраивают свои облавы по ночам. Скорее, рыбы реагируют на шум, возникающий при разрушении пузырьков.

Как водомеркам удается держаться на воде или скользить по ее поверхности? Почему при их движении перед ними и позади них образуются волны? Водомерки не издают звуков и живут на воде. Как же они могут сообщать сородичам, что им нужен партнер или что их соперники должны держаться подальше?

ОТВЕТ •Когда водомерка стоит на воде, ее вес приходится в основном на средние и задние ноги, и под ними на воде образуются углубления. Благодаря поверхностному натяжению поверхность воды не прорывается. Иначе говоря, из-за взаимного притяжения молекул воды ее поверхность ведет себя как упругая мембрана. На начальной стадии прыжка водомерка может даже продавить поверхность воды, не повредив ее. Если водоем мелкий, а насекомое ярко освещено солнцем, от этих вмятин на дне образуются овальные тени. Поскольку свет проходит через искривленную поверхность углубления, тени представляют собой тусклые, изогнутые в одну сторону пятна.

Конечно, если бы водомерки были слишком большими, они просто опустились бы на дно и назывались бы не водомерками, а, например, дномерками. Поверхность воды выдерживает водомерку из-за особых свойств последних члеников ее ног: они не смачиваются водой. Если бы эти членики хорошо смачивались, вода поднималась бы по лапкам вверх и насекомое утонуло бы. Концы лапок не смачиваются, поскольку постоянно смазываются воскоподобным веществом, выделяемым специальными железами, что делает их гидрофобными . Однако насекомое не тонет главным образом благодаря особому строению этой части лапок. Они покрыты микроволосками , вдоль которых имеются крохотные канавки. Эти шероховатые гидрофобные микроповерхности очень эффективны и не позволяют воде покрыть ноги водомерки.

Водомерки бегают, загребая средними и задними ногами. Средние ноги работают как весла, позволяя ей двигаться вперед. Когда нога, отталкиваясь, уходит назад, в воде образуется U-образная вихревая трубка. Вертикальные части буквы U, представляющие собой два близко расположенных, вращающихся в разные стороны завихрения, выходят на поверхность. Под водой они соединяются нижней частью U-образной трубки. Поскольку в вихревой трубке часть воды движется в направлении от головы насекомого, оно продвигается вперед. Группа исследователей, открывших, что водомерки двигаются, используя воронки как весла, построили механическую водомерку. Они назвали ее robostrider , что на русский можно перевести как «робомерка». У этой щеголихи были стальные проволочные ноги, алюминиевое тело, а двигалась она с помощью намотанной на шкив упругой нити. Когда робомерка загребала ногами, с обеих ее сторон образовывались воронки. Водомерки, охотившиеся по соседству, приняли ее в свою компанию.

Обычно воронки, созданные средними ногами водомерки, увидеть трудно. Иногда позади насекомого вихревое движение может смениться волновым, но поскольку волны мелкие и с достаточно большой длиной волны, их тоже трудно увидеть. Легче увидеть короткие волны, которые двигающееся насекомое посылает впереди себя. Водомерки используют такие волны, заметные на расстоянии, примерно в шесть-семь раз превышающем их длину, чтобы отыскать добычу, обнаружить препятствие или другую водомерку, когда они зигзагообразно, на большой скорости скользят по поверхности воды. Понаблюдайте какое-то время за водомерками. Вы увидите, что хотя они, казалось бы, беспорядочно носятся по воде, они никогда не сталкиваются.

Водомерки общаются друг с другом, возбуждая на воде примерно 20 раз в секунду волны довольно большой амплитуды. Если муравей упадет в пруд и начнет барахтаться, поднятые им волны перехватит находящаяся поблизости водомерка и пулей помчится прямо к нему, обедать.

Водомерки избегают загрязненных участков поверхности воды, покрытых тонкими маслянистыми пленками: они не могут скользить по таким поверхностям или посылать сигнальные волны. Если водомерки случайно попадают в такие места, выбраться оттуда они могут, только передвигаясь прыжками.

Когда никто не видит, запустите пальцы в рот. Большим и указательным пальцем соберите немного слюны с внутренней стороны щеки и поскорее выньте пальцы. Потихоньку разводя пальцы, растяните слюну. Почему на нити слюны образуются шарики, похожие на бусинки (рис. 2.25)?

Рис. 2.25 / Задача 2.81.Появление бусинок на нити слюны, которую растягивают между большим и указательным пальцем.

Погрузите тоненький прутик (или нитку) в стакан с маслом или медом и потяните вертикально вверх. Почему, когда жидкость стекает с прутика, образуются бусинки? Почему одна из бусинок, самая большая, поглощает на своем пути более мелкие бусинки и почему за ней образуется еще больше бусинок?

ОТВЕТ •Поверхностное натяжение (то есть взаимное притяжение молекул слюны) стремится минимизировать поверхность вытягиваемой ниточки слюны. Сначала, когда вы только начинаете растягивать слюну, диаметр нити не слишком мал, и цилиндрическая поверхность имеет минимальную площадь, поэтому нить имеет цилиндрическую поверхность. Случайные возмущения, например неизбежное подрагивание пальцев, приводят к возбуждению волн, распространяющихся по ниточке слюны. Эти волны искажают ее цилиндрическую поверхность, которую поверхностное натяжение быстро восстанавливает.