Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Чем дальше вы разводите пальцы, тем меньше становится диаметр нити, и наконец, когда длина распространяющейся по ней волны оказывается больше ее диаметра, нить становится неустойчивой. Дело в том, что в этом случае искажения уменьшают полную площадь поверхности ниточки. Это значит, что поверхностное натяжение не устраняет возникшее возмущение, а усиливает его. Расширившиеся участки нити поверхностное натяжение растягивает в бусинки, а те места, где диаметр нити уменьшился, становятся еще у же. Расстояние между бусинками примерно соответствует длине волны, вызвавшей это изменение формы. (Если между бусинками покрупнее есть маленькие бусинки, вероятно, было несколько циклов образования бусинок, причем длины волн, участвовавших в этом процессе, всякий раз были разные.) Конечное расстояние между бусинками может быть таким маленьким, что заметить его будет трудно.

Тонкий слой жидкости на прутике (или нити) нестабилен по тем же причинам: случайные возмущения и поверхностное натяжение меняют его форму и приводят к образованию бусинок. Если прутик опущен вертикально вниз, бусинки, особенно крупные, могут стекать по нему. Встречающиеся на их пути бусинки меньшего размера сливаются с ними, но после того, как крупная бусинка спустилась ниже, оставшийся за ней тонкий слой тоже может разбиться на бусинки. Правда, если пленка слишком тонкая, стекающая вниз жидкость препятствует образованию новых бусинок.

Некоторые пауки, делающие ловчие сети ( тенета ), используют образование бусинок при строительстве паутины. Когда основная паутина построена, они покрывают место, предназначенное для ловли мух, жидкостью, из которой на нити немедленно образуются липкие бусинки. Муха, попавшая в такую ловушку, не сразу может из нее выбраться. Запутавшаяся муха бьется в паутине, по дрожанию паутины паук определяет, что муха поймана, и успевает добраться до нее.

Образование пузырей можно наблюдать и при сварочных работах. Если источник тепла движется вдоль поверхности стали, за ним остается постепенно затвердевающий жидкий след. При определенных значениях скоростей сварочного аппарата на этом следе можно видеть ряд горбиков (или неровностей ). До того как след затвердеет, поверхностное натяжение расплавленной стали может привести к образованию «бусинок». Но если источник тепла движется слишком медленно или слишком быстро, бусинки не образуются.

Некоторые живущие в пустыне ящерицы очень хорошо умеют запасаться питьевой водой в тех редких случаях, когда выпадает роса или идет дождь. Например, австралийская ящерица ( Moloch horridus ) собирает воду, усевшись на выпавшую росу, а когда идет даже очень слабый дождик, становится под дождевыми струйками, широко расставив лапки. Как таким образом ящерице удается запастись хоть глотком воды?

ОТВЕТ •Ящерица впитывает воду, как губка для мытья посуды. Между чешуйками на ее коже имеются микроскопические канальчики — капилляры, в которые под действием капиллярных сил (то есть сил притяжения между молекулами воды и между молекулами воды и молекулами на поверхности капилляра) втягивается вода. Этот процесс настолько эффективен, что вода поднимается по коже ящерицы до самой макушки.

Чтобы напиться, ящерица делает повторяющиеся движения нижней челюстью, вытягивая воду из канальчиков вблизи пасти. Когда ящерица пьет, эти канальчики снова наполняются водой, которая поступает с остальных участков ее кожи. Сила тяжести тоже может способствовать притоку воды к пасти, если ящерица опустит морду и высоко задерет хвост.

Налейте воду в широкую миску. Разбросайте небольшие кусочки пенопласта по поверхности воды и постарайтесь поймать один из них, зажав между большим и указательным пальцем. Не исключено, что возникнет проблема: кусочек пенопласта будет отталкиваться от пальцев. Теперь представьте себе кулика, которому надо клювом ухватить плавающий в воде планктон — весьма мелкую добычу. Не возникают ли у птицы те же проблемы, что и у вас, когда вы ловите пальцами кусочки пенопласта?

ОТВЕТ •Некоторые кулики, охотясь на мелководье, используют поверхностное натяжение. Они погружают почти сомкнутый клюв в воду, а затем немножко его приоткрывают. Когда затем они полностью вытаскивают клюв из воды, благодаря поверхностному натяжению (взаимному притяжению молекул воды и молекул на внутренней поверхности клюва) капля воды образует перекрытие между нижней и верхней частями клюва и становится ловушкой для добычи птицы. Чтобы проглотить добычу, кулику надо протолкнуть каплю воды в горло. Для этого он постепенно раскрывает клюв, и капля воды, по-прежнему держащаяся между нижней и верхней частями клюва, растягивается. Чтобы противостоять растяжению, поверхностное натяжение проталкивает каплю вглубь клюва, туда, где расстояние между верхней и нижней челюстями меньше. Это продолжается до тех пор, пока капля не достигнет глотки, где попавшую в ловушку добычу уже можно проглотить.

Почему некоторые жидкости растекаются по твердым поверхностям, например по стеклянной столешнице, а другие образуют на них капельки? Почему иногда капельки удерживаются на наклоненной поверхности, даже свисая с нее?

Почему нижний конец жидкой пленки, стекающей со слегка наклоненной поверхности, как правило, либо неровный либо растекается струйками и образует пятна? Обычно так и происходит, когда резиновым скребком очищают наклонное ветровое стекло машины от мыльной воды или стеклоочистителя. Проведите скребком вниз и остановитесь, не доведя его до конца. Почему жидкость разбивается на стекающие по ветровому стеклу ручейки?

Почему обычно дождевая вода не стекает равномерно по вертикальной бетонной стене жилого дома? Почему, когда вода понемножку просачивается в пещеру, чаще всего образуются конические сталактиты?

ОТВЕТ •За то, как жидкость растекается по горизонтальной твердой поверхности, отвечают силы притяжения между молекулами жидкости и молекулами твердого тела. Если притяжение сильное, жидкость растекается по поверхности. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность. Если притяжение слабое, жидкость стремится образовывать капли. Часто для характеристики смачивания (или капель на поверхности) используют так называемый угол смачивания . Если этот угол небольшой, жидкость смачивает твердую поверхность, при большом угле смачивания на ней образуются капли. Однако угол смачивания — не слишком надежная характеристика, поскольку в реальной ситуации (при реальной жидкости на реальной, микроскопически шероховатой твердой поверхности и с поверхностными загрязнениями) он может варьироваться в широком интервале значений.