Яков Гегузин - Капля

Реальность оказывается бо­гаче обедненной схемы. Кри­сталлизация капли в реаль­ных условиях происходит не только вследствие роста заро­дыша, которому паша схема предписывает появиться в одном из трех мест капли, но и вследствие образования тон­кой корочки— панциря. Его наличие, как оказывается, очень существенно влияет на конечную форму застывшей капли.

Кристаллизация капли германия на сапфировой подложке в случае, когда зародыш появился вблизи «макушки» капли. В увеличенном масштабе пока­зана конечная форма капли, на кото­рой виден выброс сбоку

Обратимся к фактам. В Институте кристаллографии АН СССР наблюдали поведение капель расплавленного метал­ла — германия на поверхности неметаллического кристал­ла—сапфира (это был побочный результат большой исследо­вательской работы). Подобно воде, плотность расплавленно­го германия больше, чем плотность закристаллизовавшего­ся, поэтому наблюдавшееся явление имеет прямое от­ношение к водяной капле.

Кристаллизация капли германия на сапфировой подложке в случае, когда зародыш появляется на границе между германиевой каплей и сапфировой под­ложкой. В увеличенном масштабе пока­зана закристаллизовавшаяся капля, имеющая коническую форму

В нашей лаборатории были поставлены опыты с систе­мой капля воды — кристалл соли; полученные результаты оказались совершенно подобны тем, которые следовали из опытов с системой капля германия — сапфир. В опы­тах по кристаллизации ка­пель на поверхности сапфира был тщательно прослежен процесс кристаллизации ка­пель в случаях, когда зародыш возникает на границе между каплей и сапфиром или на макушке капли. У обоих процессов проявилась одна общая черта. Оказывает­ся, что вблизи того уча­стка поверхности капли, где процесс кристаллизации завершается,— у макушки,если зародыш возник вблизи сап­фира, и вблизи сапфира, если зародыш возник у макушки, образуется выпуклость, нару­шающая естественную фор­му капли. Происхождение этой выпуклости легко по­нять.

Дело в том, что под за кристаллизовавшимся тонким панцирем имеется еще не отвердевшая жидкость. Ее судьба подобна судьбе воды в бочке: кристаллизуясь, она увеличивает свой объем, и поэтому в наиболее тонком месте прорвет панцирь. Про­исходит сложный процесс: формируется панцирь, под ним кристаллизуется жидкость, форма панциря искажается, и в каком-то месте он может разломаться. Иной раз на этой завершающей стадии кристаллизации капли она ста­новится источником тоненькой фонтанирующей струй­ки, которая сквозь панцирь выдавливается кристалликом, растущим в объеме капли. Иногда возникает ветвистый фонтанчик, иногда тоненькая струя-иголочка, которая мгновенно замерзает.

Следовательно, правильным было утверждение, что ре­альность всегда богаче схемы: капля не просто из жидкой становится твердой, а меняет свою форму и о конце кри­сталлизации сообщает фонтанчиком.

Вернемся теперь к обсуждению причины, из-за которой зародыш неохотно возникает на границе между каплей и камнем. Дело здесь вот в чем. Образование ледяной короч­ки на границе с камнем должно сопровождаться деформа­цией и корочки и камня'. Удельный объем льда больше объема воды, и поэтому образующаяся ледяная корочка должна как бы рвать камень, а он, сопротивляясь этому насилию, будет сжимать корочку. Оба эти процесса свя­заны с деформацией и кристаллизующейся капли и камня. А это невыгодно, и поэтому естественнее, чтобы зародыш возник вдали от камня, где его появление не связано с возникновением дополнительной энергии. Лишь в край­нем случае, когда теплоотвод в камень велик и темпера­тура капли вблизи камня значительно ниже, чем у ма­кушки, зародыш может возникнуть на границе вода — камень.

Мы обсудили участь росинки, застывшей на камне, а теперь — о том, что происходит с камнем, на котором ро­синка застыла.

Где бы зародыш ни возник, в конце концов камню не избежать действия растягивающих напряжений, которые, как уже упоминалось, возникают вследствие скачка объе­ма при кристаллизации капли. Расчет показывает, что они могут достичь сотен килограммов на квадратный сан­тиметр. Этого вполне достаточно, чтобы под каплей в камне возникли трещинки, очаги разрушения.

Деформирующее влияние капли на твердую кристалли­ческую подложку отчетливо наблюдается с помощью не­сложного опыта. На гладкой поверхности кристаллика каменной соли располагается капля, которая закристаллизовывается, а затем оттаивается и стряхивается. После такой процедуры в кристаллике на том месте, где распола­галась кристаллизовавшаяся капля, обнаруживались очаги деформации, так называемые полосы скольжения. Капле, оказывается, под силу разрушать твердый кри­сталл, каменную породу.

Под жидкой каплей, закристаллизовавшейся па поверхности кристаллика каменной соли, легко обнаруживаются следы деформации кристалла — ли­нии скольжения и микротрещинки

У французского поэта Ремона Кепо есть строки, которые заставляют задуматься о манере мышления поэта. Вот они:

...В трещинах от дождей,

В трещинах от эрозий,

От росы, от цепких корней,

То на солнце, то на морозе

Продолжает свой путь скала...

Неужели поэт, далекий от физики жидкостей и кри­сталлов, понимает, что росинка может порвать скалу? Или это погоня за красивой курьезностью — поставить росинку вровень с цепкими, могучими корнями? А быть может, это изощренная интуиция, когда правда, минуя логическое осмысливание, просится в строку? Вот уж действительно путь поэтической мысли и истоки поэти­ческого образа трудно исповедимы!

Капля несколько раз «вторгалась» в творческую жизнь Георгия Глебовича Леммлейна. В первый раз в виде ро­синок, осевших на кристаллической поверхности, затем в виде капель раствора, движущихся и преобразующихся в объеме кристалла,— об этом рассказ впереди, а в 1957 году он изучил движущиеся по поверхности кри­сталла капли, за которыми стелется шлейф.

Незадолго перед войной польский физик Коварский обратил внимание на неожиданное и любопытное явление. Если кристалл растет вследствие притока вещества из па­ровой фазы и если он нагрет почти до температуры плавле­ния, то на его поверхности появляются жидкие капли. Они мечутся по поверхности кристалла, подобно тому как мечется капля воды на горячей сковородке, и, как капля воды, они вскоре исчезают, но исчезают не так, как вод­ная капля. Коварский впервые заметил это явление, а Леммлейн с сотрудниками его подробно изучили. Изу­чили и иное, родственное явление — образование капель жидкости на поверхности не растущего, а испаряюще­гося кристалла.