Мыльные пузыри: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Из предисловия автора к первому изданию

Я советую молодым людям постараться повторить все описанные здесь опыты; они увидят, что во многих случаях для этого не требуется ничего, кроме стеклянной или каучуковой трубки или других предметов, которые так же легко достать. Я думаю, что их первоначальные затруднения будут вознаграждены дальнейшим легким успехом; и если, вместо того чтобы отчаиваться при первых неудачах, они постараются повторить опыт при помощи лучших из находящихся в их распоряжении средств, то самые трудные опыты станут для них самыми интересными.

МЫЛЬНЫЕ ПУЗЫРИ И ОБРАЗУЮЩИЕ ИХ СИЛЫ

Введение

Не думаю, чтобы среди вас нашелся хоть один, кто когда-нибудь не занимался пусканием мыльных пузырей и, любуясь совершенством их формы и дивными переливами цветов, не задавался вопросом, почему с такой легкостью можно вызвать к жизни эта великолепные явления.

Надеюсь, что никому из вас еще не наскучило пускать мыльные пузыри, и я рассчитываю показать вам, что простой мыльный пузырь представляет гораздо больше поучительного, чем это часто думают.

Восхищение и удивление мыльными пузырями, которые так великолепно изобразил на своей известной картине Миллэ, я надеюсь, не исчезнут после этих лекций; я полагаю, вы сами увидите, как ваше удивление будет расти при более близком знакомстве с этими явлениями. Плато в своем знаменитом труде «Статика жидкостей» упоминает о хранившейся в парижском Лувре этрусской вазе, на которой были изображены дети, пускающие мыльные пузыри. Однако, Плато говорит, что ни у одного классического автора нет упоминания о таких развлечениях, и только два намека на них встречаются у Овидия и Марциала. Напрасно я старался разыскать эту вазу в Лувре. Мне не удалось ее найти. Возможно, что она оказалась поддельной и была удалена из коллекций музея.

Быть может, некоторые из вас пожелают узнать, почему я выбрал предметом своих бесед мыльные пузыри; охотно удовлетворю их желание. Правда, есть множество вещей, еще более удивительных и увлекательных, но силы, образующие мыльные пузыри, тесно связаны с окружающими нас повседневными явлениями. Мы не можем налить воды из кувшина или из чайника, мы не можем ничего проделать с какой бы то ни было жидкостью, чтобы не привести в действие эти силы. Ваши собственные наблюдения не раз заставят вас вспомнить о том, чтó вы услышите и увидите в этой аудитории; но — и это, быть может, важнее всего — многие из вещей, которые я намерен вам показать, настолько просты, что вы сумеете сами без всяких приборов воспроизвести их у себя дома; а это, вы увидите, гораздо интереснее и поучительнее моих лекций.

Я хотел бы коснуться здесь еще одного вопроса, а именно — для чего я вообще показываю опыты. Вы, конечно, не задумываясь, ответите, что без опытов лекции были бы очень скучны. Это, может быть, и верно, но это не единственное основание. Когда перед нами возникает какой-нибудь новый вопрос, то открываются к его разрешению два пути. Мы можем обратиться к кому-нибудь, кто знаком с этим предметом, или же поискать ответа в книгах, написанных учеными; это очень хороший путь, если при этом нам посчастливится напасть на сведущего человека или дельную книгу; но мы можем избрать и другой путь, а именно— путь собственного опыта: мы можем добиться разгадки своими силами. Опыт, или эксперимент, — это вопрос, который мы ставим природе, и она всегда готова дать нам правильный ответ, если только мы правильно ставим вопрос, т. е. если мы умеем произвести надлежащий опыт. Опыт — это не фокус, не какая-нибудь хитрая штука, которая должна поразить вас; он показывается не ради красоты и не потому, что может внести разнообразие в монотонность лекций; если некоторые из моих опытов красивы или могут сделать беседу менее скучной, тем лучше; но главное их значение не в этом: они должны дать вам возможность самим получить правильные ответы на ваши вопросы.

Упругая перепонка на поверхности жидкости

Я начну с явления, которое вы все, вероятно, видели десятки раз, не подозревая, что имеете дело с настоящим физическим опытом. Вот у меня обыкновенная кисточка, какую употребляют для рисования красками. Как сделать, чтобы волоски кисточки слиплись и образовали заостренный кончик? Вы скажете, надо кисточку смочить, и тогда ее волоски слипнутся, потому что будут мокрыми. Хорошо. Попробуем произвести опыт. Так как кисточка мала и плохо видна сидящим далеко, я помещаю ее перед фонарем, и теперь вы все видите ее в увеличенном виде на экране (рис. 1, слева). Сейчас она суха, и волоски ее видны в отдельности. Теперь я погружаю кисточку в воду, вынимаю ее, и, как мы ожидали, волоски слипаются (рис. 1, справа), потому что, как мы обыкновенно говорим, кисточка мокрая. Теперь я опускаю кисточку в воду и оставляю ее там; и что же — волоски совсем не слипаются (рис. 1, посредине), а ведь они, несомненно, мокрые, раз они находятся в воде.

Рис. 1.

Очевидно, что наше обычное объяснение этого явления не вполне точно. Этот опыт, не требующий для своего выполнения ничего, кроме кисточки и стакана воды, показывает, что волоски кисточки слипаются не только потому, что они мокрые, но еще по какой-то другой причине, которая нам еще не известна. Он показывает также, что довольно распространенное мнение, будто мы не в состоянии открыть глаза под водою, не основывается: на фактах. Часто утверждают, что, когда мы ныряем в воду с закрытыми глазами, мы не можем как следует видеть, открывая глаза под водою, потому что вода будто бы склеивает ресницы; а потому, чтобы видеть под водой, рекомендуется нырять с открытыми глазами. В действительности же ничего подобного нет; совершенно безразлично, будете ли вы нырять с открытыми или закрытыми глазами, вы можете открыть их под водою и будете видеть так же хорошо, как и в первом случае. На примере нашей кисточки мы убедились, что вода сама по себе не вызывает слипания волосков, пока кисточка находится в воде, но, как только мы вынем ее из воды, волоски слипаются. Итак, хотя этот опыт и не объяснил нам причины слипания волосков, он нам показал по крайней мере, что обычное объяснение не совсем верно.

Произведем теперь другой опыт, такой же простой, как и предыдущий. Вот у меня трубка, из которой медленно, не сплошной струей, а по капелькам, вытекает вода; каждая капля медленно нарастает, пока не достигнет известной предельной величины и не оторвется сразу. Обращаю ваше внимание на то, что всякий раз, когда капля отрывается, она имеет одну и ту же величину и одну и ту же форму. Это не может быть делом простой случайности; должна существовать какая-нибудь причина, обусловливающая предельный размер и форму капли. Почему вообще вода держится на кончике трубки? Ведь вода обладает тяжестью и стремится упасть, однако, не падает сразу; она прилипает к кончику трубки и держится на нем, пока количество ее не достигнет определенной величины, а тогда капля сразу отрывается, как будто то, что держало воду, оказалось недостаточно крепким. Один ученый тщательно вычертил в увеличенном масштабе точные формы капли при различной ее величине, и этот рисунок перед вашими глазами (рис. 2, слева).

Рис. 2.

Этот рисунок может натолкнуть на мысль, что вода как будто подвешена в упругом мешочке, и этот мешочек разрывается или отрывается, когда вес воды превосходит предел его прочности. Правда, на деле такого мешочка не существует, а все же меняющаяся форма капли сама по себе уже вызывает у нас представление об упругом, постепенно растягивающемся мешочке. Чтобы показать вам, что это вовсе не плод воображения, я сделаю следующий опыт. На треножнике я укреплю большое деревянное кольцо, которое затянуто тонкой резиновой перепонкой. Станем теперь понемногу напускать воду из трубки на эту перепонку, и вы увидите, как перепонка станет постепенно растягиваться от увеличения веса воды. Присмотритесь внимательнее, и вы увидите, что резиновая перепонка принимает как раз те формы, какие были изображены на нашем рис. 2, слева. По мере того как вес воды увеличивается, перепонка растягивается, и теперь, когда в ней содержится около ведра воды, видно, что в таком состоянии она уже не может оставаться: она напоминает каплю воды перед самым моментом ее отрывания (рис. 2, справа). Если еще немного прибавить воды, наша искусственная капля сразу меняет свою форму (рис. 3), но не отрывается, как настоящая, потому что ее удерживает резиновая перепонка.

Рис. 3.

Когда мы дошли до известной границы, она перестает растягиваться и может выдержать большое давление, не изменяя формы. Поэтому теперь она все время будет сохранять форму капли воды в самый момент ее отрывания. Теперь я стану посредством сифона понемногу удалять воду из этого упругого мешка, и капля снова начнет медленно сокращаться. Итак, в данном случае мы своими глазами видели тяжелую жидкость в упругом мешке. Обыкновенная капля воды отличается от этой искусственной капли размерами да еще тем, что ее упругий мешочек невидим. А раз две капли ведут себя почти в точности одинаковым образом, мы, естественно, можем ждать, что их форма и движения обусловливаются одной и той же причиной и что маленькую водяную капельку поддерживает нечто вроде той резиновой перепонки, какую мы только что видели.

Посмотрим теперь, какое это имеет отношение к первому опыту с кисточкой. Этот опыт показал нам, что волоски кисточки слипаются не просто потому, что они мокры; необходимо еще, чтобы кисточка была вынута из воды, или, иными словами, нужно, чтобы у нас получился поверхностный слой, или водяная оболочка, и только тогда волоски слипнутся вместе. Если мы предположим, что поверхностный слой воды подобен упругой перепонке, тогда оба опыта — с мокрой кисточкой и водяной каплей — получат свое объяснение.

Попробуем сделать другой опыт, чтобы посмотреть, не будет ли вода и в других случаях обнаруживать такие свойства, которые приводили бы нас к заключению, что у нее существует невидимая упругая перепонка.

Вот у меня прибор, устроенный следующим образом. Длинный металлический стержень пропущен через полый стеклянный шарик, прикрепленный к стержню сургучом, так что вода не может проникнуть в шарик. К нижнему концу стержня прикреплен свинцовый груз, а недалеко от верхнего конца припаяна перпендикулярно к стержню металлическая сетка. Если опустить наш аппарат в сосуд с водою, он будет плавать стоймя, причем сетка должна находиться над водою. Чтобы сделать движения аппарата более заметными, к верхнему концу стержня прикреплен бумажный флажок (рис. 4).

Рис. 4.

Теперь погрузим наш прибор так, чтобы сетка оказалась под водой, и снова отпустим его. Что произойдет? Если поверхность воды в самом деле обладает свойствами упругой перепонки, она должна помешать прибору с сеткой подняться вверх в свое прежнее положение. Я отпускаю прибор, и, вместо того чтобы выскочить наверх, как было бы, если бы ему ничто не мешало, он остается в воде, удерживаемый этой перепонкой. Когда я взбалтываю воду так, чтобы освободился один угол сетки, тогда, как вы видите, аппарат немедленно выпрыгивает вверх. Вы можете убедиться, что эта перепонка на поверхности воды должна быть довольно прочной, так как, чтобы погрузить аппарат в воду, нам нужно положить на сетку гирьки весом приблизительно в 7 граммов.

К этому прибору, который был впервые описан физиком Ван дер-Менсбрюгге, я обращусь снова через несколько минут.

На поверхности чистой, прозрачной воды имеется особый упругий слой, подобный упругой перепонке. Вот у меня маленькое ситечко, сделанное из проволочной сетки, достаточно крупной, чтобы через ее отверстия могла проходить обыкновенная булавка. Между прочим, заметим, что в дне ситечка имеется около одиннадцати тысяч таких отверстий. Далее, как вам известно, чистая проволока смачивается водой, т. е., вынутая из воды, она оказывается мокрой; но бывают вещества, как, например, парафин, которые не смачиваются водой: вода не прилипает к парафину, в чем вы можете убедиться сами, погрузив парафиновую свечу в воду. В расплавленный на сковородке парафин я и опустил эту сетку, чтобы вся она покрылась тонким слоем парафина; но, чтобы парафин не залепил отверстий, я хорошенько встряхну ее, пока парафин еще не застыл. Вы видите на экране, что все отверстия, за исключением одного-двух, остались открытыми и что обыкновенная булавка свободно проходит сквозь них. Наш прибор готов. Итак, если поверхность воды обладает подобием упругой перепонки, для разрыва которой необходима сила, воде будет не так-то легко вытечь через эти отверстия, она вообще не будет протекать через них, пока ее не заставят, потому что, чтобы пройти на другую сторону, воде нужно разорвать свою упругую оболочку в каждом отверстии. Вы понимаете, что это рассуждение правильно только в том случае, если вода не может придти в тесное соприкосновение с проволокой, т. е. не смачивает ее. Я стану наливать теперь в ситечко воду, и, чтобы помешать ей ударяться о дно с большой силой, что заставило бы ее пройти насквозь, я кладу на дно маленький кусочек бумаги и лью воду на бумагу, которая и разбивает струю (рис. 5).