Мыльные пузыри: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Рис. 5.

Вот я налил в ситечко около полстакана воды и мог бы налить еще больше. Я вынимаю бумажку — и ни одна капля не проходит насквозь. Но стоит дать толчок ситечку, вода пробьется сквозь дно и быстро выльется вся.

Если теперь вытряхнуть воду из ситечка, можно будет пустить его плавать по воде, потому что вес его недостаточен для того, чтобы разорвать перепонку, затягивающую все отверстия. Вода не проходит насквозь, и ситечко плавает на воде, хотя, как я уже говорил, в его дне имеется одиннадцать тысяч отверстий, каждое такой величины, что через него может пройти обыкновенная булавка.

Это явление было использовано для фабрикации тканей, свободно пропускающих воздух и водяной пар, но не проницаемых для воды. Сквозь кусочек такой ткани легко задуть свечу, но зато, сложенная в виде мешка, она держит налитую в нее воду.

Я хочу привести еще один пример, подтверждающий существование такой упругой перепонки на поверхности воды. Попробуйте налить воду из стакана в узкогорлую бутылку. Вы знаете, что если вы будете наливать медленно, то почти вся вода станет стекать по стенке стакана и будет литься мимо бутылки; если же вы станете лить быстро, то в узком горлышке бутылки не хватит места сразу для большого количества воды, и она опять-таки прольется мимо. Но если вы возьмете какой-нибудь прутик или стеклянную палочку, и прислоните ее к краю стакана, то вода будет отекать по палочке в бутылку и ничего не прольется (рис. 6); вы можете даже держать палочку наклонно, как это я делаю сейчас, и вода все же будет течь по палочке, потому что упругая перепонка внешнего слоя образует своего рода трубку, которая не дает воде проливаться.

Рис. 6.

Этот способ может пригодиться в деревне, когда нужно провести в воду из желоба под крышей в поставленные внизу ушаты.

Какая-нибудь палка служит для этой цели почти так же хорошо, как и металлическая труба.

Итак, я полагаю, мы наблюдали достаточное количество фактов, убеждающих нас в том, что на поверхности воды имеется нечто вроде упругой перепонки. Я хочу сказать, что поверхность воды — это та же вода; но вода внутри своей массы и на поверхности обладает неодинаковыми свойствами: ее поверхность проявляет себя так, как будто на воде натянута какая-то упругая перепонка, вроде резиновой, с тем только отличием, что эта перепонка обнаруживает способность беспредельно растягиваться, тогда как резина таким свойством не обладает.

Капиллярные поднятия и понижения

Постараемся теперь понять, почему узких трубках вода не устанавливается на уровне, который она имела бы в (широком сосуде, а поднимается выше. Я поместил здесь, перед фонарем, сосуд с водой, окрашенной в синий цвет, чтобы вы лучше могли видеть все, что с нею происходит. Затем я опускаю в воду довольно узкую стеклянную трубку, и вода немедленно устремляется вверх, поднимаясь приблизительно на сантиметр над общим уровнем. Трубка внутри мокрая. Поэтому упругая перепонка поверхности воды прилипает к трубке и приподнимает воду, пока вес воды, поднятой над общим уровнем, не уравновесит силу этой перепонки[1]. Когда я беру трубку, с просветом приблизительно вдвое большим, чем у предыдущей, то поднимающая воду сила, которая действует по всей окружности трубки, должна поднять вдвое большее количество воды, однако, вода не поднимается на высоту вдвое большую, потому что в широкой трубке и воды больше, чем в узкой. Вода даже не достигает той высоты, на какой она стояла в более узкой трубке, потому что если бы это произошло, то вес поднятой воды был бы больше, чем прежде, в четыре раза, как легко понять на основании простых геометрических правил, а не в два только раза, как вы, может быть, сначала подумали. Действительно, в широкой трубке вода поднимается только на половинную высоту, и теперь, когда обе трубки помещены рядом, вы можете видеть, что в узкой трубке вода стоит в два раза выше, чем в широкой трубке. Равным образом, если бы я взял трубку толщиной в волос, то вода в ней стояла бы соответственно выше. Вот почему это явление называется капиллярностью, от латинского слова capillus — волос, так как оно особенно заметно в очень тонких трубках волосного диаметра.

Предположим теперь, что у вас имеется большое число трубок разного размера и вы разместили их в ряд по диаметру, начиная с самой узенькой; тогда, очевидно, вода будет стоять выше всего в самой узкой трубке и все ниже и ниже в каждой из следующих трубок по мере увеличения их диаметра (рис. 7).

Рис. 7.

Наконец, когда мы дойдем до самой широкой трубки, мы не в состоянии будем заметить в ней какое-нибудь повышение уровня воды. Тот же самый результат вы можете легко получить, если просто возьмете две четырехугольные стеклянные пластинки и поставите их друг к другу ребром, поместив между ними спичку или другую тоненькую палочку так, чтобы они расходились на небольшое расстояние у одного края и сходились до соприкосновения на другом. Скрепить пластинки можно с помощью надетого на них резинового кольца. К этому прибору подводится подкрашенная вода, и вы сразу видите, что вода вползает к верхнему краю пластинок на том конце, где они касаются друг друга своими ребрами, и по мере увеличения расстояния между пластинками уровень воды постепенно понижается; в результате поверхность жидкости в месте соприкосновения со стеклом образует красивую правильную кривую линию, которую математики называют равносторонней гиперболой (рис. 8).

Рис. 8.

Мне следовало бы сейчас сообщить некоторые сведения относительно этой и некоторых других кривых, однако, я теперь могу только установить, что гипербола здесь возникает потому, что, в то время как расстояние между пластинками увеличивается, высота слоя жидкости становится меньше, иначе говоря, причина образования гиперболы связана с таким явлением; вес столбика жидкости, поддерживаемого какой-либо частью кривой, повсюду остается одинаковым.

Если бы пластинки и трубки были сделаны из материала, не смачиваемого водой, тогда действие поверхностного натяжения привело бы к прямо противоположным результатам. Поверхность жидкости в узком месте оказалась бы опущенной и притом тем больше, чем уже промежуток между пластинками. Это явление затруднительно наблюдать, пользуясь парафиновыми пластинками или трубками и водой; поэтому мы возьмем другую жидкость — такую, которая не смачивает чистого стекла, — ртуть. Ртуть непрозрачна, и мы не увидим понижения уровня жидкостей в узкой трубке по сравнению с уровнем ее в широком сосуде. Чтобы наблюдать это явление, мы возьмем две соединенные друг с другом трубки, широкую и узкую.

Нальем теперь в них ртуть, и мы увидим, что в узкой трубке уровень ртути ниже (рис. 9, справа), чем в широкой, тогда как в таком же приборе с водой дело обстоит как раз наоборот (рис. 9, слева).

Рис. 9.

Упругое натяжение пленки, или так называемое поверхностное натяжение, очень невелико по сравнению с большими силами, но оно становится заметным, когда мы имеем дело с маленькими и легкими предметами. Те из вас, кому приходилось жить в деревне и проводить время на берегу ручья, не раз, конечно, наблюдали, как водомерки и другие маленькие существа бегают по поверхности воды, не погружаясь в нее.

По какой-то причине лапки их не смачиваются водой, отчего под каждой из лапок образуется маленькая ямка. Дно этой ямки, подтягиваемое стенками кверху, поддерживает тяжесть водомерки. Отсюда можно заключить, что вес насекомого в точности равен весу воды, которая потребовалась бы, чтобы заполнить ямки до общего уровня. Одному ученому удалось чрезвычайно остроумным способом измерить силу, с какой водомерка давит на воду каждой из своих лапок. Он сфотографировал тень от насекомого и от ямок под его лапками на белом фарфоровом блюде с водой. Затем он прикреплял лапку водомерки к чашке очень чувствительных весов, этой лапкой производил давление на воду с различной силой и снова фотографировал тень от ямки для каждой степени давления. Таким путем он составил целую таблицу и, пользуясь ею, мог определить величину давления одной лапки водомерки, сравнивая величину тени от ямок с размерами теней, показанными на таблице. Он мог даже проследить, в каком порядке водомерка переставляет свои лапки.

Другой ученый описал одного паука[2], который сплетает под водой особую сетку — паутину. Эта паутина не пропускает сквозь себя воздух так же, как не пропускает воду сито, которое не смачивается водой. Паук отправляется на поверхность воды за воздухом, уносит его вниз в виде пузырька и освобождает под паутиной. Таким образом здесь мало-помалу образуется целый резервуар воздуха, которым и дышит паук.

Подобно водяным паукам и насекомым, бегающим по воде, свойствами упругой водяной перепонки пользуются и некоторые живущие в воде личинки. Обыкновенный комар кладет свои яйца в стоячую воду и, по-видимому, особенно любит кадки с водой и бассейны в садах и теплицах. Из этих яиц в свое время появляются личинки, соответствующие шелковичным червячкам, личинкам мошек или гусеницам бабочек. В теплую погоду вы можете видеть тысячи таких личинок в обыкновенных кадках с дождевой водой. Тут вы заметите маленькие темные существа, которые плавают забавными скачками и скрываются на дно, если вы внезапно приблизитесь к воде и вспугнете их. Однако, если вы будете держаться спокойно, не пройдет много времени, как они снова выплывут на поверхность и, прикрепившись к ней, будут оставаться в висячем положении. Очень легко показать такие живые личинки на экране. Перед фонарем вместо прозрачной картинки я поместил плоский сосуд с водой, в котором плавает некоторое количество личинок. Вы видите, как они выплывают к поверхности и привешиваются к ней с помощью придатка вроде хвоста (рис. 10).

Рис. 10.

Это дыхательная трубочка. Таким образом, хотя они тяжелее воды и должны были бы тонуть, дыхательные трубочки помогают им висеть у поверхности, дышать и питаться опавшими и гниющими листьями. Личинка, изображенная на рисунке слева оторвалась от поверхности и медленно падала на дно как раз в тот момент, когда производился фотографический снимок.

[1] Слой воды, облекающий трубку изнутри, и поверхность водяного столбика образуют одну жидкую пленку, и она поднимает уровень воды в трубке. — Ред.

[2] Argyroneta («серебряная пряжа») — водяной паук. — Ред.