Мыльные пузыри: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Рис. 31.

В тот момент, когда вы слышите стук выключателя, магнит действует на газ, придает ему силу преодолеть слабое сопротивление почти неустойчивого пузыря, и в мгновение, слишком короткое, чтобы процесс можно было проследить глазом, наш пузырь разрывается на два (рис. 32).

Рис. 32.

Жидкие цилиндры и струи

Представим себе теперь внезапно образовавшийся цилиндр жидкости большой длины, который предоставлен самому себе; ясно, что он не в состоянии будет сохранить эту форму. Он должен распасться на множество капель. К сожалению, в падающей струе воды изменения происходят так быстро, что простым глазом нет возможности проследить движения отдельных капель. Однако, я надеюсь показать вам двумя или тремя способами, что при этом происходит. Вы помните, что мы научились получать большие капли одной жидкости внутри другой, и таким путем нам удавалось устранить действие силы тяжести. Большие капли изменяют свою форму гораздо медленнее, чем маленькие, и потому на них гораздо удобнее наблюдать, что при этом происходит. Вот в этом стеклянном ящике у меня вода, окрашенная в синий цвет. На ее поверхности плавает керосин. Мне пришлось для этого опыта сделать керосин более тяжелым, подмешав к нему дурно пахнущую и огнеопасную жидкость — сероуглерод.

Вода лишь едва-едва тяжелее этой смеси. Погрузим в воду трубку, дадим ей наполниться и затем, подняв ее, будем медленно, по каплям, выпускать воду в керосин. Образуются крупные капли размером в двухкопеечную монету, и, когда каждая из них достигнет своей предельной величины, у нее начинает образовываться вверху шейка, которая вытягивается падающей каплей в маленький цилиндр. Вы заметите, что жидкость шейки в свою очередь собирается в маленькую капельку, которая падает сейчас же вслед за большой. Весь процесс протекает достаточно медленно, и вы можете проследить его. Если я снова наполню трубку водой и быстро выну ее из жидкости, то вслед за трубкой вытягивается водяной цилиндр, который разбивается на шары, как вы легко можете видеть (рис. 33).

Рис. 33.

Теперь мне хотелось бы показать вам, пользуясь готовым прибором, как внутри керосиновой смеси вы можете выдуть пузыри из воды, и некоторые из них, как вы увидите, будут содержать другие пузыри и капли из той или иной жидкости. Одна из таких пузыревидных капель остановилась теперь в покое над более тяжелым слоем жидкости, что дает вам возможность рассмотреть ее наилучшим образом (рис. 34).

Рис. 34.

Когда я быстро вынимаю трубку из ящика, внутри остается длинный цилиндрический пузырь воды, содержащий керосин; этот цилиндрический пузырь, как это было с водяным цилиндром, медленно разбивается на сферические пузыри. Еще более пригодны для этих опытов ортотолуидин и вода. Иногда, случайно, помещая одну жидкость внутри другой, удается наблюдать красивейшие пузыри, какие только могут быть получены. Если сосуд с водой и ртутью поместить под сильно бьющую струю воды, то вода и воздух, загнанные внутрь, вызовут образование пузырей ртути, которые будут плавать по водной поверхности. Вот мне удалось получить эти пузыри в другом сосуде, где по временам в течение нескольких секунд вы видите сияющие шары чистого серебра, превосходной формы и полировки. Когда они лопаются, остается только маленький шарик ртути, однако, значительно более крупный, чем количество жидкости от мыльного пузыря того же размера. Мне удавалось получать пузыри из ртути в 2 сантиметра диаметром. Ученый, по имени Мельсенс, впервые описавший это явление в 1845 году, нашел, что верхняя часть пузыря была так тонка, что просвечивала серовато-синим светом, чего мне не удалось наблюдать. Этот опыт не удается, если его производить в свинцовой посуде или в раковине со свинцовым стоком. Нужно позаботиться о том, чтобы сосуд для опыта помещался внутри другого большого сосуда, в котором можно собрать вытекающую ртуть.

Показав, что очень большой жидкий цилиндр разбивается на капли, я перейду теперь к другой край- кости и возьму для примера чрезвычайно маленький цилиндр. Вот перед вами фотографический снимок паука в его геометрически правильных тенетах (рис. 35).

Рис. 35.

Если бы я располагал временем, я охотно рассказал бы вам, каким образом паук создает свою удивительную ткань, и вообще многое об этих удивительных существах, однако, я ограничусь только тем, что имеет непосредственное отношение к предмету нашей беседы. Вы видите здесь два рода нитей паутины: одни крепки и гладки и расходятся радиусами, другие нити идут кругами, очень упруги и покрыты мелкими капельками клейкой жидкости. На хорошей паутине около четверти миллиона таких клейких бисеринок, которые ловят мух пауку на обед. Паук изготовляет свою паутину в течение часа и обыкновенно каждый день делает новую. Он не мог бы ходить по паутине и насаживать эти капельки, даже если бы знал, как это сделать, просто потому, что у него не хватило бы времени. Здесь приходит на помощь уже известное нам свойство жидких цилиндров — разбиваться на капельки. Паук вытягивает нить паутины и вместе с тем смачивает эту нить клейкой жидкостью; частицы жидкости первоначально в самом деле имеют форму цилиндра, но такой цилиндр не может сохраняться долго и разрывается на бисеринки, что великолепно видно на фотографии, снятой с помощью микроскопа (рис. 36).

Рис. 36.

Вы видите то большие, то маленькие капли, а иногда даже замечаете между ними совсем маленькие капельки. Чтобы точно установить, какой величины в действительности эти похожие на бисер капельки, можно поместить вдоль нити линейку с делениями в одну тысячную дюйма[6] и сфотографировать и то и другое одновременно. Убедить вас в правильности этих соображений я могу, показав вам паутинку, которую я изготовил сам, смазав кварцевую нить соломинкой, предварительно смоченной касторовым маслом. Тут мы тоже видим то большие, то маленькие бисеринки такой же совершенной формы, как и на паутине.

И в самом деле, открыть разницу между моей искусственной и настоящей паутиной простым глазом невозможно. Вы можете сказать, что большой цилиндр воды в масле и микроскопический цилиндр, располагающийся вокруг нити паутины, — это не то же самое, что обыкновенная струя воды, и вы пожелаете убедиться, будет ли она вести себя так, как было мною описано. Следующий фотографический снимок (рис. 37), сделанный при свете мгновенной электрической искры и увеличенный в три с четвертью раза, показывает нам такой столбик воды в виде падающей водяной струи.

Рис. 37.

Сначала струя представляет собою цилиндр, который по мере падения вниз начинает образовывать перетяжки и утолщения и, наконец, отделять капли, которые вы хорошо можете рассмотреть. Капли эти вибрируют, то удлиняясь, то расширяясь, и не может быть никакого сомнения, что сверкающая часть струи, хотя и кажется непрерывной, в действительности состоит из отдельных капель, которые пролетают так быстро, что наш глаз не в состоянии уследить за ними. (Должен добавить, что по причине, которая уяснится впоследствии, в момент фотографирования струи я произвел громкий звук, свистя в этот ключ.)

В струе воды диаметром в один миллиметр образующиеся на струе шейки, как бы они ни были ничтожны, в течение каждой сороковой доли секунды углубляются на величину, в тысячу раз большую. Таким образом нетрудно понять, что такая струя воды распадается на капли, прежде чем она упадет на несколько сантиметров. Свободные водяные капли пульсируют со скоростью, которую можно установить следующим образом. Капля в 50 миллиметров диаметром совершает полное колебание в течение одной секунды. Если диаметр капли уменьшить до одной четверти прежней величины, время (период) одного колебания сократится до одной восьмой, или, если диаметр сократится до одной сотой, время одного колебания уменьшится до одной тысячной, и т. д.[7]. То же самое отношение между диаметром и временем разрывания существует и у цилиндрического столбика воды. Мы сразу можем видеть, как быстро будут пульсировать капли воды таких же размеров, как капельки жидкости на нитях паутины, если изменить их форму и затем внезапно предоставить самим себе. Если предположить, что диаметр капельки достигает одной тридцать второй доли миллиметра, а в действительности он даже меньше, то он составит одну тысяча шестисотую часть диаметра капли в 50 миллиметров, которая совершает одно колебание в течение секунды. Она должна поэтому пульсировать в шестьдесят четыре тысячи раз быстрее, или шестьдесят четыре тысячи раз в секунду.

Водяные капельки малых размеров с диаметром, меньшим одной сто двадцатой доли миллиметра, должны пульсировать полмиллиона раз в секунду под одним только влиянием слабой упругой оболочки воды. Мы видим таким образам, как могущественно влияние слабой упругой перепонки воды на водяные капли, если они достаточно малы.

Теперь я устрою маленький фонтан и дам возможность падающей струе ударять в подложенный внизу лист бумаги. Вы видите сейчас и самый фонтан и его тень на экране. Вы замечаете, что вода выходит из трубочки в виде гладкого столбика, который начинает в этом месте сверкать, и вот отдельные капли барабанят на большом пространстве по бумаге (рис. 38).

Рис. 38.

Почему же капли барабанят? Вся вода вырывается в виде струи в одном и том же направлении, и все же на небольшом расстоянии отдельные капли уже перестают следовать по одному и тому же пути. Но теперь, вместо того чтобы объяснить это, а затем показывать опыты для проверки этого объяснения, я хочу отказаться от обычного порядка и показать сначала два- три опыта, которые — я думаю, вы согласитесь, — покажутся чуть ли не чудесными.

[6] Тысячная доля дюйма почти точно равна 1/40 миллиметра.

[7] Время колебания определяется выражением 1/125 X г·3/2, где r — диаметр капли, измеренной в миллиметрах.