Борис Кудрявцев - Первоначала вещей [Очерк о строении вещества]

Взгляните на рисунок 33.

Рис. 33. График для определения диаметра капилляра.

На нем вдоль горизонтальной линии отложена высота подъема воды. Отметив наблюдаемый подъем, надо провести вертикально вверх линию до пересечения с изображенной на рисунке кривой. Из точки пересечения этих линий проводят горизонтальную линию до пересечения с линейкой, по которой и узнают диаметр трубочки.

Сокращение выпуклой поверхности будет вызывать понижение уровня жидкости в узкой трубочке по сравнению с уровнем жидкости в широком сосуде.

В узкой трубочке уровень несмачивающей жидкости будет располагаться ниже, чем в широком сосуде.

Подъем жидкости в тонких трубочках, или, как его называют, капиллярный подъем, играет большую роль в природе. Особенно велико значение капиллярного подъема в водном режиме почвы. Когда идет дождь, почва увлажняется; однако значительная часть влаги сразу же уходит вглубь, до уровня грунтовых вод. Выше этого уровня важную роль в удержании влаги играет капиллярное поднятие воды. Вода удерживается в порах, образованных отдельными частицами почвы, теми же силами, которые удерживают воду в узких трубочках. Чем тоньше поры, тем выше поднимется вода в почве. В песках высота подъема воды невелика — всего несколько десятков сантиметров. Наибольший подъем наблюдается в суглинистых и глинистых почвах, где он достигает 2–3 метров.

Все эти явления имеют большое значение для сельского хозяйства, — их обязательно надо учитывать при орошаемом земледелии. При неправильном орошении грунтовые воды могут подняться до высоты, соответствующей высоте капиллярного подъема воды. В этом случае восходящий ток воды в порах достигнет поверхности почвы, и если вода содержит растворенные соли, то она вынесет их на поверхность. В жаркое и сухое время, когда вода быстро испаряется, в почве может накопиться большое количество солей: почва засолится.

Силы поверхностного натяжения очень малы, и можно подумать, что в технике и промышленности, где дело имеют с большими силами, о поверхностном натяжении не следует и вспоминать.

Практика показала, что это не так.

Начало нашего века ознаменовалось постройкой первых пловучих городов — гигантских океанских пароходов. Когда эти корабли были спущены на воду, инженеры столкнулись с неожиданным затруднением: по неизвестной причине гребные винты кораблей приходили в полную негодность, проработав всего несколько часов. Сходные разрушения наблюдались у лопаток мощных гидротурбин.

Несколько лет понадобилось ученым, чтобы найти причину загадочных разрушений. Внимательно изучив работу винта, они установили, что в разрушении металла повинны мельчайшие пузырьки, возникающие в воде при вращении винта. Поверхностная пленка этих пузырьков стремится сократиться, так что пузырьки существуют недолго, — возникнув, они быстро захлопываются и исчезают. Натяжение поверхностной пленки пузырька создает внутри него добавочное давление. Когда пузырек велик, давление мало, но по мере уменьшения пузырька оно возрастает. Что это действительно так, легко доказать: возьмите две стеклянные трубочки, выдуйте на одном из концов каждой из них по мыльному пузырю и соедините вместе свободные их концы резиновой трубочкой (рис. 34).

Рис. 34. Давление пленки меньшего пузырька заставляет его сокращаться, перегоняя воздух в больший пузырь.

Спустя несколько мгновений вы заметите, как меньший из мыльных пузырей начнет сокращаться, перегоняя воздух, заключенный в нем, в большой пузырь. Иногда даже больший пузырь не выдерживает этого и лопается. Это убеждает нас в том, что действительно, чем меньше пузырьки, тем больше в них давление.

Как показывает расчет, при захлопывании микроскопических пузырьков, образующихся в воде, в них возникают огромные давления в тысячи атмосфер.

Под действием такого большого давления стенки пузырьков сокращаются с большой скоростью, и захлопывание пузырьков действует подобно микроскопическим ударам, разрушающим поверхность металла.

При вращении гребного винта или лопастей гидротурбины в жидкости возникает целое облако пузырьков. Поверхность металла оказывается под непрерывным градом ударов жидкости. Сильные и частые удары жидкости являются, несомненно, одной из причин того, что даже прочные материалы быстро разрушаются (рис. 35).