Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2002 № 04

Вы увидите два слоя жидкости: нижний — спиртовой раствор голубоватого оттенка, верхний — прозрачный слой воды. Между слоями большая капля машинного масла, сверху красная, внизу прозрачная. Большую каплю обычно сопровождают несколько маленьких (рис. 4).

Рис. 4

Понаблюдайте за образованием капли на кончике пипетки. Вначале образуется полусферическая оболочка. Она растет, как бы раздувается, стремясь принять некую удлиненную шарообразную форму. Вот появляется тонкая шейка, и капля отрывается (рис. 3).

На какой-то миг она превращается в шар. Этот шар начинает падать и очень быстро под действием сопротивления воздуха приобретает форму падающей капли. Между тем процесс на кончике пипетки на этом не завершается. Шейка, от которой уже отделилась первая капля, продолжает удлиняться и стремительно превращается в новую каплю, поменьше. Процесс протекает быстро. Всех деталей не углядеть. Обычно мы не успеваем заметить большую каплю. Конечно, можно замедлить картину, применив киносъемку. Но можно поступить проще (рис. 2).

Налейте в пробирку прозрачное растительное масло и начните капать в нее воду из пипетки. Капля должна пробивать поверхность масла и опускаться на дно. Если сразу это не получится, придется увеличить порцию воды. Из двух-трех капель, образовавшихся в воздухе, в масле формируется только одна. Под лупой можно увидеть, что она имеет почти идеальную сферическую форму. Опускается на дно медленно и равномерно и там долго сохраняет свою шарообразную форму.

Плотность масла близка к плотности воды. Сила Архимеда почти уравновесила силу тяжести, и получилось состояние, близкое к невесомости. Силы поверхностного натяжения стремятся придать жидкости форму с минимальной поверхностной энергией. Этому условию отвечает форма сферы.

Налейте в пробирку подсолнечное масло, а сверху — машинное. Должно получиться два слоя с четкой границей. Машинное масло недостаточно прозрачно, имеет красноватый цвет. Покрасьте воду тушью и понаблюдайте, как одна и та же капелька жидкости, проходя через различное масло, меняет свою форму. Плотность машинного масла меньше, чем подсолнечного, поэтому и выталкивающая сила меньше. Капельки в нем опускаются быстрее, с ускорением. Сила тяжести делает их форму чуть сплющенной по вертикали. Но, входя в нижний слой прозрачного масла, капелька вновь становится похожей на шар.

Тот же опыт можно сделать как бы наоборот, увидев при этом кое-что новое. Плотность масла меньше, чем плотность воды. Поэтому капля масла в воде падает… вверх. При помощи пипетки и трубочки для коктейля выпустите каплю масла на дно сосуда. Часто образуются сферические капельки разных размеров. Подсолнечное масло поднимается медленнее машинного. Вооружитесь лупой и внимательно проследите за поведением капелек у поверхности воды: капельки масла, словно резиновые мячики, с силой ударяются о поверхностную пленку воды, пружинят, отскакивают, снова возвращаются к поверхности, пока не успокаиваются у поверхности воды.

Опыт Плато и все последующие показали нам, что в условиях, когда сила тяжести хотя бы частично компенсируется силой Архимеда, жидкость под действием сил поверхностного натяжения стремится принять форму шара.

Не следует думать, что все наши опыты и размышления в области капель есть лишь гимнастика ума. В 40-х годах прошлого века советский ученый Я.И. Френкель уподобил атомное ядро капле сверхплотной, в миллиарды раз плотнее золота, жидкости. И на этой основе правильно рассчитал тонкости деления ядра урана…

Но есть у жидкости и еще одна не до конца изученная форма движения — вихревое кольцо.

Наполните банку водой доверху и капните тушью из пипетки. Капелька, падая в воду с высоты 3 см, примет вид колечка (рис. 5).

Через некоторое время кольцо разделится на ожерелье капель. Хоровод капелек медленно погрузится в воду, и начнется второй цикл распада. Каждая капелька превратится в новое колечко, которое, в свою очередь, даст новые капли и кольца. Процесс размножения идет лавинообразно, типичная цепная реакция. За каплями тянется шлейф, связывающий их воедино.