40
А. Дозоров
Можно ли носить воду в решете?
Один раз мы взяли с собой керосинку, но больше — никогда! Целую неделю мы как будто жили в керосиновой лавке. Керосин просачивался всюду. Я никогда не видел, чтобы что-нибудь просачивалось, как керосин. Мы держали его на носу лодки, и оттуда он просочился до самого руля, пропитав лодку и все ее содержимое. Он растекся по всей реке, заполонил собой пейзаж и отправил воздух.
Джером К. Джером. «Трое в одной лодке, не считая собаки».
Вы помните историю про муравышку, который очень торопился домой? Многие помогали ему. Например, через речку его перевезводом. Это — насекомое, и вы, наверное, много раз видели его. Водомер совершенно спокойно стoit на воде и не тонет (рис. 1). Правда, если внимательно приглядется, вода под ним немного прогибается.
Почему же это насекомое не тонет? И разве может вода прогибаться?
Оказывается, все дело в повреждном слое жидкости. Он обла-
Рис. 1.
41
чатление такое, как будто иолка лежит на пленке.
Это сравнение довольно хорошо. Поверхностный слой жидкости, и вправду, чем-то похож на растигу у пругугу пленку (хотя происходение особых свойств поверхностного слоя совсем иное, чем у растигу пленки). Попробуем это посянить.
В глубине жидкости каждая молекula со всех стороны окружена соседями, которые тянут ее во все стороны одинаково. молекулы же поверхностного слоя сверху соседей не имеют, поэтому они испытывают прияжение со стороны нижележащих молекул. Жидкость как бы стремится к тому, чтобы на ее поверхности было минимальное количество молекул. В результате поверхностный слой жидкости находится как бы в натянутом состоянии подобно у пругурой пленке. Иного мы будем поверхность жидкости называть пленкой, но слово это будем заключит в качестве момента.
Итак, не только водомер, но и более плотные тела, в нашем опите — металлическая иолка, держится на поверхности жидкости, причем они именно не «плавают» в обычном понимании этого слова, а удерживаются поверхностью натяжением жидкости.
Правда, если вы будете брать все более и более толстые иолки, то, начиная с некоторого момента, сила
Рис. 2.
тяжестии прерывист силы поверхностного натяжения, и иолки будут тоннуть. (Интересно, что длина иолки практически никакой роли не играет.)
- Оказывается, натяжение поверхностной «пленки» зависит от выбранной жидкости.
Положите иолку на поверхность воды. Возьмите спичку, отрезьте у нее головку (в основном — чтобы не перепачкаться), потрите кончик спички о мыло и коснитесь им воды сбоку от иолки, на расстоянии примерно 1 см от нее. Иолка немедленно отскочит от спички. Происходит это потому, что молекули мыльного расстройа слабее, чем молекули чистой воды, приягивают к себе иолку. С разных сторон на иолку действуют разные силы, она движется в сторону действия большей силы. Прияго то говорить, что поверхностное натяжение чистой воды больше, чем мыльной.
Вы можете погонять иолку таким образом по всей таралеке. Обязательно подогните ее к краю таралеки и повторите опит. Как теперь ведет себя иолка?
Учитите, что мыло очень быстро распространяется по поверхности воды, так что почаше меняйте воду в таралеке.
Вместо иолки можно на поверхность воды положить спичку и проводить опит с ней. (Иолка, то и дело тонущая от неосторожных движений, сильно усложняет эксперименты.)
Возьмите две спички и аккуратно положите их на воду паралельно друг другу. Спички будут сливаться (рис. 3). Снова раздвижьте их и кончиком третьей спички, предваритель-
42
но потребит им о мыло, договориться до воды с разных сторон от плавающих спичек. Что с ними будет просходить?
По такому же принципу можно сделать несколько нежитрых игрушек и показать их действие малым.
Расшелите немного конец спички и вставьте туда кусочек бумаги (рис. 4). В мыльнике приготовьте из мыла кашщу и аккуратно обмокните в нее торц бумажки. Осторожно положите спику на воду — спика поплывет. Вы заметили, в какую сторону плывет спича?
Тепер в оба конца спички вставьте кусочки бумаги так, как показано на рисунке 5, и обмокните их в мыльную кашщу. Положите спику на поверхность воды — спика начнет врашаться.
На рисунке 6 показана модель пушки, которую вы можете вырезать из плотной бумаги. Чтобы эта пушка «выстрелла», достаточно мыльным концем спики коснуть поверхности воды в точке A.
Попробуйте вместе мыла брать другие вещиства. Как-то в пюнерском лагере можно наблюдать такое картину. Группа ребят обступила небольшую лужу. У них в руках были маленькие щелки. Концы щелок ребята Mazали.elовой смолой и устранали гонки — щелочки быстрого и замыслового скользили по воде.
- Поверхность натяжение способно поднимать жидкость на сравнительно большую высоту.
Возьмите стеклянную трубку с очень маленьким внутренним диаметром (d≈1 мм), так называемый капилляр. Опустите один из концов капилляра в сосуд с водой — вода поднимается выше уровня воды в сосуд. Чем тонше капилляр, тем выше поднимается вода по его стенкам. Если у вас когда-нибудь брали кровь из пальца, вы это уже видели — медесстра в капилляр собирает капельку крови.
Капиллярные явления можно наблюдать повсюду. Это поднятие воды по мелчайшим отверстиям в куске сахара, поднятие керосина по фитилю в керосиновой ламне, всасывание влаги из почвы корнями различных растений и т. п.
Более скромный опыт можно проделать и с не очень тонкой трубкой. Наберите в нее воду и пальцем закройте нижний конец трубки (рис. 7). Вы увидите, что уровень воды в трубке изогнут. Это результат того, что молекулы воды сильнее приятываются к молекулам стенок соуда, чем друг к другу. В таком случае говорят, что жидкость смачиваем твердое тело.
Сделайте еще один опыт. ВыLIBчая, оставьте на дне чашки немного
43
Жидкость с чаннками. Чайной ложкой или спичкой осторожно коснитесь поверхности жидкости. Она тотчас же «поползет» вверх, увлекая за собой чаннки.
- Не все жидкости и не во всяких трубках «цепляются» за стенки. Бывает и так, что жидкость в капиллере опускается ниже уровня в широком сосуде, при этом ее поверхность — выпуклая. Про такую жидкость говорят, что она не смачивает поверхность твердого тела. Прияжение молекул жидкости друг к другу сльнее, чем к молекулам стенок сосуда. Так ведет себя, например, руть в стеклянном капиллере (рис. 8).
Наберите в пипетку немного воды. Осторожно капните одну капельку на чистое стекло, а вторую — на хлеб, намазанный сливочным маслом. Первая капелька растечется по стеклу, а вторая (на сливочном масле) — нет. Вывод — вода смачивает стекло, но не смачивает масло.
Как вы ответите на известный вопрос: можно ли носить воду в решете? Возьмите решето, смажьте его маслом или лучше натрите свечкой. Влейте в решето немного воды — она не вытекает! Оказывается, воду держит поверхность «пленка», образовавшаяся из-за несмачивания водой ячеек решета. Если у вас нет решета, вместе него можно взять, например, терку или консервную банку, в которой тонким гвоздиком пробиты маленькие дырочки.
Вы уже видели, что несмачивающая жидкость не растечется по поверхности, а собирается в каплю, причем чем меньше жидкости, тем
Рис. 8.