Рис. 61.
Многократное отражение света от поверхностей пузырей, дивные переливы цветов, красота и совершенство их форм представляют такую великолепную картину блеска и симметрии, равную которой трудно создать каким-либо другим путем. Мне остается теперь лишь выдуть четвертый пузырь в действительном соприкосновении с внешним пузырем и кольцом, чтобы дать возможность внешнему пузырю оторваться от кольца и всплыть вверх вместе с двумя другими пузырями внутри.
Пузыри и электричество
Мы видели, что пузыри и капли во многих отношениях ведут себя одинаковым образом. Посмотрим, не будет ли и электричество производить на пузыри то же действие, какое оно производило на капли. Вы помните, какое действие оказывал кусок наэлектризованного сургуча на фонтанную струю. Когда две капли сталкивались, они, вместо того чтобы отскакивать, сливались в одну. Вот здесь, на этих двух кольцах, у нас два пузыря, которые как бы прилегают друг к другу, но в действительности не соприкасаются (рис. 62).
Рис. 62.
В тот момент, когда я вынимаю палочку сургуча, они, как вы видите, соединяются и образуют один пузырь (рис. 63).
Рис. 63.
Не имея под руками ничего, кроме двух мыльных пузырей, можно обнаружить присутствие даже самого ничтожного количества электричества совершенно так же, как и при помощи водяных струй.
Как известно, внутри проводника электричества невозможно подметить влияние наружного электричества, как бы много его ни было или как бы близко вы ни подходили к поверхности проводника. Возьмем теперь два пузыря, один в другом, как это было изображено на рис. 51, и поднесем поближе к ним наэлектризованную палочку сургуча. Внешний пузырь представляет собой проводник, поэтому внутри него не будет заметно никакого действия электричества. Убедиться в этом легко. Пузыри остаются разделенными, хотя вы поднесли палочку сургуча так близко, что она оттягивает пузыри в сторону, и хотя оба пузыря так плотно прилегают друг к другу, что промежутка между ними вы не можете обнаружить. Будь здесь внутри хотя бы малейшее электрическое влияние, проникающее на глубину всего одной четырехтысячной доли миллиметра, оба пузыря сейчас же слились бы в один.
Вот еще один опыт, представляющий собой комбинацию двух последних и превосходно показывающий различие между внутренним и внешним пузырями. Здесь у меня третий пузырь, прилегающий к боковой стенке внешнего из тех двух пузырей, которыми я только что пользовался. В тот момент, когда я вытаскиваю палочку сургуча, два внешних пузыря сливаются, тогда, как внутренний пузырь остается нетронутым, и тяжелое кольцо скользит вниз, к основанию образовавшегося теперь единственного внешнего пузыря (рис. 64).
Рис. 64.
Мыльный пузырь
Мы хорошо знакомы с мыльными пузырями с самого раннего детства, и потому-то возможность их существования кажется нам чем-то само собой разумеющимся. Поэтому большинству из нас не приходит в голову задуматься над вопросом, почему возможно выдуть мыльный пузырь. А между тем уяснить себе возможность существования таких предметов гораздо труднее, чем понять все те явления, которые я показывал вам и которые относятся к их свойствам и форме. Когда кто-нибудь уяснил себе, что поверхность жидкости обладает натяжением, что она ведет себя подобно растянутой упругой перепонке, тогда объяснить существование мыльного пузыря кажется делом очень легким. Представляется естественным, что мыльный пузырь можно выдуть из мыльного раствора потому, что «перепонка» этого раствора очень прочна. В действительности же это совсем неверно. Чистая вода, из которой нельзя выдуть пузырь в воздухе и которая не образует даже пены, обладает «перепонкой», или поверхностным натяжением, в три раза большим, чем мыльный раствор, что подтверждается обычными способами, например, наблюдением поднятия жидкостей в капиллярных трубках. Даже в присутствии ничтожного количества мыла поверхностное натяжение воды падает с величины 7,7 миллиграмма на линейный миллиметр до 3 миллиграммов, как вычислил Плато из опытов над пузырями. Жидкость эта поднимается в капиллярной трубке лишь немного больше, чем на одну треть высоты поднятия воды. Мыльная пленка обладает двумя поверхностями, с натяжением каждая в три миллиграмма на один миллиметр, следовательно, растягивается с силой около шести миллиграммов на один миллиметр. Многие жидкости образуют пену, но не годятся для выдувания пузырей. Рэлей показал, что чистая жидкость не дает пены, тогда как смесь двух чистых жидкостей, например спирта и воды, образует пену. От чего бы ни зависело свойство жидкости давать пену, оно должно быть хорошо развито, чтобы из нее можно было выдувать пузыри. Я не раз говорил о натяжении мыльной пленки, как о величине постоянной, и это почти верно. Однако, профессор Виллард Гиббс показал, что это натяжение не может быть повсюду совершенно одинаковым. Рассмотрим, например, какой-нибудь большой пузырь или для удобства плоскую вертикальную пленку, натянутую на проволочном кольце. Если бы натяжение 6 миллиграммов на один миллиметр действительно было совершенно неизменным во всех частях, тогда средние части пленки, растягиваемые вверх и вниз верхней и нижней частями пленки, в результате не удерживались бы ими вовсе и подобно другим лишенным опоры телам должны были бы падать с ускорением, сообщаемым силой тяжести, как падает выпущенный из рук камень. Однако, ничего подобного нельзя заметить у средней части такой пленки. Она, по-видимому, остается в покое, и если здесь и есть какое-либо движение вниз, то слишком незначительное, чтобы его можно было подметить. Поэтому верхняя часть пленки должна быть натянута сильнее, чем нижняя часть, причем разность должна быть равна весу промежуточной части. Мы переворачиваем кольцо верхней частью вниз, и все же средняя часть пленки не падает. Пузырь поэтому обладает замечательным свойством приспособлять в тесных пределах свое натяжение к нагрузке. Виллард Гиббс считает, что это свойство пленки зависит от того, что вещество на ее поверхности не тождественно с веществом ее толщи. По его мнению, поверхность обогащена веществом, которое уменьшает ее поверхностное натяжение; это вещество при растягивании пленки становится на ее поверхности менее концентрированным, делая пленку более крепкой, а при сокращении концентрируется в пленке, делая ее более слабой. Его собственные слова настолько удачно и ясно излагают дело, что я предпочитаю просто процитировать из его «Термодинамики» относящееся сюда место: «В толстой пленке (в противоположность тонкой пленке) усиление поверхностного натяжения при растягивании, необходимое для поддержания ее устойчивости. связано с избытком мыла (или какого-либо из его компонентов) на поверхности по сравнению с внутренней областью пленки».
Это аналогично действию масла на воду, описанному на стр. 29. Красивый опыт подтвердил теорию «обогащения». Измерив поверхностное натяжение мыльного раствора в течение первой сотой доли секунды его существования, мы найдем, что поверхностное натяжение v него то же самое, что и у воды, так как «обогащение» поверхности не успело еще произойти. В этом опыте жидкость выходит из маленького эллиптического отверстия в тонкой пластинке, закрывающей конец трубки, соединенной с резервуаром, содержащим раствор. Когда жидкость выходит из такого отверстия, как показано на рис. 65, поперечный разрез через струю имеет эллиптическую форму, изображенную внизу. Под влиянием поверхностного натяжения эллипс стремится превратиться в круг, но в момент превращения сечения в круг раз начавшееся движение не может остановиться сразу, и жидкость продолжает движение, пока сечение струи не станет эллиптическим в другом направлении, как показано на рис. 65, b.