Рис. 65.
Этот процесс продолжается с определенной скоростью, зависящей от силы поверхностного натяжения, плотности жидкости и толщины струи. Скорость жидкости зависит в то же время от глубины отверстия под свободной поверхностью, и если условия хорошо подобраны, во время переноса жидкости от а до с эллипс успевает завершить свою полную эволюцию, и это повторяется несколько раз. Если поверхностное натяжение станет меньше, эволюция эта будет совершаться медленнее, и расстояние между узлами а — с — е — g будет больше. При одной и той же высоте уровня жидкости расстояние между узлами как для чистой воды, так и для мыльного раствора сначала то же самое; это показывает, что их поверхностные натяжения вначале одинаковы.
Если же берется спирт, обладающий собственным поверхностным натяжением с самого начала, промежутки между узлами становятся больше, так как поверхностное натяжение относительно уменьшено в большей степени, чем плотность. Происходит то самое поверхностное сгущение, о котором говорил Гиббс.
Следующий опыт также указывает на существование поверхностного сгущения. Выдуем пузырь на горизонтальном кольце с диаметром, немного лишь большим диаметра кольца, и поднесем к верхней части пузыря пробку, смоченную раствором аммиака. Пузырь сейчас же станет отходить от пробки и перебираться на другую сторону кольца, как будто ему неприятен запах аммиака. Если затем поднести пробку к нижней части пузыря, он станет перебираться наверх. Что же происходит здесь в действительности? Аммиак вступает в соединение с некоторыми из составных частей мыла, сгущающимися на поверхности, и таким образом увеличивает натяжение пленки по одну сторону кольца; поэтому эта часть пленки сокращается и гонит пленку на другую сторону, где она не подвергается действию аммиака. Часть пленки, подвергшаяся действию аммиака, становится, кроме того, толще, остальная же тоньше, что видно по цветам, которые в последнем случае бывают более красивы и пестры.
Возвращаясь теперь к мыльной пленке, мы видим, что, какова бы ни была ее форма, верхние части ее натянуты несколько больше, чем нижние, и в случае вертикальной пленки разность равна величине, необходимой для поддержания веса промежуточной пленки. Однако, существует предел, за которым процесс этот уже не будет совершаться, — другими словами, существует предел величины мыльного пузыря. Мне неизвестно, каков этот предел. Я выдувал шарообразные пузыри до шестидесяти восьми сантиметров в диаметре, а другие, без сомнения, выдували пузыри еще больших размеров. Я брал также тонкий шнур в 3 метра длиной, связывал его концы и смачивал петлю в мыльном растворе, не давая ей закручиваться. Держа по пальцу каждой руки в петле, я погружал ее в мыльный раствор, затем вынимал и растягивал, образуя таким способом мыльную пленку в полтора метра длиной. Когда я держал петлю вертикально, пленка не разрывалась, показывая, что полтора метра меньше предельной величины мыльного пузыря даже умеренной толщины. Для тонкого пузыря этот предел отодвигается значительно дальше.
Пузыри не из мыльной воды
Из всех известных материалов, пригодных для выдувания пузырей, наиболее совершенный — раствор мыла в мягкой воде или воде с глицерином. Этот раствор не только легче всего изготовить, но, кроме того, он отличается текучестью и прозрачностью. Однако, пузыри можно выдувать и из иных материалов. Наиболее известный из них — это расплавленная смола, к которой прибавляется небольшое количество (примерно одна десятая, или одна двенадцатая часть) пчелиного воска, гуттаперчи или льняного масла (последнего менее одной двенадцатой). Какова бы ни была смесь, она должна быть расплавлена, тщательно перемешана, и тогда из нее можно выдувать пузыри. Я выдувал из такого материала пузыри с помощью светильного газа. Они поднимались вверх и висели у потолка, но через день или около того они лопались, оставляя после себя в иных случаях больше грязи, чем это допустимо в жилом помещении. Плато, бравший смесь из пяти частей канифоли и одной части гуттаперчи, сплавленных при 150° Цельсия, получал более постоянные результаты. Он погружал в подобную смесь проволочные рамки, описанные на стр. 69–70, например, куб с ребром в пять сантиметров; полученные великолепные фигуры сохранялись в течение двух лет.
Интересные и забавные пузыри можно выдувать при помощи раствора сапонина. Очень небольшое количество сапонина, который бывает в продаже в виде белого порошка, растворяют в воде. Достаточно хороший раствор можно получить, нарезая тонкими пластинками плоды конского каштана и вымачивая их в очень небольшом количестве воды. Слегка желтоватая жидкость, в которой, кроме сапонина, содержатся и другие вещества, достаточно богата сапонином, чтобы из нее можно было выдувать пузыри в семь или десять сантиметров в диаметре. С помощью любого из этих растворов могут быть получены пузыри; необходимо только брать трубку с очень узким каналом, чтобы выдувание не происходило слишком быстро. Когда эти пузыри выдуваются или когда они медленно сокращаются под влиянием собственного натяжения и гонят воздух назад через трубку, тогда они не обнаруживают ничего необычного. Они только кажутся слабыми и нежными, вот и все. Но стоит только из пузыря в два сантиметра или более диаметром высосать через трубку немного воздуха, как сразу выступят заметные особенности. Пузырь этот не может быстро сокращаться и следовать за движением воздуха, как мыльный пузырь; он образует складчатый мешок (рис. 66), который, если оставить его в покое, медленно принимает сферическую форму или же превращается в шар сразу, скачком, если в него снова вдунуть воздух.
Рис. 66.
Это можно повторять много раз, и изменения, особенно если изображение пузыря в увеличенном виде отбросить на экран, кажутся очень занимательными. Если из пузыря вытянуто достаточно воздуха, складчатый пузырь приобретает остроребристую форму, и все же, вдувая воздух, его можно снова превратить в шар. Особенность раствора сапонина заключается в том, что поверхность его близка к твердому состоянию, в то время мак внутренние слои остаются жидкими.
Плато произвел тщательное исследование этого свойства некоторых жидкостей, причем в растворе сапонина оно выступает более резко, чем у какой-либо иной жидкости. Пузыри из раствора сапонина так хрупки и нежны по сравнению с мыльными пузырями, что легко может возникнуть мысль о том, что поверхностное натяжение у них меньше. В действительности же верно обратное.
Рэлей нашел, что, если выдуть два одинаковой величины пузыря, один из мыльной воды, другой из раствора сапонина, с помощью двух соединенных между собой трубок, тогда пузырь из сапонина сокращается и вдувает воздух в мыльный пузырь, показывая этим, что натяжение у пузыря из сапонина больше. Он нашел далее, что для получения равновесия диаметр мыльного пузыря надо уменьшить приблизительно до двух третей диаметра пузыря из сапонина, который, как мы видели, является неустойчивым. Это показывает, что натяжение мыльной пленки составляет около двух третей натяжения пленки сапонина. Для образования пены оказывается весьма подходящим раствор сапонина в тысячекратном по весу количестве воды. Полученная из этого раствора пена имеет то же строение, что и мыльная пена, однако, в течение первых немногих секунд наблюдается заметное различие между ними, особенно если воспользоваться хорошим увеличительным стеклом. Каждый прямоугольный элемент пленки носит цветной рисунок параллельно ее периферии. Вследствие большой твердости пленок светлые цветные пятна не могут передвигаться по ним вверх, а остаются там, где возникли, и принимают прямоугольную форму. Затем, когда соединительная пленка лопается, она оставляет свой след на остающихся пленках. Таким образом на их поверхности остается летопись их существования в виде белых поверхностей и цветных фигур, подобно тому как поперечные борозды на зубе человека рассказывают нам историю неправильностей питания в ранние годы его жизни. Когда пленка лопается, особенно если она имела большую величину, процесс ее разрывания и толчкообразное отступание края разрыва можно проследить глазом, что представляет поразительную противоположность стремительной скорости разрыва у легкоподвижной пленки мыльного раствора.