Это замечание мы легко можем проверить. Есть такая игра: двое тянут за веревку, стараясь перетянуть друг друга, и нетрудно угадать, кто из них сильнее. Пусть теперь спирт и вода поиграют в эту игру. Чтобы лучше видеть воду, я окрасил ее в синий цвет и налил тонким слоем в белый плоский сосуд. Сейчас перепонка на поверхности воды тянет равномерно- по всем направлениям, и мы не замечаем никаких перемен. Если я налью посредине несколько капель спирта, то по одну сторону линии, разделяющей воду и спирт, будет тянуть спирт внутрь, по другую вода — кнаружи, и результат перед вашими глазами. Вода оказалась победительницей: она разбегается по всем направлениям, увлекая с собой некоторое количество спирта, а дно сосуда оказывается сухим (рис. 12).
Рис. 12.
Эта разница в поверхностном натяжении спирта и воды или воды, содержащей в растворе некоторое количество спирта, и представляет собой причину интересного явления, которое можно наблюдать на стенках бокала с крепким вином, например портвейном. Жидкость вползает по стенкам бокала, собирается там в капли, которые падают назад, и так продолжается довольно долго. Это явление было объяснено профессором Джемсом Томсоном следующим образом. Тонкий слой вина, прилегающий к стенкам бокала, соприкасаясь с воздухом, теряет спирт путем испарения значительно быстрее, чем вино в бокале. Вследствие этого вино в тонком слое становится беднее спиртом и богаче водой, чем нижележащие слои, а потому его поверхностная перепонка становится более сильно натянутой. Жидкость этого слоя поднимается вверх, пока ее не накопится столько, что она станет собираться в капли, которые будут стекать обратно, как вы можете видеть это на экране (рис. 13).
Рис. 13.
Известная вам жидкость эфир имеет также перепонку более слабую, чем вода. Очень небольшое количество эфира может произвести на поверхности воды заметное действие. Вот, например, проволочная сетка, которую я незадолго перед этим опустил под воду (рис. 4); поверхностная пленка все еще удерживает ее. Сила всплывания стеклянного шара гонит ее вверх, но этой силы недостаточно, чтобы прорвать водную оболочку. Нальем теперь в стакан несколько капель эфира и наклоним этот стакан над поверхностью воды, чтобы из него стали вытекать пары эфира (осторожнее, чтобы не вылилось ни одной капли жидкости), и что же — сейчас же на поверхности воды сгущается достаточное количество эфира, чтобы ослабить прочность водяной оболочки, и прибор выпрыгивает вверх.
В жизни нам часто приходится иметь дело с явлениями, основанными на различии в натяжении поверхностных оболочек. Если на вашем платье образовалось жирное пятно, то его можно вывести при помощи бензина. Однако, если вы смочите пятно бензилом и станете лить на это место чистый бензин, та результат будет тот, что на вашем платье жирный бензин, у которого поверхностное натяжение больше, смешается с чистым бензином. При этом загрязненный бензин возьмет верх и расползется во все стороны; чем больше вы будете лить бензина, тем шире будет расползаться жирное пятно. Но если вы пойдете правильным путем и сначала образуете вокруг жирного пятна кольцо чистого бензина и потом станете лить на пятно чистый бензин, тогда жирный бензин, стягиваясь от кольца чистого бензина к середине, соберется здесь, и отсюда весь жир можно удалить тряпочкой.
Однажды мне пришлось проделать этот трудный опыт над новым белым сатиновым костюмом, залитым супом из опрокинутой тарелки. Я разложил на земле (на открытом воздухе) несколько чистых тряпок и тщательно расправил поверх них испорченный жирными пятнами костюм. Затем, взяв почти полную бутылку чистого бензина, стал щедро поливать им платье, сначала образуя кольцо вокруг пятен, затем попадая на самые пятна, причем старые тряпки заменял новыми. Повесив костюм, я дал испариться излишку бензина, и в результате на костюме нельзя было открыть и следа пятен.
Между горячим и холодным жиром тоже есть разница, которую вы можете подметить, рассматривая горящую свечу. У самого пламени жир горячее, чем у наружного края свечи. Сила натяжения его поверхностной оболочки меньше, а потому здесь замечается непрерывное движение: горячий жир передвигается по поверхности от светильни к краям свечи, там он опускается и под поверхностью движется обратно, что можно видеть по маленьким пылинкам, плавающим в растопленном стеарине. Благодаря этому свеча сгорает равномерно.
Вам, вероятно, известен способ удаления с костюма жирных пятен стеарина горячим ножом или утюгом и пропускной бумагой.
Здесь происходит явление подобного же рода.
Плавающий на воде кусочек чистой камфары представляет собою другой пример движения, обусловленного изменением в силе натяжения водной оболочки, на которую действует растворяющаяся в воде камфара.
Наиболее удачный результат при опытах с камфарой получается, если взять большой сосуд с совершенно чистой водой и затем, держа камфару над водой, слегка соскабливать ее уголки ножом. Тогда крошечные кусочки камфары, падая на поверхность воды, начнут проявлять поразительную подвижность. Однако, вода должна быть для этого почти совершенно свободной от жира: простого прикосновения пальцем достаточно, чтобы прекратить движение кусочков камфары. Рэлей определил вес масла, «убивающего» камфару на поверхности воды в большой ванне, и нашел этим путем, что, когда слой масла едва достигает толщины в две миллионных миллиметра, камфара «умирает». Если для опыта не найдется достаточно чистого сосуда, то можно удовлетвориться кадкой, в которую стекала дождевая вода и выливалась из нее через края. Придет ли в голову хорошей хозяйке, что вся чистая посуда в действительности покрыта слоем жира, хотя и очень тонким?
Опыт с камфарой может убедить нас, что крошечная капелька масла распространяется почти моментально по поверхности воды в большом сосуде. Сила натяжения поверхностной оболочки чистой воды больше, чем вместе взятые силы натяжения масла в соприкосновении с воздухом и воды в соприкосновении с маслом. Поэтому-то масло распространяется сразу по поверхности воды, принимая те же цвета, как и мыльные пузыри, затем слой масла делается таким тонким, что и цвета пропадают.
Может быть, и всем знакомый, в высшей степени неприятный вкус касторового масла обусловливается его свойством обволакивать всю полость рта; вероятно, и свойство имбирного вина ослаблять этот неприятный вкус зависит от того, что алкоголь вина уменьшает силу поверхностного натяжения слюны во рту, отчего масло уже не проникает во все уголки и складки, а проскальзывает в желательном направлении подобно устрице. Разумеется, вкус вина играет при этом большую роль, но его одного едва ли было бы достаточно, чтобы заглушить неприятный вкус касторового масла.
Почему утихают волны под действием масла?
Помимо свойства распространяться по поверхности воды, масло производит еще одно удивительное действие: оно препятствует образованию зыби под влиянием ветра. Когда волна, каких бы она ни была размеров, движется, ее крутая поверхность, находящаяся впереди гребня, сокращается, в то время как задняя поверхность растягивается. На этой увеличивающейся поверхности слой масла оказывается более тонким, я сила поверхностного натяжения воды здесь будет больше. Напротив, когда поверхность становится меньше, слой масла утолщается и сила натяжения водной оболочки ослабевает. Таким образом, на каждой стороне волны возникают силы, направленные на уничтожение волны. Правда, они мало ощутительны для больших волн, но они влияют тем заметнее, чем меньше волны. Вот почему волнение воды и влияние ветра на водную поверхность так сильно изменяются в присутствии слоя масла. Если кому-либо из вас приходилось продолжительное время плавать на яхте, тот мог наблюдать, как удивительно долго сохраняется гладкое пятно в том месте на поверхности воды, куда вы вылили масло из коробки от сардин.