Вперше цей повчальний досвід провів бельгійський фізик Плато. Тут описаний досвід Плато в його класичному вигляді. Набагато легше і не менш повчально провести його в іншому вигляді. Маленький стакан споліскують водою, наповнюють оливковою олією і ставлять на дно великої склянки; в останній наливають обережно стільки спирту, щоб маленький стакан був весь в нього занурений. Потім по стінці великої склянки з ложечки обережно доливають потроху воду. Поверхня масла в маленькій склянці стає опуклою; ви-
Мал. 56. Спрощення досвіду Плато. пуклость поступово зростає, і при достатній кількості підлита води піднімається зі склянки, утворюючи кулю досить значних розмірів, що висить всередині
суміші спирту і води (рис. 56) 4).
Через брак спирту можна виконати цей досвід з аніліном - рідиною, яка при звичайній температурі важча за воду, а при 75-85 ° C легше її. Нагріваючи воду, ми можемо, отже, змусити анілін плавати всередині неї, причому він приймає форму великий кулястої краплі. При кімнатній тем-
пературі крапля аніліну врівноважується в розчині солі 5).
Зараз ми говорили про те, що рідина, звільнена від дії сили тяжіння, приймає свою природну форму - кулясту. Якщо згадаєте сказане раніше про невагомості падаючого тіла і приймете до уваги, що на самому початку падіння можна знехтувати нікчемним опором повітря *). то зрозумієте, що падаючі краплі рідини також повинні приймати форму куль. І дійсно: падаючі краплі дощу мають форму кульок. Дробинки - не що інше, як застиглі краплі розплавленого свинцю, який при заводському способі виготовлення змушують падати краплями з великої висоти у воду; при цьому вони тверднуть в формі абсолютно правильних кульок.
Так відлита дріб називається «баштового», тому що при литві її змушують падати з вершини високої «дроболітейной» башти (рис. 57). Вежі дроболітейного заводу - металевої конструкції і досягають у висоту 45 м; у верхній частині розташовується ливарне приміщення з плавильними котлами, внизу - бак з водою. Відлита дріб підлягає ще сортуванні й обробці. Крапля розплавленого свинцю застигає в дробинку ще у
Мал. 57. Вежа дроболітейного заводу.
*) Дощові краплі опускаються равноускоренно тільки на самому початку падіння; зазвичай за час порядку 1 секунди встановлюється рівномірний рух (див. статтю «Швидкість дощових крапель» в моїй «Цікавої механіці») 6).
час падіння; бак з водою потрібен лише для того, щоб пом'якшити удар дробинки при падінні і запобігти спотворення її кулястої форми. (Дріб діаметром більше 6 мм, так звана картеч, виготовляється інакше: вирубкою з дроту шматочків, потім обкатують.)
«Глибокий» келих
Ви налили води в келих до країв. Він сповнений. Біля келиха лежать шпильки. Може бути, для однієї-двох шпильок ще знайдеться місце в келиху? Спробуйте.
Почніть кидати шпильки і вважайте їх. Кидати треба обачно: дбайливо занурюйте вістря в воду і потім обережно випускайте шпильку з руки, без поштовху або тиску, щоб струсом НЕ розплескати воду. Одна, дві, три шпильки впали на дно
- рівень води залишився незмінним. Десять, двадцять, тридцять шпильок. Рідина не виливається. П'ятдесят, шістдесят, сімдесят. Ціла сотня шпильок лежить на дні, а вода з келиха все ще не виливається (рис. 58).
Не тільки не виливається, але навіть і не піднялася скільки-небудь помітним чином над краями. Продовжуйте додавати шпильки. Друга, третя, четверта сотня шпильок виявилася в посудині - і жодна крапля НЕ перелилася через край; але тепер вже видно, як поверхня води здулася, підносячись трохи над краями келиха. У цьому здутті вся раз-
гадка незрозумілого явища. Вода погано змочує Рис. 58. Вражаючий досвід з булав- скло, якщо воно хоча б трохи забруднене жиром;
ками в келиху води.
краю ж келиха - як і вся вживається нами посуд - неминуче покривається слідами жиру від дотику пальців. Чи не змочуючи країв, вода, що витісняється шпильками з келиха, утворює опуклість. Здуття незначно на око, але якщо дасте собі працю обчислити об'єм однієї шпильки і порівняйте його з обсягом тієї опуклості, яка утворилася над краями келиха, ви переконаєтеся, що перший обсяг у сотні разів менше другого, і тому в «повному» келиху може знайтися місце ще для кількох сотень шпильок. Чим ширше посуд, тим більше шпильок вона здатна вмістити, тому що тим більше обсяг здуття.
Зробимо для ясності приблизний підрахунок. Довжина шпильки - близько 25 мм, товщина її - 0,5 мм. Обсяг такого циліндра неважко обчислити за відомою формулою геометрії (π D 2 h / 4); він дорівнює 5 куб. мм. Разом з головкою обсяг шпильки не перевищує 5,5 куб. мм.
Тепер підрахуємо обсяг водяного шару, що підноситься над краями келиха. При діаметрі келиха 9 см = 90 мм площа кола дорівнює близько 6400 кв. мм. Вважаючи, що товщина піднявся шару тільки 1 мм, маємо для його обсягу 6400 куб. мм; це більше обсягу шпильки в 1200 разів. Іншими словами, «повний» келих води може прийняти ще понад тисячу шпильок! І дійсно, обережно опускаючи шпильки, можна занурити їх цілу тисячу, так що для очей вони немов займуть весь посудину і будуть навіть виступати над його краями, а вода все-таки ще не буде виливатися.
Цікава особливість гасу
Кому доводилося мати справу з гасової лампою, той, ймовірно, знайомий з прикрими несподіванками, зумовленими однією особливістю гасу. Ви наповнюєте резервуар, витираєте його зовні насухо, а через годину знаходите його знову мокрим.
Справа в тому, що ви недостатньо щільно загвинтили пальник і гас, прагнучи розтектися по склу, виповз на зовнішню поверхню резервуара. Якщо бажаєте захистити себе від подібних «сюрпризів», ви повинні можливо щільніше загвинчувати пальник *).
Ця повзучість гасу вельми неприємним чином відчувається на судах, машини яких споживають гас (або нафту). На подібних судах, якщо не вжито заходів, позитивно неможливо перевозити ніякі товари, крім тих же гасу або нафти, тому що рідини ці, вилазячи з баків через непомітні свердловини, розтікаються не тільки по металевій поверхні самих баків, але проникають рішуче всюди, навіть в одяг пасажирів, повідомляючи всім предметам свій незнищенний запах. Спроби боротися з цим злом залишаються часто безрезультатними.
Англійська гуморист Джером не надто перебільшував, коли в повісті «Троє в одному човні» розповідав про гасі наступне:
«Я не знаю речовини, більш здатного проникати всюди, ніж гас. Ми тримали його на носі човна, а він звідти проник на інший кінець, просочивши своїм запахом все, що попадалося йому на шляху. Просочуючись крізь обшивку, він капав в воду, псував повітря і небо, отруював життя. Іноді гасовий вітер дув із заходу, іноді зі сходу, а іноді це був північний гасовий вітер або, може бути, південний, але, прилітав він зі снігової Арктики або зароджувався в пісках пустелі, він завжди досягав нас, насичений ароматом гасу. Вечорами ці пахощі знищувало принадність заходу, а промені місяця позитивно випромінювали гас. Прив'язавши човен біля мосту, ми пішли прогулятися по місту, але жахливий запах переслідував нас. Здавалося, все місто було їм просочений ».
Насправді, звичайно, просякнуте було їм лише плаття мандрівників. Здатність гасу змочувати зовнішню поверхню резервуарів подала привід до неправильного думку, ніби гас може проникати крізь метали
Копійка, яка в воді не тоне
Така копійка існує не тільки в казці, а й в дійсності. Ви переконаєтеся в цьому, якщо зробите кілька легко здійсненних дослідів. Почнемо з більш дрібних предметів - з голок. Здається неможливим змусити сталеву голку плавати на поверхні води, а тим часом це не так важко зробити. Покладіть на поверхню води клаптик цигаркового паперу 8). а на нього - зовсім суху голку. Тепер залишається тільки обережно видалити цигарковий папір з-під голки. Робиться це так: озброївшись іншою голкою або шпилькою, злегка занурюють краю клаптика в воду, поступово підходячи до середини, коли клаптик весь намокне, він впаде на дно, голка ж буде продовжувати пла-
*) Але, загвинчуючи пальник наглухо, не забудьте простежити за тим, щоб резервуар ні налитий по самі вінця: гас при нагріванні розширюється досить значно (він збільшується в об'ємі на десяту частку при підвищенні температури на 100 ° С), і, щоб резервуар не луснув, необхідно залишити місце для розширення 7).
Мал. 59. Голка, плаваюча на воді. Вгорі - розріз голки (2 мм товщини) і точна форма поглиблення на воді.
вать (рис. 59). За допомогою магніту, подносімая до стінок склянки (на рівні води), ви можете навіть керувати рухом цієї плаваючою голки.
При певній вправності можна обійтися і без цигаркового паперу: захопивши, голку пальцями посередині, упустите її в горизонтальному положенні з невеликої висоти на поверхню води.
Замість голки можна змусити плавати шпильку (те й інше - не товще 2 мм), легку гудзик, дрібні плоскі металеві предмети. Призвичаївшись в цьому, спробуйте змусити плавати і копійку 9).
Причина плавання цих металевих предметів та, що вода погано змочує метал, який побував в наших руках і тому покритий найтоншим шаром жиру.
Тому навколо плаваючою голки на поверхні води утворюється вдавленості, її можна навіть бачити. Поверхнева плівка рідини, прагнучи розпрямитися, тисне вгору на голку і тим підтримує її. Підтримує голку також і виштовхує сила рідини: відповідно до закону плавання голка виштовхується знизу з силою, рівною вазі витісненої нею води 10).
Всього простіше домогтися плавання голки, якщо змастити її маслом; таку голку можна прямо класти на поверхню води, і вона не потоне.
Вода в решеті
Виявляється, що і носити воду в решеті можливо не тільки в казці. Знання фізики допоможе виконати таке класично невоз-
Можна справу. Для цього треба взяти дротове решето з не дуже дрібними осередками (близько 1 мм) і занурити його сітку в розтоплений парафін; потім вийняти решето з парафіну: дріт виявиться покритої тонким шаром парафіну, ледь помітним для очей.
Решето залишилося решетом - в ньому є наскрізні отвори, через які вільно проходить шпилька, - але тепер ви можете, в буквальному сенсі слова, носити в ньому воду. В такому решеті утримується досить високий шар води, не проливаючись крізь осередки; треба тільки обережно налити воду і оберігати решето від поштовхів.
Чому ж вода не проливається? Тому що, чи не змочуючи парафін, вона утворює в осередках решета тонку плівку, звернену опуклістю вниз, яка і утримує воду (рис. 60).
Таке парафінованих решето можна покласти на воду, і воно буде триматися на ній. Значить, можливо не тільки носити воду в решеті, але і плавати на ньому.
Цей парадоксальний досвід пояснює ряд звичайних явищ, до яких ми надто звикли, щоб замислюватися про їх причини. Смоління бочок і човнів, змазування салом пробок і втулок, фарбування олійною фарбою і взагалі покриття маслянистими речовинами всіх тих предметів, які ми хочемо зробити непроникними для води, а також і прорезініваніе тканин -