Текст книги "Мыльные пузыри"
Автор книги: Чарльз Бойс
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 8 страниц)
ПРАКТИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Я надеюсь, что эти практические указания принесут пользу тем, кто захочет сам повторить описанные уже опыты.
Большая капля в резиновой перепонке
Кусок резины приблизительно такой толщины, как у резиновых воздушных шаров до их наполнения газом, нужно натянуть на деревянное или металлическое кольцо в 40–50 сантиметров диаметром и тщательно укрепить по краю при помощи нескольких оборотов проволоки. Проволока лучше будет удерживать края резиновой перепонки, если в кольце сделан желобок. Этот опыт в меньшем масштабе не удается.
Выскакивающий поплавок
Приготовить его нетрудно, взяв легкий стеклянный шарик сантиметров в 5 диаметром, например шарик из посеребренного стекла, какие употребляются в качестве елочных украшений, или же шарик пипетки, которым я пользовался. Надо пропустить через отверстия шарика проволоку толщиной около 1–2 миллиметров и прочно и непроницаемо для воды укрепить ее в этих отверстиях с помощью сургуча. На расстоянии 3–5 сантиметров от шарика к проволоке припаивается или, если это окажется слишком трудным, привязывается, или прикрепляется с помощью сургуча тонкая плоская проволочная сетка. Затем к нижнему концу привешивается кусок свинца, с которого соскабливается слой за слоем, пока сетка будет задерживаться поверхностным слоем воды. Указанные размеры и материалы не имеют существенного значения и могут быть заменены другими[8]8
Стеклянный шарик можно заменить пробкой, сквозь которую продевается проволока. – Ред.
[Закрыть].
Парафинированное сито
Надо взять кусок довольно густой медной сетки, у которой на протяжении сантиметра помещается около 8—10 проволок, и вырезать из нее круг около 20 сантиметров в диаметре[9]9
Можно и значительно меньше.
[Закрыть]. Эта сетка накладывается на основание цилиндрического куска дерева (или стакана) так, чтобы края ее выступали кругом на 2–3 сантиметра. Затем следует осторожно прижимать сетку кругом руками, придерживая ее вместе с тем плотно на основании цилиндра, пока весь край не будет отогнут по всему протяжению. Это нетрудно сделать, потому что проволока без труда поддается искривлению. Затем для того, чтобы сделать края полученного таким образом решета твердыми, нужно их обернуть по краю несколькими оборотами толстой проволоки. Эта проволока припаивается к сетке, но можно ограничиться и тщательным обматыванием.
Некоторое количество парафина или несколько парафиновых свечей лучшего качества расплавляется в чистой мелкой тарелке, но не на огне, что не безопасно, а на горячей плите. Когда парафин расплавится и станет прозрачным, как вода, в тарелку опускают приготовленную сетку и, когда она прогреется, быстро вынимают и одним или двумя ударами о стол стряхивают парафин, чтобы отверстия остались открытыми. Сито оставляют остыть в перевернутом виде, причем нужно тщательно оберегать его, чтобы парафин не был поцарапан или стерт. Лучше всего положить его в шкап таким образом, чтобы стекающий парафин не запачкал полки шкапа.
Наполнить такое сито водой или пустить его плавать по воде уже не представляет труда.
Тонкие трубки и капиллярность
Следует приобрести в специальном магазине химическое стекло или в аптекарском магазине стеклянные трубки толщиной с гусиное перо. Если трубка слишком длинна, ее следует разрезать, что делается так: положив трубку на стол, на ней делают надрез трехгранным напильником; затем, взяв крепко трубку обеими руками близ сделанной царапины, – ее разламывают по направлению от себя, производя при этом растягивающее действие. Этим способом даже довольно толстые трубки разламываются ровно и легко. Чтобы изготовить из такой трубки более узкую, среднюю часть ее вносят в широкое и плоское пламя газового рожка или спиртовки. Трубку все время поворачивают для равномерности нагревания, пока она, наконец, не станет настолько мягкой, что ее трудно будет поддерживать в прямом виде. В этот момент трубку нетрудно согнуть под любым углом, но, если ее желательно растянуть, тогда ее оставляют еще на некоторое время в пламени, пока покрывающая среднюю ее часть копоть не потрескается и не сойдет. Затем трубка быстро вынимается, и оба конца ее растягиваются в противоположные стороны, причем из средней части образуется длинная узкая трубка. Ее можно сделать и тоньше и толще, регулируя пламя и способ растягивания; впрочем, никакие указания не дадут в этом деле так много, как самый небольшой практический опыт. Не следует ускорять охлаждение трубок дутьем, а тем более смачивать их. Чем уже трубки, тем выше поднимается в них чистая вода. Для подкрашивания воды нельзя пользоваться обыкновенными акварельными красками, так как они не растворяются в воде и засоряют трубки. Нужно взять небольшое количество вполне растворимой синей анилиновой краски. Полезно прибавить к ней немного уксуса.
Капиллярное поднятие воды между двумя пластинками
Для этого опыта берутся две чистые стеклянные пластинки в виде квадратов с ребром примерно в 8—12 сантиметров. Пластинки должны быть совершенно чисты и хорошо смочены. Мыть их можно мылом и горячей водой.
Слезы вина
Их легко наблюдать в стакане, наполовину наполненном портвейном. Портвейн можно заменить смесью из 2–3 частей воды и 1 части винного спирта, подкрашенного очень небольшим количеством розанилина, красной анилиновой краски очень красивого цвета[10]10
Можно подкрасить также фуксином, метиленовой синью или другой анилиновой краской – Ред.
[Закрыть]. На большой винный стакан достаточно крупинки краски величиной с горчичное зерно. Стенки стакана надо смочить вином или смесью.
Шарики жидкости
Чтобы не плавить золото для получения шариков жидкости, можно брызнуть водой на поверхность стола, густо посыпанную ликоподием или каким-нибудь другим порошком, или налить на гладкую поверхность стола с небольшой высоты немного ртути: тогда легко наблюдать различие в форме маленьких шариков и крупных капель. Еще лучше это различие можно обнаружить, воспользовавшись увеличительным стеклом. С ртутью следует обращаться осторожно, не давая ей касаться золотых и серебряных вещей.
Опыт Плато
Чтобы воспроизвести этот опыт, требуется много тщательности и труда. Нужно влить в чистую бутылку столовую ложку прованского масла и налить на него смесь девяти частей, по объему, винного спирта (не древесного спирта, который примешивается в числе прочих веществ к винному спирту для денатурирования его) и семи частей воды. Надо встряхнуть смесь и дать маслу осесть в течение суток. Этой смесью спирта и воды наполняется стакан, а затем с помощью топкой стеклянной трубки, опускаемой на половину глубины жидкости, в нее вводится очень небольшое количество воды. Вследствие этого нижняя половина жидкости станет несколько тяжелее. Далее, в масло погружается трубка, небольшое количество масла захватывается путем закрывания верхнего конца трубки пальцем и осторожно переносится в стакан. Если масло падает на дно, в нижнюю часть стакана, надо прибавить несколько больше воды. Если же случится, что масло совсем не опускается, тогда в верхнюю часть стакана надо прибавить спирту. В конце концов можно достичь того, что масло будет плавать как раз посредине стакана. После этого можно прибавить еще некоторое количество масла, тщательно наблюдая за тем, чтобы оно не касалось стенок стакана. Если жидкость в нижней половине стакана будет лишь немного тяжелее, а в верхней лишь немного легче, чем масло, тогда довольно большая капля его будет иметь почти совершенно шарообразную форму. Если на нее смотреть через боковые стенки стакана, она не будет казаться шарообразной, так как вследствие кривизны стенок изображение капли будет увеличено в горизонтальном направлении. Вполне круглую форму она будет иметь при рассмотрении сверху или снизу, через дно стакана, в чем можно убедиться, поместив в жидкости, как раз над маслом, соответственных размеров монету.
Для того чтобы мы могли наблюдать истинную форму капли, сосуд должен либо сам быть шарообразной формы, либо же стенки его обязательно должны быть плоскими.
Вращение капли масла и отрывание колец не имеют существенного значения для этого опыта. Впрочем, если читатель сумеет укрепить кружок размером с трехкопеечную монету на прямой проволоке и привести эту систему во вращение без толчков, тогда он увидит отрывание кольца, которое при внезапной остановке вращения или сольется опять с большой каплей, или разобьется на три или четыре маленьких шарика совершенной формы. Прежде чем опускать кружок в смесь спирта с водой, его надо смазать маслом.
Другие жидкости
Я не рекомендую применять сероуглерод из-за его дурного запаха и огнеопасности. Гораздо удобнее пользоваться ортотолуидином. Эта жидкость вполне отвечает нашей цели, за исключением образования кольца при вращении[11]11
Удобно пользоваться анилином в растворе поваренной соли. Анилин можно заменить керосином с примесью хлороформа или нитробензола. Подробности об этом см. в книге А. Б. Млодзеевского «Демонстрации по молекулярной физике». – Ред.
[Закрыть]. Для этого более вязкое масло, которым впервые воспользовался Плато, более пригодно, чем какая-либо иная жидкость.
Хорошая смесь для мыльных пузырей
Мыльные пузыри из обыкновенной мыльной воды держатся недостаточно долго для многих из описанных опытов, хотя они иногда и удаются. Плато прибавлял к мыльной воде глицерин, который в сильной мере повышает устойчивость пузырей. При этом глицерин должен быть совершенно чист, и обыкновенный глицерин не вполне пригоден. Для приготовления мыльного раствора нужно брать дистиллированную воду, но если ее трудно получить, то можно воспользоваться и чистой дождевой водой, в особенности с черепичных крыш. Конечно, при собирании дождевой воды надо выжидать, когда дождь смоет сначала всю грязь с крыш. И, наконец, если нет свежей дождевой воды, можно взять прокипяченную и охлажденную воду. Лучшую смесь можно приготовить следующим образом. Чистая, хорошо закупоривающаяся бутылка наполняется на три четверти своего объема водой. В нее всыпается одна сороковая часть по весу олеиновокислого натра, который почти целиком будет плавать на поверхности. Все это оставляется на сутки, пока олеиновокислый натр не растворится. Остающаяся свободной часть бутылки почти целиком заполняется совершенно чистым глицерином[12]12
Плотность его должна быть около 1,23. – Ред.
[Закрыть], и бутылка сильно встряхивается, или жидкость переливается в другую чистую бутылку и обратно, и так повторяется несколько раз. Затем бутылка закупоривается и ставится примерно на неделю в темное место. После этого чистую жидкость без пены, которая собирается в верхней части бутылки, переливают в другой сосуд при помощи сифона, представляющего собой изогнутую трубку, одно колено которой, помещаемое внутрь бутылки, короче другого – наружного. Сюда прибавляют две или три капли концентрированного аммиака на каждый литр жидкости. Жидкость сохраняется в хорошо закупоренной бутыли в темном месте. Эту бутыль не следует открывать каждый раз, когда выдуваются пузыри, а надо отлить часть жидкости в маленькую бутылку для частого расходования. Никогда не следует оставшуюся жидкость вливать обратно в большую бутыль. При приготовлении раствора не следует ни нагревать, ни фильтровать его. И то и другое испортит его. Никогда бутылка не должна оставаться открытой и жидкость подвергаться действию воздуха дольше, чем это необходимо. Такая жидкость оказывается еще вполне хорошей после десяти лет сохранения. Я дал такие подробные указания потому, что именно этим способом мне удалось получить самый лучший раствор.
Так как не всегда можно достать чистый олеиновокислый натр, то, может быть, кто-нибудь пожелает изготовить олеиновокислый натр самостоятельно. Вот способ, любезно указанный мне Декгэмом: «Чистую олеиновую кислоту лучше всего можно получить из сала, которое почти не содержит какой– либо иной менее насыщенной кислоты, чем олеиновая, омылением его едким кали, осаждением мыльного раствора уксуснокислым свинцом и извлечением безводной свинцовой соли эфиром. Растворенная свинцовая соль разлагается хлористоводородной кислотой под эфиром, освободившаяся кислота растворяется в аммиаке, и раствор осаждается хлористым барием. Затем бариевую соль высушивают, кипятят в горячем алкоголе и предоставляют соли кристаллизоваться из горячего раствора. Кристаллизованная соль разлагается или крепкой минеральной кислотой, или винной кислотой. Так обыкновенно и поступают при получении чистой олеиновой кислоты для приготовления „чистого“ олеиновокислого натра, но для точных химических работ необходимо удалить остающиеся следы твердых кислот, что достигается превращением полученного продукта в хлороиодистый препарат и кристаллизацией из органического растворителя. Твердые кислоты остаются в растворе, и олеиновая кислота может быть получена из хлороиодистого препарата нагреванием с анилином»[13]13
Приготовление олеиновокислого натра из продажной олеиновой кислоты описано в книге А. Б. Млодзеевского «Демонстрации по молекулярной физике». – Ред.
[Закрыть].
Я хочу только добавить к этому, что олеиновокислый свинец или раствор его в эфире, пролитый нечаянно на руки и не смытый сейчас же, может вызвать тяжелое отравление свинцом.
Кольца для пузырей
Их можно изготовить из любой проволоки. Я пользовался луженой железной проволокой диаметром приблизительно в один миллиметр. Место соединения концов должно быть гладко спаяно без утолщения. Если спаивание концов представляет затруднение, нужно взять по возможности тонкую проволоку, однако, настолько жесткую, чтобы она была способна поддерживать пузырь, и соединить ее концы, закрутив один около другого два или три раза. Удобны кольца от 5 до 8 сантиметров диаметром. Лучший материал для легких колец – это тонкая алюминиевая проволока диаметром с тонкую булавку (около миллиметра); так как алюминий спаять трудно, концы проволоки закручиваются один около другого. Если нет под рукой алюминия, можно взять очень тонкую, почти с волос толщиной (около 1/5 миллиметра), медную проволоку или проволоку из другого металла. Прежде чем помещать на кольцо пузырь, кольцо необходимо смочить мыльным раствором, а после опытов хорошо вымыть и высушить.
Нитки и петли в кольце
Эти опыты не представляют труда. Кольцо с свободно привязанной поперек ниткой погружается в мыльный раствор или же поверх кольца проводят куском бумаги, целлулоида или резины, обильно смоченными мыльным раствором. Смоченная мыльным раствором игла может служить для того, чтобы показать свободное передвижение нитки внутри пленки. Для разрывания пленки пригодна та же игла, слегка нагретая на пламени свечи, или кусок пропускной бумаги.
Задувание свечи мыльным пузырем
Для этого пузырь надо выдувать на расширенном конце короткой толстой трубки. Можно воспользоваться для этой цели обыкновенной стеклянной воронкой.
Равновесие двух мыльных пузырей
Эти опыты лучше всего удаются в небольшом масштабе. Для составления прибора пригодны куски тонкой латунной трубки около сантиметра диаметром. Хорошо иметь особый приборчик, снабженный кранами для быстрого впускания или выпускания воздуха из пузырей и для того, чтобы приводить в сообщение два пузыря, когда это понадобится. Нетрудно осуществить этот опыт, пользуясь соединительными резиновыми трубками с зажимами вместо кранов[14]14
Можно выдувать пузыри на маленьких стеклянных воронках (диаметр 3–4 сантиметра), соединенных стеклянными трубками и кусками резиновой трубки с зажимами. – Ред.
[Закрыть]. Здесь надо указать еще на одну подробность, от которой зависит успех или неудача опыта. Это применение стеклянного мундштука с тонко оттянутым концом, чтобы можно было точно регулировать впуск воздуха и не вдуть его случайно больше, чем это необходимо. Иначе представляется очень трудным ввести как раз необходимое количество воздуха в подобные маленькие пузыри. При уравновешивании сферического и цилиндрического пузырей короткий кусок трубки, через которую вводится воздух, должен быть устроен таким образом, чтобы его легко было перемещать по отношению к неподвижному отрезку трубки такого же размера, закрытому с противоположного конца (рис. 23). Затем по обоим концам короткой трубки натягивается по мыльной пленке с помощью смоченного в мыльной воде куска бумаги или резины, но конец неподвижной трубки не должен быть затянут пленкой. Обе трубки должны находиться близко одна к другой, пока не образуется сферический пузырь. Тогда они постепенно раздвигаются все больше и больше, и внутрь их вдувается воздух так, чтобы стенки цилиндрического пузыря оставались прямыми, пока цилиндрический пузырь не станет достаточно длинным и не приблизится к пределу своей устойчивости. Тогда гораздо легче, чем в случае короткого цилиндра, по изменению его формы определить момент, когда давление сферического пузыря уравновешивается давлением цилиндрического пузыря. Если измерить тень пузырей или их изображение, полученное с помощью линзы на экране, можно будет установить, что шар обладает в точности двойным диаметром по сравнению с диаметром цилиндра.
Водяные капли в парафиновом масле и сероуглероде
Сюда относится все сказанное по поводу опыта Плато. Совершенно шарообразные и большие капли воды можно получить в смеси двух жидкостей, составленной таким образом, чтобы нижняя часть была– чуть-чуть плотнее, а верхняя немного менее плотна, чем вода. Прибавление сероуглерода увеличивает плотность смеси. Сероуглерод – весьма огнеопасная жидкость, обладающая таким отвратительным запахом, что ее лучше не вносить в дом[15]15
В этом отношении удобнее нитробензол. – Ред.
[Закрыть]. Форму висящей капли и способ ее отрывания можно наблюдать при помощи воды и одного только парафинового масла, но опыт удается лучше, когда к парафину прибавлен сероуглерод, вследствие чего вода надает в полученной смеси медленнее. Явление это удобно наблюдать с помощью открытой с обоих концов трубки в 1,5 или 2,5 сантиметра диаметром. Налив некоторое количество подкрашенной синей краской воды в стеклянный сосуд и покрыв ее слоем парафинового масла или парафиновой смеси сантиметров 6—10 толщиной, погрузить в воду стеклянную трубку, закрыв сначала верхнее отверстие большим пальцем или ладонью. По удалении руки вода устремится в трубку. Снова закройте верхнее отверстие, как прежде, и поднимите трубку, пока нижний конец ее не будет достаточно высоко над водой, оставаясь еще погруженным в парафин. Тогда в трубку очень медленно впускают воздух, едва-едва сдвигая палец с верхнего отверстия. Вода будет медленно вытекать, образуя большую нарастающую каплю, величина которой перед отрыванием будет зависеть от плотности жидкости и от размеров трубки.
Чтобы получить водяной цилиндр в парафине, нужно наполнить трубку водой, как прежде, но на этот раз следует верхний конец трубки оставить открытым. Затем, когда все успокоится, трубка быстрым движением в направлении ее длины вытаскивается прочь, и тогда увлеченная ею вода повиснет на несколько мгновений в парафине в форме цилиндра. Затем она будет разбиваться на отдельные шары и притом, если была взята широкая трубка, настолько медленно, что весь процесс можно наблюдать невооруженным глазом. Толщина слоя парафина должна как раз в десять раз превосходить диаметр трубки.
Для получения пузырей воды в парафине трубка погружается в воду с открытым все время верхним концом, так что трубка в большей своей части окажется наполненной парафином. Затем она на короткое время закрывается и поднимается, пока ее конец не окажется совершенно вне воды. Если теперь, осторожно поднимая трубку, медленно впускать в нее воздух, образуются водяные пузыри, наполненные парафином, которые можно отделить от трубки, как и мыльные пузыри, соответствующим резким боковым движением трубки.
Если в парафине внутри трубки плавает несколько водяных капель, а этого нетрудно достичь, тогда внутри полученных пузырей может оказаться несколько других капель или даже несколько других пузырей. Очень небольшое количество сероуглерода, впущенного осторожно по стенкам трубки, образует тяжелый слой на поверхности воды, на котором будут плавать эти сложные пузыри.
Цилиндрические пузыри воды в парафине можно получить, погружая трубку в воду и быстро вытаскивая ее оттуда, причем верхний конец ее все время остается открытым. Эти цилиндрические пузыри разбиваются затем на сферические пузыри совершенно так же, как жидкий цилиндр разбивается на шары жидкости. Как и прежде, удобнее ортотолуидин и вода или соленая вода, чем смесь – сероуглерод и вода[16]16
Удобнее не утяжелять воду примесью сероуглерода, но уменьшать разницу в плотностях двух жидкостей прибавлением к воде спирта (денатурата); смесь можно подкрашивать анилиновыми красками или чернилами. Хорошо получаются также капли чистой воды в вазелиновом масле. – Ред.
[Закрыть].
Капельки жидкости на паутинных нитях
Их можно обнаружить на нитях паутины всех ткущих паутину пауков. Хорошую паутину можно найти в изобилии на открытом воздухе осенью или же в оранжереях в течение почти целого года. Чтобы удобнее было рассматривать эти капельки, берется какое-либо плоское кольцо или кусок картона с отверстием. Поверхность кольца или картона смазывается небольшим количеством крепкого клея. Затем выбирается свежесработанная паутина, и через нее проводят кольцом или картоном так, чтобы некоторые нити ее, но не из центральной части, приклеились к кольцу и оказались натянутыми поперек отверстия. Шарики жидкости слишком малы, чтобы их можно было видеть простым глазом. Сильное увеличительное стекло или слабый микроскоп покажут нам эти капельки жидкости в их удивительной правильности. На паутине молодых пауков они расположены не с такой правильностью, как у вполне взрослых экземпляров.
Подобные красивые бисеринки легко видеть простым глазом на нитях паутины ранним осенним утром, но это не продукт труда паука, а просто капельки росы. Они в совершенном виде воспроизводят шарообразную форму маленьких капель воды.
