Текст книги "Мыльные пузыри"
Автор книги: Чарльз Бойс
сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 8 страниц)
Фотографирование водяных струй
Фотографические снимки этого рода легко производятся по способу, описанному Чичестером Беллем. Вспышка света производится короткой искрой от нескольких лейденских банок Фонтан или водяная струя должны находиться на расстоянии около полутора метров от искры, а водяная струя насколько возможно ближе к фотографической пластинке. Фотографический снимок тени струи получается при этих условиях настолько хорошим, что даже при рассматривании через сильную лупу изображение оказывается резким. Для этой цели годятся любые быстро действующие фотографические пластинки. Конечно, в комнате во время установки пластинки и производства снимка должна быть полная темнота. Правильное разбивание струи на капельки может быть вызвано почти любым звуком. Прямая струя, изображенная на рис. 40 увеличенной в три или четыре раза, была разбита на правильные капельки путем простого свиста при помощи ключа. Разбивание струи фонтана на правильные капли было произведено путем прикрепления к выходной трубке деревянной палки, которая другим концом упиралась в подставку камертона. Звучание камертона поддерживалось при помощи электромагнитного прибора. Можно воспользоваться, хотя это и не так удобно, обыкновенным камертоном, который во время звучания должен касаться деревянной поддержки трубки фонтана.
Струя лучше всего разбивается при определенных нотах, но она может быть настроена и на более широкий диапазон изменением величины отверстия или давления воды, или того и другого вместе.
Фонтан и палочка сургуча
Почти невозможно обойти молчанием этот поразительный и все-таки простой опыт. Фонтан почти любого размера, с диаметром гладкой части от двух до шести миллиметров и около двух метров высотой, перестает разбиваться на ряд капель, когда на расстоянии около метра от него держат потертую фланелью палочку сургуча. Подходящий размер фонтана – это около одного с небольшим метра высоты с отверстием около одного миллиметра диаметром.
Выходная трубка должна быть поставлена таким образом, чтобы фонтан падал слегка наклонно. Сургуч электризуется трением о рукав, кусок меха или сухую фланель. Тогда он приобретает способность притягивать кусочки бумаги и пробки, но он продолжает еще действовать на фонтан, когда прекращается всякое видимое воздействие на кусочки бумаги и даже на чувствительные золотые листочки электроскопа.
Отскакивание водяных струй друг от друга
Этот красивый эксперимент требует небольшого упражнения для получения удовлетворительных результатов. Берется стеклянная трубка с просветом с гусиное перо и очень слабо растягивается (см. заметку о тонких трубках и капиллярности), так чтобы получилась шейка в три миллиметра диаметром в наиболее узкой части. Трубка разламывается как раз в этой части после того, как здесь производится царапина напильником. Каждая из полученных трубок при помощи резиновой трубки или иначе соединяется с резервуаром воды, и резиновые трубки сдавливаются винтовыми зажимами, пока не получатся две совершенно одинаковые водяные струи. Обе выходные трубки направляются таким образом, чтобы струи касались своими гладкими частями под очень малым углом. Тогда они в течение короткого времени будут отскакивать друг от друга не сливаясь. Если в воздухе много пыли, если вода не чиста или если вдоль трубки увлекаются пузырьки воздуха, тогда обе струи сливаются одна с другой сразу. При установке, которой я пользовался для проектирования на экране, обе трубки были почти горизонтальны, одна располагалась выше другой на один сантиметр, и обе они были едва-едва сходящимися. В своих положениях они были закреплены с помощью сургуча. Резиновыми трубками эти выходные трубки соединялись с резервуарами воды, расположенными сантиметров на пятнадцать выше, и винтовые зажимы служили для регулирования притока воды. Один из сосудов с водой был установлен на трех кусках сургуча, чтобы изолировать его в электрическом отношении, и соответственная выводная трубка поддерживалась исключительно сургучом. Вода в сосудах была предварительно профильтрована и в одном из них окрашена в синий цвет. При этих предосторожностях струи остаются раздельными довольно продолжительное время, но сразу же сливаются, если на расстоянии около двух метров от них поместить палочку наэлектризованного сургуча. Их можно снова разделить, вводя палец в воду близ одного из отверстий и отклоняя соответствующую струю; по удалении пальца струи начинают снова отскакивать одна от другой, как прежде. Это слияние и разделение могут чередоваться до десяти или двенадцати раз в минуту.
Фонтан в перемежающемся свете
Это явление с успехом может быть показано большому количеству людей сразу, если пользоваться электрическим дуговым светом. Но прибегать к этому свету нет необходимости, если показывать эволюцию капли каждому зрителю отдельно. Тогда нужно только поместить бьющий фонтан на ярком фоне, таком, например, как небо, разбить струю на капли при помощи камертона или другим музыкальным звуком, как было описано, и затем смотреть на него через картонный диск, разделенный на равных расстояниях у его края на участки в 5–8 сантиметров ширины, с отверстиями между каждой парой участков диаметром в одну треть сантиметра. Вполне подходящим является картонный круг в 12 сантиметров диаметром с шестью равноотстоящими отверстиями, удаленными на 1,5 сантиметра от края. Диск приводится тем или иным способом во вполне правильное вращательное движение с такой скоростью, что камертон или натянутая струна, если пользуются ею, кажутся во время колебаний неподвижными или почти неподвижными, если на них смотреть через отверстие. Тогда можно будет видеть отдельные капли и вообще все, что описано на предыдущих страницах, но, кроме того, станет ясным еще и многое другое.
Это один из самых интересных опытов, и стоит потрудиться, чтобы добиться успеха. Картонный диск удобнее всего приводить во вращение при помощи маленького электродвигателя, питающегося током от нескольких аккумуляторов.
Скорость хода регулируется таким образом, чтобы она немного превышала необходимую; тогда желательную скорость легко получить слабым давлением пальца на конец оси.
Поющая водяная струя
Для этих опытов нужно сделать очень маленькое отверстие, в одну треть миллиметра диаметром. Для получения его Белль держал конец стеклянной трубки диаметром с гусиное перо в пламени паяльной трубки и все время вращал его, пока он почти совершенно не заплавился. Затем он внезапно и с силой дунул в трубку[17]17
Можно пользоваться и трубкой с тонко оттянутым концом. – Ред.
[Закрыть]. Из нескольких изготовленных таким образом трубок, наверное, хоть одна окажется пригодной. Рэлей обыкновенно приготовлял трубочки, прикрепляя к концу стеклянной или металлической трубки кусочек тонкого листка металла, в котором проделано отверстие требуемой величины, например кусочек свинца с отверстием, сделанным сломанной иголкой. Для получения надлежащего давления воды резервуар поднимают на высоту около четырех с половиной метров. Вода должна быть совершенно чиста и свободна от пыли и пузырьков воздуха. Этого можно достичь, пропуская ее через трубку, набитую фланелью, ватой или каким-либо иным фильтровальным материалом. Между фильтром и выводной трубкой должна находиться хорошая черная каучуковая трубка с внутренним диаметром около одной трети сантиметра и длиной около одного метра. Лучше брать воду не прямо от водопровода, а из резервуара, расположенного на высоте четырех с половиной метров. Если нет подходящей цистерны, можно просто воспользоваться ведром, поставленным вверху лестницы, с трубкой, доходящей донизу. Это имеет то преимущество, что высоту резервуара над выходным отверстием в случае надобности легко регулировать.
Устройство остальных частей аппарата очень просто. Нужно только натянуть и привязать вокруг конца трубки, около полутора сантиметров диаметром, кусок тонкой резиновой перепонки. Трубка, стеклянная или металлическая, может быть или укреплена на тяжелой подставке, тогда к ней может быть присоединена боковая трубка, или же она может быть открыта с обоих концов и удерживаться зажимом. Полезно приставить к открытому концу картонный рупор (рис. 46), если необходимо усилить звук, чтобы его могли одновременно слышать много людей. Сам же экспериментатор, чтобы улавливать слабые звуки, может провести от открытого конца к своему уху гладкую резиновую трубку в один или полтора сантиметра диаметром. При этом такие звуки, как тиканье часов, могут достигать оглушительной силы.
Пузыри и эфир
Эти опыты также нужно производить с большой осторожностью, потому что эфир, подобно сероуглероду, легко воспламеняется. Бутылку с эфиром никогда не следует подносить близко к огню. Если пролить большое количество эфира, то тяжелые пары могут потечь по полу и достичь огня даже на другом конце комнаты. Наполнить сосуд парами эфира можно, наливая его на кусок пропускной бумаги, лежащий на уровне края сосуда. Для сосуда в четыре– пять литров требуется очень небольшое количество эфира, примерно половина винного стакана. При неспокойном воздухе пары рассеиваются очень быстро. Пустить пузырь плавать на поверхности тяжелого пара нетрудно. Через пять или десять секунд его можно удалить при помощи маленького легкого кольца с рукояткой, причем кольцо должно быть предварительно смочено мыльным раствором, но на нем не должно быть мыльной пленки. Если поднести такой пузырь к пламени, поставленному на близком расстоянии, он сразу вспыхнет. Если пламя свечи находится достаточно высоко над сосудом с эфиром, то без особого риска свечу можно ставить и не далеко от сосуда. Чтобы показать горение пара эфира, можно воспользоваться той же широкой трубкой или ворсинкой, которая применялась для задувания свечи мыльным пузырем. Грушевидная форма отягченного парами эфира пузыря после десяти– или пятнадцатисекундного пребывания его в эфире хорошо видна по удалении пузыря с поверхности пара эфира, но, чтобы заметить вытекающий из него пар, нужно при помощи сильного источника света отбросить тень его на экран.
Опыты с внутренними пузырями
При этих опытах наряду с хорошим раствором важнейшее значение имеет трубка. Обыкновенная трубка для этой цели не пригодна. В качестве мундштука подходящей будет стеклянная трубка около 8 миллиметров диаметром. Если пользоваться только такой трубкой, согнутой близ конца под прямым углом, то накопляющаяся влага будет время от времени стекать на пузырь, который, конечно, будет лопаться. Сам я изготовил для себя трубку, изображенную на рис. 71 в половину своей величины, и я не думаю, чтобы ее можно было еще усовершенствовать.
Рис 71.
Кто не умеет выдувать из стекла необходимые приборы, тот может сделать себе подобную трубку с помощью пробок, как показано на рис. 72.
Рис. 72.
Она тоже хороша, но не так красива и удобна.
При сталкивании двух пузырей, чтобы показать, что между ними нет действительного касания, надо избегать соприкосновения одного пузыря с кольцом, или висящей каплей жидкости, или вообще с какой-нибудь выступающей частью другого, что может разрушить оба пузыря. Сила удара имеет предел, который укажет нам собственный опыт.
При продавливании пузыря сквозь кольцо, меньшее чем он сам, с помощью натянутой на другое кольцо мыльной пленки важно, чтобы пузырь был не слишком велик, хотя величина его все же может превысить наши ожидания. Заставить пузырь перейти вверх уже труднее из-за висящей внизу его капельки жидкости, которую не так легко удалить совершенно.
Чтобы выдуть один пузырь внутри другого, сначала нужно выдуть на нижней стороне горизонтального кольца пузырь величиной с апельсин. Затем к этому пузырю надо подвесить легкое проволочное кольцо, чтобы слегка изменить его форму. Для этой цели алюминиевые кольца слишком легки, поэтому нужно или взять кольцо из более тяжелого металла, или к рукоятке кольца прикрепить маленький груз. Кольцо должно быть настолько тяжелым, чтобы стороны пузыря составляли тридцать или сорок градусов с вертикальной линией, где они встречают кольцо, как показано на рис. 54. Смоченный конец трубки вводится внутрь через вершину пузыря, пока он не проникнет приблизительно на полтора сантиметра. Теперь внутри можно выдуть другой пузырь любого желаемого размера. При вынимании трубки медленное движение может испортить все дело, потому что оно будет приподнимать внутренний пузырь, пока он не встретится с наружным пузырем в одном и том же месте трубки. Это приведет пузыри в действительное соприкосновение. С другой стороны, резкое движение почти наверное вызовет слишком сильное нарушение равновесия. Быстрое и короткое движение – вот и все, что требуется. Рекомендуется, прежде чем пропускать трубку через нижнее кольцо, чтобы коснуться внутреннего пузыря и убрать с него тяжелую каплю, придержать кольцо другой рукой. Излишняя жидкость стекает тогда с обоих пузырей одновременно. При этом надо позаботиться, чтобы внутренний пузырь не касался кольца, а кроме того, чтобы трубка не проходила через ту область пузырей, где они очень близко подходят друг к другу. Чтобы удалить нижнее кольцо, нужно несколько оттянуть его, а затем слегка наклонить. Тогда оно начнет отделяться более легко, но в этот момент надо приподнять кольцо, чтобы его отделение не произошло слишком быстро, иначе последний толчок, когда пузырь покидает нижнее кольцо, может оказаться слишком сильным и пузыри не в состоянии будут ему противостоять.
Пузыри, окрашенные флуоресцеином или уранином, не обнаруживают своей великолепной флуоресценции, пока на них не будет сконцентрирован солнечный или электрический свет при помощи линзы или зеркала. Количество необходимой краски так ничтожно, что мы всегда рискуем взять больше, чем нужно. Приблизительно, краски, взятой на кончике перочинного ножа в одну треть сантиметра длиной, достаточно для винного стакана мыльного раствора. Если взять слишком много краски, флуоресценция ослабевает и очень быстро исчезает совершенно. Наилучшее количество можно найти в несколько минут путем опыта.
Для выдувания мыльных пузырей, содержащих светильный газ, или воздух, или смесь того и другого удобнее всего взять Т-образную трубку, один из коротких концов которой при помощи резиновой трубки соединяется с трубкой для выдувания мыльных пузырей, длинное вертикальное колено соединяется с длинной резиновой трубкой с внутренним диаметром в одну треть сантиметра, доходящей до пола; дальше она тем или иным способом может быть присоединена к газопроводной трубке. Приостанавливать струю газа можно или зажиманием резиновой трубки левой рукой, если она свободна, или наступая на нее ногой, если обе руки заняты. Тем временем воздух вдувается через короткое колено, которое может быть закрыто языком, если необходим впуск одного только газа. Этот конец трубки должен быть расширен в горячем виде при помощи быстрого вдвигания в нее ненасеченного конца холодного напильника и одновременного поворачивания его. Это нужно для того, чтобы легче было держать трубку зубами, не опасаясь выскальзывания ее.
Если нельзя достать легкой Т-образной трубки или достаточно длинной трубки, тогда нужно вынуть трубку для выдувания пузырей изо рта и надеть на нее резиновую трубку, когда понадобится заменить воздух газом. Это делает манипуляции более трудными, но таким образом могут быть произведены все опыты, за исключением опыта с тремя пузырями.
Во всех случаях для выдувания внутреннего пузыря трубку надо подвести к высшей точке внешнего пузыря. Если ее вводить горизонтально через боковую стенку, тогда внутренний пузырь наверное лопнет. Если внутренний пузырь будет выдуваться газом, то он скоро обнаружит стремление подниматься. Тогда трубку нужно наклонить таким образом, чтобы внутренний пузырь не мог всползти по ней и коснуться внешнего пузыря в месте вхождения трубки.
Внутренний пузырь после раздувания можно оставить в покое у вершины внешнего пузыря. Если желательно, после того как трубка была вынута, ввести еще воздух или газ во внутренний или внешний пузырь, то не рекомендуется, снова введя трубку, сразу приступать к дутью; пленка, которая при введении трубки образуется на ее конце, вероятно, превратится в третий пузырь, и он при данных обстоятельствах почти наверное помешает опыту. Быстрое и короткое всасывание втягивает эту пленку в трубку и разрывает ее, а тогда можно без всякого риска вдувать воздух или газ.
Если этот опыт производится на легком кольце, к которому привязываются нитка и бумага, левая рука будет занята поддерживанием этого кольца, а тогда впуск газа нужно регулировать ногой или попросить об этом помощника. Легкое кольцо должно иметь около пяти сантиметров в диаметре. Когда внутренний пузырь начинает поднимать кольцо, можно, держа в руке бумагу, осторожным толчком заставить оба пузыря покинуть кольцо и подняться в воздух, причем один будет внутри другого. Для этой цели бумагу надо привязать к самому маленькому кольцу. С кольцом более крупных размеров того же результата можно достичь, наклоняя кольцо и таким образом позволяя внешнему пузырю отделяться или помещая отверстие трубки у кольца и выдувая третий пузырь в действительном соприкосновении с кольцом и с наружным пузырем. Это облегчает процесс освобождения пузырей.
Выдуть три пузыря так, чтобы один находился внутри двух других, уже более трудно. Следующий способ представляется мне довольно надежным. Сначала выдувается на кольце пузырь величиной с большой апельсин. Затем берется маленькое кольцо сантиметра в три диаметром, с прямой проволокой в виде рукоятки, отходящей вниз от одного края, и после смачивания в растворе осторожно вводится через неподвижное кольцо так, чтобы малое кольцо оказалось внутри пузыря. Теперь во внешний пузырь, или пузырь № 1, вводят трубку, свежесмоченную раствором, пока она не окажется как раз у малого кольца, и начинают выдувать пузырь № 2. Это надо делать, приблизив трубку почти вплотную к внутреннему кольцу, так как пленка на этом кольце разрушила бы пузырь по достижении им известной величины. Трубка вынимается, снова погружается в жидкость и вводится во внутренний пузырь, причем принимаются предосторожности, чтобы два пузыря не соприкоснулись где-нибудь друг с другом. Затем выдувается большой газовый пузырь, который может касаться вершины № 2, в то время как он увеличивается в размерах. № 2 в свою очередь может без вреда для всего сооружения покоиться у вершины № 1. Трубку удаляют осторожными движениями вниз из № 3, не выпуская одновременно газа, а затем вводится немного газа в № 2, чтобы сделать его легче и в то же время уменьшить давление между № 2 и № 3. Теперь малое кольцо может быть отделено от № 2 и удалено совершенно. Но если выполнение этой операции представит затруднение, тогда трубка вынимается из № 2 и в № 1 вдувается воздух для увеличения его, что облегчит этот процесс. После этого трубка удаляется из № 1. Теперь у нас получатся три пузыря, один внутри другого. При выдувании у неподвижного кольца четвертого пузыря, как было описано выше, пузырь № 1 освобождается, и все три пузыря летят вверх. Во время отделения пузырь № 1 можно перенести на легкое свободное кольцо, к которому привязан кусок бумаги, и т. д. Наше описание кажется очень сложным, но небольшое упражнение покажет, что все эти опыты не так уж трудны.
Пузыри и электричество
Эти опыты оказываются самыми трудными из всех. Укажем на следующие подробности для предупреждения неудачи. К одному из кондов пары проволок, около пятнадцати сантиметров длиной в прямой части, приделывается по кольцу. На расстоянии трех сантиметров с противоположной от колец стороны проволоки сгибаются под прямым углом. Эти концы вставляются в два отверстия, просверленные вертикально в каком-нибудь непроводнике, как эбонит, на расстоянии 5 или 10 сантиметров друг от друга. Благодаря такому устройству оба кольца получаются горизонтальными на одном уровне и могут быть сближены или раздвинуты. Раздвинем их на несколько сантиметров и выдуем над или под каждым по пузырю, стараясь придать им почти одинаковые размеры. Затем будем сближать кольца до того момента, когда пузыри как раз лишь коснутся друг друга. Хотя их можно ударять друг о друга и они не будут соединяться, все же они не будут долго оставаться в этом положении, так как выпуклые поверхности могут легко выдавить разделяющий их воздух. Эбонит не должен быть совершенно сухим и теплым, потому что тогда он, наверное, будет наэлектризован, а это помешает опыту. Его, однако, нельзя смачивать, потому что он станет тогда проводником, и палочка сургуча не произведет никакого действия. Если его применяли в качестве подставки для колец в некоторых предыдущих опытах, то он, вероятно, покрыт брызгами от лопавшихся пузырей и не может быть в хорошем состоянии.
Под рукой наготове должен быть кусок сургуча, завернутый в один или два слоя сухой фланели или меха. Если сургуч наэлектризован очень сильно, он окажется слишком мощным и при поднесении к пузырям заставит их разрушить друг друга. Достаточно слабой электризации, тогда, в тот момент, когда будем приближать сургуч к пузырям, пузыри сольются. Сургуч можно так близко поднести к пузырю, внутри которого находится другой, что они будут оттягиваться в сторону, но при этом внутренний пузырь будет защищен от действий электричества внешним пузырем, как экраном. Не следует подносить сургуч очень близко, так как в этом случае пузырь может притянуться настолько сильно, что коснется палочки и лопнет. Смачивание сургуча сделает последующую электризацию его весьма ненадежной. При этом опыте не следует удалять висящие капли у обоих пузырей, так как их вес, по-видимому, придает пузырям бóльшую устойчивость; с наружного пузыря капля может быть удалена, и, если он не слишком велик, процесс электрического слияния внешних пузырей без повреждения внутреннего может быть повторен много раз. Мне удалось однажды соединить друг за другом восемь или девять отдельных пузырей с одним и тем же внешним пузырем одной из пар, пока последний не стал настолько малоподвижным, что дальнейшее соединение стало невозможным.
Указания относительно обращения с фонарями выходят за пределы моей задачи. Замечу только, что в то время, как малые пузыри удобно проектировать на экран с помощью линзы, от больших пузырей, описанных в последней беседе, может быть лишь отброшена тень. При этом конденсирующие стекла удаляются и пользуются одним только источником света. Вольтову дугу следует предпочесть другим источникам, так как тени получаются при ней более резкими и окраска пузырей более яркой. Обыкновенная лампа, даже большой силы, не годится, так как не дает резких теней.
Эти указания, я надеюсь, будут полезны для тех, у кого нет достаточного навыка и кто хотел бы воспроизвести эти опыты для собственного удовольствия. Как ни излишни покажутся, может быть, вам эти подробности, однако, несмотря на мои старания предусмотреть все возможные трудности, вам не раз придется пожалеть, что этих подробностей слишком мало.
