Мыльные пузыри и эфир
Воздух внутри пузыря находится под давлением, производимым вследствие упругости и кривизны пленки пузыря. Если бы дать возможность воздуху проходить через стенку пузыря, то пузырь, конечно, скоро лопнул бы, как это и происходило, когда мы привешивали к пузырю кольцо и перепонку внутри кольца разрывали. Но в пузыре ведь нет отверстий, а потому вы можете ожидать, что газ, подобно воздуху, не будет проходить через стенки пузыря. Тем не менее в действительности газы могут медленно проникать через стенки пузыря, а если производить опыт с некоторыми парами, то проникают они гораздо быстрее, чем мы могли бы предположить.
Эфир образует очень тяжелый и легко воспламеняющийся пар. Этот пар может почти мгновенно проходить сквозь стенки пузыря. Правда, это выражение не вполне точно: в действительности пар сгущается на наружной стороне оболочки и снова испаряется на внутренней ее стороне. На пропускную бумагу, брошенную на дно стеклянного колокола, я наливаю немного эфира, и колокол вскоре заполняется тяжелым паром эфира. Вы можете убедиться, что в колоколе что-то есть, но не простым глазом, так как колокол кажется пустым, а при рассматривании его тени на экране. Я осторожно наклоняю сосуд, и вы видите, как что-то выливается из него. Это и есть пар эфира. Нетрудно убедиться, что он тяжел; достаточно выдуть пузырь и сбросить его в колокол: как только пузырь коснется пара, он перестанет падать и будет плавать по поверхности, подобно пробке на поверхности воды (рис. 50).
Рис. 50.
Теперь исследуем пузырь и посмотрим, не проник ли пар внутрь пузыря. Я вынимаю его из колокола при помощи проволочного кольца и подношу его к огню: пузырь тотчас же вспыхивает. Этого, однако, недостаточно для доказательства того, что пар проник внутрь пузыря, потому что он мог сгуститься в достаточном количестве на поверхности пузыря и сделать его воспламеняемым. Вы припоминаете (см. стр. 24), что, когда я наливал пар эфира на поверхность воды, он сгущался на ней и в такой степени ослаблял силу поверхностного натяжения, что позволял проволочной сетке легко проходить через верхний слой воды. Чтобы проверить правильность первоначального объяснения, поступим иначе. Я выдуваю пузырь с помощью воронки и на короткое время опускаю его в пар эфира. Вынимаем пузырь из сосуда, и вы замечаете, что он висит подобно тяжелой капле; он утратил свою прежнюю правильную шарообразную форму, и кажется, что пар нашел себе путь внутрь пузыря. Удостовериться в этом мы можем, поднеся огонь к узкому концу воронки: пар вспыхивает и, выталкиваемый упругостью стенок пузыря, горит языком в двенадцать или пятнадцать сантиметров длиной (рис. 51).
Рис. 51.
Вы могли также подметить, что, когда я вынул пузырь, пар стал выходить из пузыря наружу и падать тяжелым потоком. Конечно, это можно заметить, только рассматривая тень пузыря на экране.
Опыты с мыльными пузырями
Вы, вероятно, заметили, что когда я производил опыты с каплями масла в смеси спирта с водой, то капли, сталкиваясь одна с другой, не сливались сразу. Они нажимали одна на другую и расходились, если их предоставляли самим себе, подобно тому как это происходило с каплями воды в фонтане, фотографический снимок которого я вам показывал. Вы, может быть, подметили также, что капли воды в керосиновой (или парафиновой) смеси отскакивали одна от другой или, если они были наполнены керосином, образовывали пузыри, в которых плавали другие маленькие капельки, состоящие из воды. Во всех этих случаях между каплями оставался тонкий слой какого-нибудь вещества, который они не в состоянии были продавить. В одном случае это была вода, в другом — керосин, в третьем — воздух, смотря по обстоятельствам.
Окажутся ли и мыльные пузыри не способными продавить находящийся между ними слой воздуха, если их прижать друг к другу? Вы можете испробовать это дома так же хорошо, как и я здесь, однако, я сейчас произведу этот опыт. Я выдуваю два пузыря, и вот, когда я нажимаю одним на другой, они не сливаются и остаются раздельными (рис. 52).
Рис. 52.
Теперь я помещаю пузырь на кольцо, достаточно большое, чтобы через него мог пройти пузырь. Тут у меня в руке другое кольцо с плоской пленкой, полученной из пузыря после того, как у него был разорван один бок. Надавливая осторожно на пузырь плоской пленкой, я могу заставить пузырь пройти на другую сторону (рис. 53), и все же пленка и пузырь не сливаются.
Рис. 53.
Пузырь можно проталкивать таким образом вверх и вниз много раз.
Теперь я выдуваю новый пузырь и подвешиваю его к кольцу. К этому пузырю я могу привесить другое кольцо из тонкой проволоки; я ввожу внутрь пузыря конец трубки и выдуваю второй пузырь, оставляя его внутри первого. Он медленно падает и останавливается только тогда, когда дойдет до стенок наружного пузыря; он не будет лежать на дне наружного пузыря, так как тяжелое кольцо оттягивает эту часть сильно вниз, а будет касаться его несколько выше по круговой линии (рис. 54).
Рис. 54.
Теперь я могу при помощи трубки удалить тяжелые капли жидкости с нижних частей пузырей и придать им чистый и гладкий вид по всей поверхности. Оттягивая кольцо вниз, я сжимаю внутренний пузырь и придаю ему форму яйца (рис. 55), или же я могу, слегка поворачивая кольцо, легким боковым движением оторвать его от пузыря.
Рис. 55.
Тогда оба пузыря принимают совершенно правильную шарообразную форму (рис. 56).
Рис. 56.
Я могу вытянуть воздух из внешнего пузыря до такой степени, что вы едва ли будете в состоянии видеть промежуток между двумя пузырями. Затем я вдуваю воздух во внешний пузырь, и чем сильнее я дую, тем очевиднее, что оба пузыря в действительности вовсе не сливаются друг с другом; внутренний пузырь вращается кругом около центра внешнего пузыря, и, когда последний в конце концов лопается, внутренний пузырь летит прочь, нисколько не пострадав от такого необычного обращения.
Есть очень красивое видоизменение предыдущего опыта, требующее, однако, небольшого количества зеленого красящего вещества, флуоресцеина или, лучше, уранина, которое растворяют в мыльной воде, в другом сосуде. Тогда можно выдуть внешний пузырь из чистой мыльной воды, а внутренний пузырь из окрашенной. Если теперь посмотреть на пузыри при обыкновенном свете, вы едва ли обнаружите между ними разницу; но, если направить на них солнечный свет или электрический свет дуговой лампы, лучше всего сконцентрированный при помощи линзы, то внутренний пузырь будет переливаться зеленым цветом, тогда как наружный останется прозрачным, как прежде. Они не сливаются совершенно, и хотя кажется, что внутренний пузырь покоится на внешнем, в действительности между ними остается тонкая прослойка воздуха.
Вы знаете, что светильный газ легче воздуха, а потому мыльный пузырь, выдутый струей светильного газа и предоставленный самому себе, сразу же взлетает к потолку. Выдуем с помощью светильного газа пузырь и поместим его на кольце. Сразу же видно, что он стремится вверх. Будем вводить в него понемногу газ и обратим внимание на красивые формы, которые он принимает. Это все те же кривые поверхности. Их образует и падающая из трубки капля воды, с тем только различием, что здесь они обращены вверх. Прочность оболочки сейчас едва сдерживает стремление пузыря вверх, и вот он отрывается совершенно так же как это происходило с каплей воды.
Поместим на кольце выдутый с помощью воздуха пузырь, внутри него выдуем другой пузырь, наполненный смесью воздуха с газом. Он всплывает вверх и располагается у верхнего конца внешнего пузыря (рис. 57).
Рис. 57.
Затем начнем впускать понемногу светильный газ во внешний пузырь, пока окружающий газ не приобретет такую же плотность, какой обладает смесь во внутреннем пузыре. Теперь он уже не располагается у верхушки большого пузыря, а опускается и держится в центре его совершенно подобно тому, как плавала капля масла в смеси спирта с водой (рис. 58).
Рис. 58.
Убедиться в том, что внутренний пузырь действительно легче воздуха, очень нетрудно: стоит только разорвать внешний пузырь, и тогда внутренний пузырь быстро поднимется к потолку.
Вместо того чтобы помещать пузырь на тяжелое неподвижное кольцо, я выдую теперь пузырь на легком кольце, сделанном из очень тонкой проволоки. В этом пузыре содержится только воздух. Выдуем теперь внутри этого пузыря другой с помощью светильного газа; второй пузырь устремится вверх и будет давить на верхнюю часть внешнего пузыря с такой силой, что поднимет его вместе с проволочным кольцом, одним метром нитки и привязанным к ней кусочком бумаги (рис. 59); при этом, несмотря на то, что тянет вверх всю эту установку один только внутренний пузырь, между двумя пузырями настоящего, тесного соприкосновения нет вовсе.
Рис. 59.
Есть другое видоизменение этого опыта (рис. 60).
Рис. 60.
На проволочном кольце, которое у меня в одной руке, я выдуваю большой пузырь, а внутри него другой, маленький пузырь с газом. Затем другим кольцом, в другой руке, я прикасаюсь к большому пузырю подальше от того места, где внутренний пузырь прилегает к внешнему. Наконец, я растягиваю внешний пузырь в цилиндрическую трубку. Теперь можно перекатывать маленький пузырь по стенкам цилиндрического пузыря. Если маленький пузырь близок по величине к кольцам, то, растягивая несколько трубку, легко задержать внутренний пузырь в нижней половине трубки, а потом, когда вздумается, отпустить его. Если прослойка воздуха между ним и стенками трубки очень тонка, тогда он будет очень медленно всползать вверх, так как воздух верхней части трубки, чтобы пропустить сюда пузырь, должен перейти в нижний конец трубки через узкую кольцевую щель, остающуюся между внутренним пузырем и цилиндрической пленкой, Теперь я выдуваю воздушный пузырь на неподвижном кольце и ввожу проволоку с кольцом на конце. На этом внутреннем кольце я выдуваю новый воздушный пузырь. Следующий затем пузырь будет выдут с помощью светильного газа и помещен внутри двух других. Он поднимается к верхней части второго пузыря. Второй пузырь я делаю несколько легче, вдувая в него немного газа, а внешний пузырь еще сильнее раздуваю воздухом. Теперь я могу удалить внутреннее кольцо, оставляя два внутренних пузыря свободными внутри большого внешнего пузыря (рис. 61).