Мыльные пузыри - Бойс Чарльз Вернон - Страница 12

Рис. 40.

Действие различных нот может быть легко обнаружено, если кто-нибудь пропоет их перед куском дерева, поддерживающим трубочку, через которую бьет фонтан. Я произведу шумы различной высоты, которые для этой цели, пожалуй, лучше музыкальных звуков, и вы видите, что с каждым новым звуком фонтан приобретает иной вид. Многих, вероятно, удивит, каким образом такие ничтожные причины — кусок сургуча, коптящее пламя, масло или более или менее музыкальный шум — могут давать такой загадочный результат, однако, объяснение этого явления не так трудно, как можно было бы ожидать.

Вспомним, чтó я говорил относительно столбика жидкости цилиндрической формы. Если длина его немного больше чем в три раза превосходит диаметр, он не в состоянии сохранять свою форму; если сделать так, чтобы длина его стала значительно превышать его диаметр, он распадется на ряды капель. Теперь, если каким-либо путем образуется ряд шеек на цилиндре с промежутками, меньшими, чем три диаметра, то некоторые из этих перетяжек исчезнут, потому что часть цилиндра, длиной меньше трех диаметров, устойчива. Если перетяжки получатся на расстояниях, приблизительно равных трем диаметрам (случай неустойчивой формы), то шейки с течением времени будут перетягиваться все сильнее, и, наконец, струя разорвется, образуя отдельные капельки. Если же шейки возникнут на расстояниях, удаленных друг от друга более чем в три диаметра, тогда цилиндр также разорвется вследствие сужения этих шеек. Легче всего он разорвется на капли тогда, когда шейки окажутся одна от другой как раз на расстоянии четырех с половиной диаметров. Другими словами, если фонтан будет бить из трубочки, находящейся в полном покое, струя легче всего будет разбиваться на капли на расстоянии в четыре с половиной диаметра.

Эта струя разобьется на большое число малых капель или на малое число больших капель в зависимости от того, где будут образовываться едва заметные перетяжки при легких нарушениях равновесия струи. Когда мы заставляем фонтан бить из трубочки, укрепленной насколько возможно неподвижно, то достаточно случайных сотрясений всевозможного рода, чтобы они вызвали на вытекающем цилиндре легкие сужения и расширения на различных расстояниях друг от друга. Тогда струя разбивается на капли различных размеров, отделенные одна от другой неодинаковыми промежутками. Перед разделением этих капель образуются, как вы видели, перетяжки, причем упругость поверхностной перепонки перехвата тянет капли навстречу друг другу; так как в воздухе они могут свободно двигаться, то задняя капля должна стремиться вперед, а та, что находится впереди, отставать; таким образом, эти капли, если только они не будут совершенно сходны между собой по размерам и разделяющим их промежуткам, начнут вскоре сталкиваться одна с другой. Естественно предположить, что они, сталкиваясь одна с другой, будут сливаться вместе, но я могу вам сейчас показать, что этого не происходит: они отскакивают одна от другой благодаря упругости поверхностного слоя. Очевидно, когда образуется целый ряд капель различной величины и с неодинаковыми промежутками между ними и эти капли часто сталкиваются между собой, такие капли будут разлетаться в разные стороны и падать на широкую площадь подложенной внизу бумаги, как вы только что видели.

Какое же действие оказывают на струю палочка сургуча, коптящее пламя или масло? Каким образом музыкальный звук может остановить разбрасывание капель? Возьмем сначала палочку сургуча. Кусок сургуча, потертый о суконную материю вашего костюма, электризуется и начинает притягивать кусочки бумаги. Наэлектризованный сургуч, действуя на водяные капли, помогает их взаимному притяжению, правда, очень слабому, но все же достаточному, чтобы помочь им преодолеть сопротивление разделяющего их слоя воздуха и слиться вместе. Вот я поместил перед фонарем две струи чистой воды, бьющие из разных сосудов, и вы видите, что они отскакивают одна от другой (рис. 41).

Рис. 41.

Чтобы показать, что это в самом деле так, я окрасил воду в обоих сосудах в разные цвета. Теперь я отхожу на другой конец комнаты и вынимаю из кармана сургуч; в одно мгновение вид струй меняется; они сливаются вместе (рис. 42).

Рис. 42.

Это можно повторять сколько угодно раз и всегда с одинаковым успехом. Две взаимно отталкивающиеся струи дают нам в руки один из самых тонких способов открывать присутствие электричества. Теперь вам станет понятным первый мой опыт. Отдельные капли, отскакивающие одна от другой и рассыпающиеся в разных направлениях, теряют эту способность, когда к ним приближается наэлектризованный кусок сургуча. Они начинают сливаться, и вместо большого числа маленьких капелек, падающих в: различных направлениях на бумагу, струя течет в виде одной линии с крупными каплями, подобными каплям грозового ливня, падающими одна за другой в одну и ту же точку. Не подлежит сомнению, что именно по этой причине капли дождя во время грозы отличаются такой величиной.

Отскакивающие друг от друга водяные струи так чувствительны, что ими можно воспользоваться в качестве приемника сигналов беспроволочного телеграфа, если взять проводящую электричество разведенную серную кислоту; воспринимающая цепь прерывается воздушным промежутком между струями. Я приспособил маленький приемник таким образом, что, когда в конец рычажка ударяют слившиеся струи, другой конец приходит в соприкосновение с одной из отдельных струй. Это немедленно приводит к их разделению, и наш прибор снова готов к принятию сигнала. Стоит отметить интересное явление, которое легко наблюдать, когда прибор установлен в большом зале, на другом конце которого помещен вибратор для получения искр. Колебания приемника, как видно на экране, предупреждают звук искры: дело тут в том, что действие на струи получается почти одновременно с возникновением искры, звук же доходит сюда примерно на одну десятую секунды позже.

Коптящее пламя тоже заставляет струю течь в виде одной линии. Причина, вероятно, в том, что частицы копоти пробивают воздушную преграду подобно тому, как пылинки воздуха способствуют слиянию струй, когда они подвергаются действию электричества. Такое же действие оказывает сгущающееся на поверхности воды маслянистое вещество, потому что масло само по себе действует совершенно так же, как и пламя; но действие масла в этом случае, как и его успокаивающее действие на волнующееся море, может быть понято далеко не так легко.

Когда я приближаю сургуч, капли начинают сливаться; но затем они наэлектризовываются так сильно, что отталкивают друг друга, как это происходит вообще с двумя одинаково наэлектризованными телами, и таким образом снова под действием электричества возникает разбрасывание капель.

Вероятно, вы уже понимаете теперь, почему звучащий камертон заставлял капли следовать по одной линии, однако, я все же остановлюсь на этом. Музыкальный звук, как хорошо известно, вызывается быстрыми колебаниями ножек камертона; чем быстрее колебания, тем выше получающийся тон. Возьмем зубчатое колесо, которое можно вращать с очень большой быстротой. Когда оно вращается медленно, вы слышите, как отдельные зубья ударяют о картон, который я держу в другой руке. Я сообщаю колесу более быстрое движение, и картон начинает издавать низкий тон. По мере того как я привожу колесо во все более быстрое вращение, высота тона все возрастает, и, если бы я мог сообщить колесу достаточную скорость, звук получился бы настолько высоким, что вы перестали бы его слышать. Камертон колеблется с определенней частотой и потому дает определенную ноту. Наш камертон совершает сейчас 128 колебаний в секунду. Поэтому в нашем опыте и кончик трубки, из которого бьет фонтан, тоже колеблется, но почти нечувствительно, 128 раз в секунду, и вылетающая струя воды получает в секунду 128 едва заметных перехватов. Будут ли эти перехваты находиться друг от друга на расстоянии четырех с половиной диаметров цилиндра, это будет зависеть от диаметра струи и от скорости вытекания жидкости.