Мыльные пузыри

Бойс Чарльз Вернон

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.

Когда струя большая, то вода для этого должна вытекать быстро или под большим давлением; при маленькой струйке достаточно и меньшей скорости. Если случится, что образовавшиеся таким образом перехваты будут где-нибудь отделены промежутками, приблизительно равными четырем с половиной диаметрам струи, они будут усиливаться с довольно большой скоростью, хотя, если сделать очень точный рисунок струи, вы вначале не откроете здесь ни малейшего сокращения диаметра. Водяной столб разобьется на одинаковые капли, причем каждая будет подобна той, которая расположена позади, и той, которая летит впереди, тогда как, если бы столб воды разбился под влиянием случайных сотрясений, все капли были бы различны. А раз все капли во всех отношениях сходны, они неизбежно будут следовать все в одном направлении, образуя одну непрерывную на вид струю. Когда перехваты образовались на расстоянии около четырех с половиной диаметров, разрывание струи происходит с наибольшей легкостью; но она будет, как я сказал, разбиваться и под влиянием целого ряда других звуков, которые могут вызвать перехваты на расстояниях, превышающих три диаметра. Если одновременно звучат две ноты, тогда очень часто каждая производит свой эффект, и в результате будут возникать капли различной величины, что в свою очередь приведет к образованию двойной струи. Таким образом можно получить три, четыре и даже большее число отдельных струй.

Я могу теперь показать вам фотографические снимки нескольких таких музыкальных фонтанов, сделанные при свете мгновенной вспышки электрической искры.

Вы видите, что капли различных размеров описывают различные пути (рис. 43).

Рис. 43.

На одном фотографическом снимке вы видите восемь различных струек, бьющих из одной общей струи, но следующих совершенно различными путями, причем каждая из них представляет правильный ряд одинаковых капель. На этих же фотографических снимках вы можете также видеть столкновение капель, сопровождающееся их сплющиванием в момент удара, подобным сплющиванию двух резиновых мячей. На фотографическом снимке, спроектированном теперь

на экране, видно, как происходит столкновение капель в месте, отмеченном на рисунке крестиком. Верхняя и расположенная впереди капля получает толчок вперед, другая же замедляется в своем движении, а потому обе капли приобретают различные скорости в слегка различных направлениях.

Вот почему потом они и следуют разными путями. Маленькие капельки, без сомнения, подверглись подобному же воздействию, но часть фонтана, где это произошло, оказалась вне фотографической пластинки, и потому это явление осталось неотмеченным. Под влиянием музыкального звука от основной струи фонтана отделяются очень маленькие капельки, о которых я уже много говорил, и описывают свои собственные маленькие кривые, совершенно отличные от кривой главной струи. Конечно, они попадают на боковые пути после одного или двух столкновений с большими правильными каплями. Вы легко можете увидеть, что они действительно образуются под тем местом, где появляются впервые, если поднесете к струе у самого ее начала кусок наэлектризованного сургуча и затем станете постепенно поднимать его. Когда сургуч окажется против того места, где в действительности образуются маленькие капельки, он будет оказывать на них более могущественное действие, чем на большие капли, и будет вытягивать их оттуда, где за мгновение до того, казалось, их вовсе не существует. Тогда они начинают описывать вокруг сургуча правильные маленькие орбиты, подобно планетам, описывающим свои пути вокруг солнца; но в этом случае вследствие сопротивления воздуха орбиты превращаются в спирали, и маленькие капельки после нескольких обращений падают в конце концов на палочку сургуча, совершенно так же, как после многих и многих обращений упали бы на солнце планеты, если бы их движение в пространстве задерживалось сопротивлением какой-либо среды.

Чтобы покончить с музыкальной струей, добавим, что вы можете сами наблюдать все эти капли в их различных положениях в настоящем фонтане. Если бы я произвел мощную электрическую искру, то некоторые из вас, вероятно, увидели бы на мгновение всю картину; однако, большинство, я думаю, не увидело бы вовсе ничего. Поэтому я поступлю иначе. Вместо одной искры я произведу целый ряд искр с таким расчетом, чтобы за промежутки времени между искрами капли успели переместиться на пространства, их разделяющие, и каждая капля в момент вспыхивания света успела занять место своей предшественницы. При вспыхивании ряда искр все капли будут занимать одни и те же положения и будут казаться застывшими неподвижно в воздухе, тогда как в действительности они движутся и притом довольно быстро. Если же промежутки между отдельными искрами будут иными, тогда перед нами окажется любопытное явление. Предположим, например, что сначала вспышки света следуют одна за другой слишком быстро. Тогда каждая капля не успеет попасть на надлежащее место, и, таким образом, при второй вспышке света мы увидим все капли в местах, находящихся несколько позади прежнего расположения капель. При третьей вспышке мы увидим, что они еще больше отстали от своего первоначального положения, и т. д., а потому нам будет казаться, что капли медленно перемещаются назад. Наоборот, если вспышки света будут следовать одна за другой недостаточно быстро, тогда за промежутки времени между вспышками капли будут успевать перемещаться несколько дальше своих первоначальных положений, и нам будет казаться, что они медленно передвигаются вперед.

А теперь приступим к опыту. Вот тут у нас электрический фонарь, посылающий на экран сильный пучок света. При помощи чечевицы я собираю пучок света в фокусе, а затем пропускаю его через маленькое отверстие в куске картона. Свет расходится широким конусом и падает на экран. Фонтан воды помещается между картоном и экраном, и таким образом на экран отбрасывается довольно явственная тень. Теперь я помещаю непосредственно позади куска картона маленький электродвигатель, с помощью которого можно привести в очень быстрое вращение диск картона с шестью отверстиями, расположенными по самому его краю. Отверстия диска приходятся по очереди против единственного отверстия в неподвижном куске картона, и таким образом при каждом полном обороте диска у нас получится шесть вспышек света. Когда диск будет обращаться 21 1/3 раза в секунду, тогда вспышки света будут следовать одна за другой с надлежащей частотой. Я пускаю мотор и через несколько секунд получаю надлежащую скорость. Убедиться в этом я могу, продувая воздух через отверстия: получающийся при этом музыкальный звук будет большей высоты, чем у камертона, если скорость слишком велика, меньшей высоты, чем у камертона, если скорость слишком мала, и совершенно такой же высоты, как у камертона, когда скорость как раз такая, какая нам нужна.

Чтобы сделать еще более заметным момент, когда получится надлежащая скорость, я поместил между фонарем и экраном еще и камертон; вы видите освещенными его и тень его на экране. Струя воды еще не начала бить, однако, я прошу обратить внимание на камертон. Я останавливаю двигатель, освещение из прерывистого сделалось непрерывным. Вы видите, что камертон колеблется, потому что концы его ножек, где движение, естественно, должно быть наиболее быстрым, мы видим не отчетливо. Теперь мотор пущен в ход, и почти сразу вид камертона меняется. Он теперь похож на кусок резины, медленно раскрывающийся и складывающийся, а вот он кажется совершенно неподвижным, однако, производимый им звук показывает, что он никоим образом не находится в покое. Ножки камертона колеблются, но свет падает на них через правильные промежутки времени, соответствующие периоду их колебаний, а потому, как в разобранном случае водяных капель, ножки камертона кажутся нам совершенно неподвижными. Теперь скорость слегка изменилась, и, как я уже объяснил, каждая новая вспышка света возникает или слишком рано, или слишком поздно и показывает нам ножки камертона в положениях, несколько впереди или позади тех, в которых мы видели их при предшествующей вспышке. Вы видите таким образом, что ножки камертона медленно совершают свои эволюции, хотя в действительности они колеблются вперед и назад 128 раз в секунду. При взгляде на камертон или его тень вы в состоянии установить, совпадают ли промежутки между вспышками света с периодом колебаний камертона, а следовательно и водяных капель.