Физика на каждом шагу

Это водомерки – насекомые из семейства клопов (рис. 47). Теперь, видя, как проворно бегают они по поверхности воды, вы не станете в тупик. Вы сообразите, что лапки их благодаря особому устройству кожицы не смачиваются водой и оттого образуют под собою вдавленности; стремясь расправиться, вдавленности эти подталкивают легкое насекомое снизу. Поймайте водомерку и заставьте ее бегать по поверхности воды в прозрачной банке; заглядывая снизу, вы ясно увидите вдавленности под лапками насекомого.

Поверхностная пленка

Опыты, о которых мы сейчас рассказали, научили нас тому, что жидкость словно одета тонкой упругой пленкой, которою она поддерживает на воде и стальную иглу, и бегающую водомерку. Попытаемся понять теперь, что же это за пленка.

Рис. 48. Частица жидкости подвержена действию окружающих частиц

Все вещи, какие только существуют в природе, состоят из мельчайших, неразличимых даже в микроскоп, частичек, которые называются молекулами. Частички эти притягивают одна другую; в твердых телах взаимное притяжение молекул настолько сильно, что тело не рассыпается и даже противится нарушению его целости; оттого твердые тела прочны. Молекулы жидкостей тоже притягивают одна другую, хотя и не так сильно. Вообразим внутри жидкости одну какую-нибудь молекулу. Ее притягивают другие молекулы, окружающие ее, однако те только, которые находятся в близком соседстве; притяжение более далеких молекул слишком ничтожно. Очертим вокруг нашей молекулы М (см. рис. 48) шар, включающий все те соседние молекулы, которые на нее действуют. Сдвинется ли их притяжением молекула М с места? Нет, потому что молекулы шара влекут ее во все стороны с одинаковой силой.

Рис. 49. Шест не прогибается никуда: его тянут во все стороны с одинаковой силой

Чтобы лучше понять это, представьте себе, что люди, выстроившись в круг, тянут с одинаковою силою за веревки, привязанные к верхушке шеста. Если люди расставлены по кругу на равных расстояниях и тянут одинаково, то шест никуда не подастся: тяга каждого человека уравновешивается тягой другого, стоящего на противоположной точке круга (рис. 49).

Рис. 50. Шест под действием односторонней тяги прогибается внутрь полукруга с людьми

Вообразите теперь, что на одной стороне круга людей нет, остальные же тянут по-прежнему. Куда подастся шест? Конечно, внутрь полукруга. То же самое произойдет с нашей молекулой М, если она очутится близко к поверхности жидкости (рис. 51 и 52): внутрь жидкости ее будет тогда тянуть большее число молекул, чем наружу. Значит, все молекулы, расположенные вблизи поверхности жидкости, образуют особый слой, который, словно растянутая резиновая пленка, стягивает облекаемую им жидкость. Как резиновая растянутая пленка всегда стремится распрямиться, так и поверхностный слой всякой жидкости стремится расправиться; оттого он и выталкивает плавающую иголку или бегающую водомерку.

Рис. 51. Частица жидкости на поверхности

Рис. 52. Частица жидкости неглубоко под поверхностью

Человек-сверхлилипут

В обиходной жизни мы не замечаем существования упругой пленки, одевающей каждую жидкость. Но если бы мы были значительно меньше ростом, если бы сила наших мускулов была не столь велика, мы на каждом шагу сталкивались бы со свойствами этой пленки. Подобно тому, как бегает по воде насекомое водомерка, так и мы, уменьшенные до размеров мелкого жучка, могли бы шагать по поверхности жидкости.

Рис. 53. Крошечный человечек мог бы ходить по воде

Знаменитый физик и изобретатель Циолковский в одной из своих популярных статей так описывает ощущения человека, уменьшенного в тысячу раз.

«Для нас капельки жидкости – мелочь; для крошечных существ эти капельки – огромные шары. Ртутный шарик для уменьшенного человека покажется упругим мячиком, иной раз даже крупнее его самого. Такие жидкие мячики катаются, отталкиваются рукой, подпрыгивают, отскакивают. Если же шар водяной или масляный, то он прилипает к руке или другому члену, втягивает его, увлекает внутрь, засасывая и обволакивая все тело. Если бы не сила мускулов, то всякое маленькое существо было бы, втянуто и окружено смачивающей его жидкостью. Сухопутное животное погибло бы. Мы видим это в мире насекомых, погибающих от прилипания к воде, к маслу, к варенью и т. п. из-за слабости их ног. Вот почему большинство насекомых покрыто веществом, плохо смачивающимся водою: это спасает их от воды (но не спасает от масла, спирта и других жидкостей).