Юный техник, 2005 № 02

Это силы поверхностного натяжения воды создают давление под сферической поверхностью будущей капли. Если диаметр трубочки уменьшить в десять раз, то давление, создаваемое силами поверхностного натяжения, возрастет во столько же раз. Вода начнет течь из трубочки, лишь когда ее конец опустится ниже уровня воды в сосуде на 50–70 мм. Так что получается, что трубочки диаметром меньше миллиметра в качестве сифонов практически не пригодны.

В чем же физический принцип работы сифона? Сотни лет (а в некоторых учебниках и сегодня) его работу объясняли атмосферным давлением. Рассуждения примерно таковы: вот порция воды вытекла из нижнего конца сифона. Образовался вакуум, и атмосферное давление тотчас подняло из сосуда в шланг следующую порцию.

Казалось бы верно, но…

Немецкий физик Вихардт Поль показал, что это совсем не так. Причиной тому его особый интерес к сифону, поскольку в десятилетнем возрасте Вихардт сам его изобрел. Шланги тогда были величайшей редкостью, и свой сифон юный Вихардт сделал из гибкой свинцовой трубы для садовых водопроводов. Как же был он огорчен, узнав, что такое устройство известно уже тысячи лет. Но в зрелом возрасте он поставил ряд опытов, которые не только позволили разобраться в принципе действия сифона, но как бы в самом деле открыли его заново.

Вот один из этих опытов. Из одного сосуда в другой по сифону перетекает ртуть (рис. 2).

Сосуды помещены в вакуум, а сифоны работают! Значит, атмосферное давление здесь ни при чем!

Опыт пробовали видоизменить. Оставив расположение сосудов прежним, соединяли их верхние части трубкой. Тогда давление воздуха в правом и левом сосудах становилось одинаковым и уже не могло поднимать жидкость ни в одном из них. Этот опыт вы можете поставить с водой, но это ничего не изменит: сифон будет действовать.

Эти опыты наводят на мысль, что истинной причиной работы сифона являются силы притяжения между частицами жидкости, которые соединяют их в единую цепь. И в подтверждение этого В.Поль предлагает сифон из двух стаканов и цепочки, перекинутой через блок (рис. 3).

Роль уровня жидкости в этом опыте играет уровень клубка из цепочки, сложенной в левом стакане. Цепочка начинает «вытекать» из стакана, только когда ее внешний конец оказывается ниже уровня клубка. Сифон из цепочки не может иметь бесконечно большую высоту. Ведь цепочка рано или поздно должна оборваться под действием собственного веса.

Точно так же высота подъема жидкости в сифоне должна зависеть от ее прочности на разрыв. Практика показывает, что прочности обычной речной воды достаточно лишь для подъема ее в сифоне на высоту 30–40 м. Находящиеся в ней песчинки и пузырьки воздуха служат центрами концентрации сил, по которым столб воды рвется как бы раньше времени. Совершенно чистая вода без примесей и пузырьков, как показывает эксперимент, более чем в 100 раз прочнее. Ее сифон мог бы поднимать на 3–4 км.

Вот еще один удивительный опыт В. Поля — переливание из банки в банку углекислого газа (рис. 4).

Наполните им верхнюю банку, а затем при помощи шланга, наполненного тем же газом, «перелейте» его в нижнюю банку. О ее наполнении нам просигналит горящая свеча. Она погаснет, как только углекислый газ «зальет» ее пламя. Если опыт проводить в темноте при освещении с помощью точечной лампы, то весь процесс перетекания газа можно увидеть на стене класса в теневой проекции.

Как это ни странно, но общепринятого объяснения этому опыту еще нет. Часто его вновь объясняют действием атмосферного давления. Но есть и иное объяснение.

В школе мы изучаем идеальный газ. Это упрощенная модель, состоящая, как предполагается, из частиц, которые взаимодействуют между собою только при столкновениях. Но молекулы реального газа, как показал голландский физик Ван-дер-Ваальс, притягивают друг друга на расстоянии. Физическая природа этого притяжения неизвестна, но инженеры его учитывают, так как оно сказывается при сжатии газов до больших давлений. Предполагают, что газовый сифон Вихарда Поля работает именно благодаря этому притяжению. Если это так, опыт доказывает удивительную вещь: газы, как твердые тела и жидкости, имеют некоторую прочность на разрыв.

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

* * *

ВЫСТАВКИ НА ВВЦ