Капля

Ответы на вопросы «почему» и «как» можно совместить. Дело в том, что растворимость натриевой селитры в воде очень сильно зависит от температуры и даже при малом ее повышении заметно возрастает. Если к капле направлен п оток тепла — от лампы или любого другого источника,— на лобовой ее поверхности температура будет немного выше, чем на тыльной. Это означает, что на лобовой, бо­лее горячей, поверхности нат­риевая селитра будет раство­ряться, а на тыльной, более холодной, возникший в капле избыток соли будет осаждать­ся. А это и означает, что капля будет двигаться по направле­нию к теплу. Скорость дви­жения в опытах Леммлейпа была небольшой — прибли­зительно 10^-7 см/сек, но важ­на не величина скорости, а принципиальная возмож­ность на первый взгляд курь­езного явления: жидкая кап­ля движется в кристалле! Как следует из рассказанного, ре­ально движется не капля, а атомы вещества кристалла, растворившиеся в ее объеме, но результат такого движения атомов мы воспринимаем как движение капли в кристалле.

 

Маленькое жидкое включение в мо­нокристалле натриевой селитры дви­жется по направлению к крупному включению и поглощается им

Второй эпизод в фильме был еще интереснее. В нем тоже была заснята малень­кая движущаяся капелька в кристалле, однако лампа в этом никакого участия не принимала. Опыт был заду­ман хитро. В непосредствен­ной близости от маленькой капли, движение которой на­до было наблюдать, находи­лась крупная капля непра­вильной формы. В процессе преобразования ее формы в более правильную уменьшалась поверхность, и значит выделялась некоторая энергия, которая ранее была связа­на с поверхностью, а затем превратилась в тепло. Вот эта уменьшающая свою поверхность капля играла роль источ­ника тепла, по направлению к которому двигалась ма­ленькая капля. В заснятом эпизоде маленькая капля движется к большой и сливается с ней.

Успех опытов Леммлейна был предопределен удачным выбором объекта или, точнее, тем, что растворимость нат­риевой селитры в воде очень существенно меняется с из­менением температуры. И поэтому даже незначительная разность температур между лобовой и тыльной стенками оказывается достаточной, чтобы движение капли можно было заметить за «удобное» время, а не за тысячи лет, на­пример.

Леммлейн был пионером, а после него появилось мно­жество исследований, посвященных движению жидких капель в кристаллах.

Быть может, любопытное явление — движение ка­пель в кристалле — и не привлекло бы к себе внимания, если бы оно было подобно соловьиным трелям, которые, как известно, до сих пор в инженерной практике не при­менялись. Но оказалось, что движение капель можно ис­пользовать для решения многих практически важных за­дач. Назовем для примера две из них.

Получение пресной воды из морской. В процессе замер­зания морской воды образуются капли с повышенным со­держанием соли. Если их изгнать из льда, оставшийся лед, свободный от капель, будет содержать соль в количестве меньшем, чем морская вода, т. е. окажется частично опресненным.

Упрочнение льда. В условиях Крайнего Севера лед — строительный материал, и важно, чтобы он был прочным. Его прочность, однако, понижается из-за содержащихся в нем жидких капель. Надо освободиться от них, и тогда лед станет более прочным. Сделать в принципе это мож­но, заставив капли двигаться до тех пор, пока они не выйдут из льда.

Процесс частичного освобождения льда от капель проис­ходит и самопроизвольно. Глубинные слои льда ближе к воде более теплые, чем те, которые граничат с холодным воздухом, и, следовательно, капли соленой воды будут двигаться по направлению к воде. Вот почему глубин­ные слои льда оказываются и менее солеными и более прочными.

Капля в кристалле явно достойна внимания естество­испытателей.

Дипломная работа студента

Вспомните детскую (и не только детскую) забаву — почти горизонтально швырять плоские камешки на спокойную поверхность реки или моря и следить, как они скачут по водяной глади, многократно отражаясь от поверхности воды. Скачущий камешек оставляет за собой последова­тельность круговых волн, расходящихся от тех точек, где он соприкасался с водой. Вскоре волны затухают, и вода не сохраняет воспоминаний о камешке, проскакавшем по ней.

Камень, брошенный с недостаточной скоростью неуме­лой рукой, может, разок подпрыгнет, а скорее всего при первом соприкосновении с водой пойдет ко дну. Мастерст­во бросающего заключается в том, чтобы швырнуть каме­шек с максимальной скоростью и под очень малым углом к поверхности воды. В этом случае составляющая скоро­сти, направленная в воду, мала, соприкосновение камня с водой происходит импульсно, и по отношению к такому воздействию на нее вода ведет себя почти как твердое тело. В очерке «Капля камень долбит» об этом свойстве воды рассказано подробно.