Всё о науке за 60 минут

Интересно, что слово battery («батарея») применительно к новому электрическому устройству было придумано за полвека до изобретения вольтового столба, в 1748 году, Бенджамином Франклином, великим ученым и одним из отцов-основателей США. До этого времени батареей называли установленные в ряд артиллерийские орудия, но Франклин использовал это слово, чтобы описать кульминацию вечеринок, которые он периодически устраивал у себя дома в Филадельфии. Эти вечеринки включали в себя демонстрации разнообразных экспериментов, связанных с электричеством: поджаривание индейки электрическим током, электризацию кубков вина и бокалов с пылающими спиртными напитками, зажженными искрами. И все это завершалось разрядом орудий электрической батареи. Электрическая батарея тогда представляла собой несколько лейденских банок, заряженных статическим электричеством. Это была предтеча вольтового столба. Как только 1800 год прогремел новыми открытиями и Вольта вышел на авансцену науки, это слово быстро закрепилось в качестве названия для его изобретения.

Долгоживущие мыльные пузыри

Поистине жесток тот, кто уничтожает мыльные пузыри, не говоря уже о мыльных пузырях, пускаемых ребенком. Но малейшее прикосновение пальцем – и они лопаются, так что мыльные пузыри стали воплощением хрупкости. Они настолько тонкие, что лопаются и сами, без видимого внешнего воздействия. Но все же и мыльные пузыри бывают невероятно долгоживущими, что может подтвердить любой, кто видел, как они плывут по воздуху, движимые легким ветерком. Вы поймете, что это не противоречивые наблюдения, как только углубитесь в науку о пузырях.

Любой ребенок знает: чтобы выдуть мыльный пузырь, нужно залить в банку побольше моющей жидкости. Важным ингредиентом тут являются молекулы моющего средства, обладающие тем особым свойством, что один их конец притягивает воду, а другой – отталкивает. При смешивании с водой эти молекулы могут образовывать так называемые мыльные пленки. Они состоят из двух слоев моющего средства и воды, зажатой между ними. Каждый из слоев, как правило, толщиной всего в одну молекулу, но эти молекулы плотно «упакованы» и ориентированы в одном направлении. Они располагаются так, что все гидрофильные их части обращены внутрь «сэндвича», к воде, а гидрофобные – торчат наружу, врезаясь в воздух вокруг мыльной пленки.

Также стоит отметить, что именно этот своеобразный сэндвич «моющее средство – вода – моющее средство» и создает радугу цветов, которую вы видите в пузырьках. Кроме того, он может быть невероятно тонким – намного тоньше 100 нм (это десятитысячная доля миллиметра). И это даже меньше длины волны видимого света. Когда свет попадает на мыльный пузырь, бóльшая его часть проходит насквозь без преломления, но часть света отражается от передней поверхности мыльной пленки, а другая – от второго слоя моющего средства. Это создает два отраженных луча света, один из которых слегка смещен по фазе относительно другого. Поскольку свет ведет себя как волна, две световые волны могут местами гасить друг друга. Именно это и происходит в мыльных пленках. При определенных толщинах мыльной пленки некоторые длины волн и, соответственно, цветá света сами себя подавляют. Тогда, вместо того чтобы видеть отраженный белый свет, мы видим белый свет минус подавленные цвета. Например, если у вас есть мыльная пленка толщиной около 430 нм, что как раз подходит для подавления желтого света, то отраженный свет, видимый на поверхности мыльного пузыря, выглядит синим.

Причина того, что цвета в мыльных пузырях постоянно меняются, заключается в том, что последние меняют форму. Другая причина кроется в том, что мыльная пленка при высыхании становится тоньше. И именно поэтому пузыри лопаются сами по себе. Они просто высыхают. Слой воды между двумя слоями моющего средства имеет толщину всего в одну или несколько молекул. Если вода не очень холодная, то она сравнительно быстро испаряется. А когда вода испаряется, она покидает «сэндвич» и тот становится тоньше. В конце концов два слоя моющего средства соприкасаются. Однако само по себе моющее средство не способно образовать пленку: для этого ему нужна вода. Так что пленка разрывается, и в ней образуется крошечная дырочка. Ну а как только в мыльной пленке появляется отверстие, поверхностное натяжение неумолимо это отверстие растягивает, и в итоге вся пленка разрушается.

Таким образом, если бы мы были в силах остановить испарение, мы смогли бы предотвратить быстрое лопание пузыря. Очевидный способ достичь этого – поместить пузырь в среду со 100-процентной влажностью. При такой высокой влажности никакого испарения не будет. Этот трюк освоил в свое время великий американский шоумен, повелитель пузырей Эйфель Пластерер. Он пускал пузыри в большие банки из-под варенья, на дне которых плескалась вода. Эта вода обеспечивала максимально возможную влажность, и пузырь-рекордсмен Пластерера продержался 340 дней.