Рис. 10.
Это дыхательная трубочка. Таким образом, хотя они тяжелее воды и должны были бы тонуть, дыхательные трубочки помогают им висеть у поверхности, дышать и питаться опавшими и гниющими листьями. Личинка, изображенная на рисунке слева оторвалась от поверхности и медленно падала на дно как раз в тот момент, когда производился фотографический снимок.
Если вы станете рассматривать поверхность воды например, в стакане, куда вы пустили несколько таких личинок, та вы заметите в том месте, где висит личинка, маленькое углубление поверхности, вроде ямки. Вес воды, которая могла бы заполнить эту ямку, в точности равен той силе, с какой личинка тянет вниз. С помощью лупы можно рассмотреть это явление и вместе с тем убедиться, что за удивительное существо личинка комара.
Очень интересно остановиться на том, как появляется на свет муха Simuillia. Куколка этой мухи чаще всего прикрепляется к подводным растениям в гнездышке, похожем на гнезда некоторых ласточек. Когда же ей приходит время выйти из оболочки, она скопляет воздух, выделяемый ею из воды, в своей трахее и раздувает оболочку, которую должна будет вскоре оставить. Оболочка лопается, и муха всплывает на поверхность, заключенная в маленький воздушный пузырек. Этот пузырек через некоторое время тоже лопается, и муха в первый раз расправляет свои лапки. С их помощью она бежит по поверхности воды до какого-нибудь твердого предмета и прицепляется к нему до тех пор, пока не разовьются ее крылышки.
Капиллярное притяжение и отталкивание
Рассмотрим теперь явления, которые происходят с двумя частично погруженными в воду пластинками, если вы поместите их очень близко одну к другой. Как я уже говорил, вода между ними поднимается. Те части обеих пластинок, которые с внешней и с внутренней стороны граничат с воздухом (обозначенные на рис. 11 буквой а), испытывают давление воздуха в двух противоположных направлениях, и поэтому они не стремятся приближаться друг к другу или удаляться друг от друга. Не испытывают такого стремления также и те части пластинок, которые с обеих сторон граничат с водой (е на рис. 11), так как на каждую из них давление воды действует с одинаковой силой в противоположные стороны. Иначе дело обстоит с давлением на те части (b), между которыми находится вода, но которые с наружной стороны соприкасаются с воздухом.
Рис. 11.
Вода между пластинками в этой части находится под меньшим давлением, чем на окружающем уровне, так как она поднята над этим уровнем. Гидростатическое давление, как известно, увеличивается с глубиной; следовательно, вблизи поверхности жидкости между пластинками оно должно иметь меньшую величину, чем в более глубоких местах. Поэтому давление в массе воды, поднятой между пластинками, меньше внешнего атмосферного давления, вследствие чего пластинки приближаются друг к другу[3].
Правильность этого рассуждения можно показать на следующем опыте. Возьмем два пустых стеклянных шарика, настолько легких, что они плавают на воде. Они смачиваются водой, и потому вода между ними слегка приподнимается; поэтому они действуют друг на друга так же, как и пластинки, хотя и не так сильно. Можно заметить, что такие шарики, плавая по воде и будучи предоставлены самим себе, устремляются друг к другу со значительной силой. На рис. 11 изображена также пара пластинок, которые не смачиваются водой; рассматривая этот рисунок, можно легко понять, что и в этом случае пластинки приближаются одна к другой.
Это можно доказать на опыте с двумя стеклянными пустыми шариками, предварительно погруженными в расплавленный парафин; плавая по воде отдельно друг от друга, они притягиваются так же, как и шарики из чистого стекла.
Теперь мы доказали, что смачиваемая пластинка обнаруживает стремление двигаться в сторону более высокого уровня жидкости, а несмачиваемая — в сторону более низкого уровня, если по обе стороны пластинки разность уровней вызвана действием капиллярных сил. Поместим теперь рядом друг с другом одну смачиваемую пластинку, а другую несмачиваемую; тогда уровень жидкости между пластинками стоит по отношению к несмачиваемой выше, а относительно смачиваемой ниже, чем снаружи (см. также рис. 11); вследствие этого пластинки стремятся удалиться одна от другой. Поэтому, если в воде плавают два стеклянных шарика, один из которых покрыт парафином, а другой — нет, то между ними происходит отталкивание.
Обратим внимание на то, что вблизи погруженных пластинок поверхность жидкости искривлена: около смачиваемой она вогнута, около несмачиваемой выпукла. Это искривление и определяет ход всего явления, что мы можем показать на простом опыте. Чистый стеклянный шарик плавает в чистом сосуде, наполненном водой не до краев. Шарик движется в этом случае к краю сосуда; удержать его в середине небольшого сосуда совершенно невозможно, он всегда идет к краю в том или другом направлении. Если прибавим теперь в сосуд воды настолько, чтобы ее уровень стоял немного выше краев сосуда, то общая поверхность воды принимает выпуклую форму, между тем как вблизи шарика она вогнутая; теперь шарик стремится к середине сосуда, и его никак нельзя удержать у края. Если шарик покрыт парафином, результат получается обратный. Вместо парафинированного стеклянного шарика можно взять жирную иголку, которую с некоторыми предосторожностями можно заставить плавать в стакане с водой. Если стакан не совсем полон, иголка всегда уходит от его края; если же он слегка переполнен, то она стремится к краю и может даже через него перекатиться. Наоборот, пузырьки воздуха, прилипшие к стенке сосуда, в тот момент, когда вода поднимается выше края, очень быстро движутся от края к середине. Такое быстрое перемещение пузырьков лучше всего можно наблюдать так: стакан наполняется водой почти до краев, а затем повышают уровень воды, погружая в стакан пробку.
Из свойства поверхностного натяжения воды извлекает пользу и растение — обыкновенная ряска. Если еще не вся поверхность пруда заросла ряской, то листья ее поворачиваются друг к другу концами и притягиваются, боковые же стороны листьев, от которых отпочковываются молодые растения[4], развиваются свободно. У листа имеется центральный нерв, и «носок» и «пятка» его, если можно так выразиться, приподняты над общей поверхностью, отчего и водная поверхность около них, изгибаясь, приподнимается вверх.
Поэтому два листка притягиваются своими концами, как смачиваемые стеклянные шарики; боковые же края их, находясь на одном уровне с водой, остаются свободными. Проделать опыт с ряской нетрудно. Это растение легко найти за городом. Возьмем стакан, наполненный водой таким образом, что у его краев поверхность воды искривляется книзу. Тогда легкие, смачиваемые водой предметы будут править посредине. Поместим теперь на поверхность несколько листков ряски, и мы увидим, как они притягиваются друг к другу своими концами. Если опустить в воду какой-нибудь смачиваемый ею предмет, то он заставит находящийся поблизости отдельный листок повернуться, подобно тому как магнит заставляет поворачиваться стрелку компаса. Раз вам удалось достать ряску, то стоит продержать ее несколько дней, чтобы понаблюдать процесс почкования и отделения новых растений.
До сих пор я не говорил о том, как велика сила, проявляемая этой упругой водяной пленкой. Измерения ее с помощью узких трубок, капель и другими способами показали, что она почти в точности равна 7,7 миллиграмма на один миллиметр при 0° Цельсия.
Капиллярность различных жидкостей
Вот здесь вы видите другую трубку, совершенно такую же, как и первая, из которой мы выпускали водяные капли, но с другой жидкостью — винным спиртом. И вы сразу же видите, что капли спирта в момент отрывания от трубки далеко не так велики, как капли воды. Спирт легче воды, поэтому его перепонка должна быть значительно слабее, чем уводы (рис. 2, справа).