Материал к уроку

Почему же, почему?..

См. также № 1, 3, 5, 7/08

Почему же, почему?..

? Однажды, делая себе чашечку кофе, я пролил капельку молока на стол, и наблюдал интреснейшее явление: вокруг центральной большой капли образовались18 маленьких. И я вспомнил фотографию в книжке, которую читал в детстве: вокруг капельки, упавшей в молоко, образовалась корона из мелких капелек. Это явление связано только с молоком или наблюдается и в других жидкостях?

Ответ. Образование и форма брызг изучается давно – с конца XIX в. Первым, кто систематически занялся этим вопросом, был Артур Уортингтон. Он выпустил в 1908 г. книгу «Изучение брызг», в которой поместил много фотографий. Когда капля падает на какую-нибудь поверхность, она может растекаться, разбрыгиваться или отскакивать в зависимости от скорости падения, размера, плотности, вязкости, а также от состояния поверхности – сухая она или влажная и т.д. При падении на сухую, гладкую и плоскую поверхность, какие обычно бывают на кухне, часть жидкости после столкновения капли с твёрдой подложкой выплёскивается обратно и более или менее равномерно распределяется вокруг. При этом между тонким жидким слоем и вылетающей сферической каплей образуется чётко очерченная узкая шейка. Если скорость падения капли превышает критическую, а поверхность не очень гладкая, возникает горизонтальная составляющая силы поверхностного натяжения в области шейки, что в сочетании с вертикальной компонентой этой силы вызывает разлёт брызг. Дополнительное давление, возникающее при падении капли, вызывает появление «стенки» короны. По мере разрастания короны в стороны стенка утолщается и замедляет движение, превращаясь в «бублик». Механизм рассыпания этого бублика на отдельные капли пока не понятен. Полагают, что в момент образования стенки благодаря неоднородностям твёрдой поверхности возникает рябь, которая быстро формирует острый край стенки (гребень), разбивающийся на мелкие «выстреливающие» из него наружу всплески. Из-за разного рода нестабильностей на конце каждого всплеска формируются капельки, чем и объясняется описанное читателем явление. Далее стенка короны начинает утолщаться, её перемещение замедляется, и она под действием силы тяжести падает обратно на твёрдую поверхность, образуя вместе с остатками всплесков центральную каплю жидкости. Вследствие действия сил поверхностного натяжения эта капля уже не растекается.

Корона образуется не только в молоке, но и в других жидкостях: в воде, различных спиртах и некоторых красках. Однако, поскольку молоко непрозрачно, в нём корона видна наиболее отчётливо.

NewScientist.com.26Jаn2008

? Почему всплывает пакетик с чаем, когда его заливают кипятком?

Ответ. Всё дело в парах воды внутри пакетика. При комнатной температуре в пакетике может содержаться незначительное количество паров воды, около 1,6% при относительной влажности 70%. Когда этот пакетик оказывается в кипятке, температура его содержимого увеличивается, увеличивается и давление паров по мере испарения окружающей воды внутрь пакетика. Когда относительная влажность достигает 100%, давление паров достигает насыщения. Например, при 95 °С газ внутри пакетика будет содержать 85% водяного пара и только 15% воздуха (конечно, если пакетик абсолютно непроницаем), т.к. плотность водяного пара намного меньше плотности воздуха. Итак, объём газа увеличивается в 5,5 раза: давление насыщенного водяного пара составляет 0,85 атм, в то время как давление воздуха остаётся равным 0,15 атм. Добавим к этому расширение по закону Шарля: объём газа увеличивается пропорционально его абсолютной температуре. Отношение температур 373 К (100 °С) и 298 К (около 25 °С) составляет 1,25, т.е. объём должен увеличиться примерно на 25%. Всего в сумме объём пакетика, таким образом, увеличивается в 8 раз, в результате чего он и всплывает.

NewScientist.com.9Feb2008

Подборка и пер. с англ. Н.Д.КОЗЛОВОЙ