Капля

проволоки.

  

Пунктирная последовательность следов во всех случаях

завершалась каплей, которая, израсходовав свою энер­гию в скачках, прилипла к поверхности и закристаллизо­валась на ней.

По фотографиям можно проследить некоторые особенно­сти скачкообразного движения капли на поверхности кристалла. Но прежде чем это сделать — немного теории.

Допустим, что жидкая капля, радиус которой

R

,

падает на плоскую поверхность под малым углом

φ

между по­верхностью и направлением скорости. Если бы капля обладала свойствами абсолютно упругого тела, т. е. без потерь энергии отражалась от поверхности кристалла по закону «угол падения равен углу отражения» и воздух не препятствовал ее полету, она скакала бы по его поверх­ности сколь угодно долго и длина скачка

l

оставалась бы неизменной. Эту длину легко вычислить. Воспользуемся обозначениями, которые указаны на рисунке. Очевидно, в направлении, параллельном поверхности кристалла, капля, имея скорость

υ

₁

=

υ

₀

cosφ

, будет лететь в течение всего того времени, которое понадобится ей для того, чтобы в поле земного тяготения вначале подняться от по­ верхности на максимальную высоту, а затем с этой высоты спуститься на поверхность кристалла. Это время -

τ = 2

υ

₁

/

g

В приведенных формулах мы воспользовались тем, что

φ

мало. Только в этом случае можно считать, что

cos

φ

≈ 1

,

a

sin

φ

≈

φ

.

Так было бы, если бы выполнялись обусловленные иде­альные обстоятельства. В действительности капля, пры­гая по твердой поверхности, теряет энергию. Во-первых, полету препятствует воздух и часть энергии расходуется на преодоление его сопротивления. Во-вторых, в момент удара капля вязко деформируется, а затем, оттолкнув­шись от поверхности, восстанавливает свою форму. И на это необходима энергия. В-третьих, в каждой точке, где капля коснулась твердой поверхности, остается жид­кое пятнышко. Его появление можно представить себе как отщепление от капли жидкой пластинки, т. е. появ­ление двух свободных поверхностей жидкости, площадь каждой из которых равна площади оставленного пятныш­ка. При этом расходуется энергия

W_s

=

2а•

S

,

где

S

— площадь пятнышка. Точно учесть все потери энергии ска­чущей капли — дело совсем не простое, так как они зависят от очень многого: скорости полета, массы капли, вязкости и поверхностного натяжения вещества капли. Величина этих потерь изменяется от скачка к скачку. Если сделать заведомо упрощающее предположение, что в каждом очередном скачке капля теряет одну и ту же энергию

W

, изменяя при этом массу незначительно, можно определить длину n-го скачка (l

_п)

с помощью фор­мулы, которая следует из предыдущей:

 

Полученная формула свидетельствует о том, что каждый следующий скачок должен быть короче предыдущего. Кроме того, из нее следует, что общее число скачков не

может быть больше, чем

п* =

W

₀

/

Δ

W

.

Фотографии подтвержда

ют сделанные выводы: последующий скачок действительно короче предыдущего, и число скачков ограничено.

Так как конец пути капли на фотографиях запечатлен достовернее начала, можно надежно выяснить судьбу капли, прослеживая ее траекторию в направлении, про­тивоположном направлению полета. Оказывается, что перед самым финишем на последнем этапе капля (которая изображена на приведенной фотографии) весила всего

4

^.

10^{- 8}

г и имела энергию ~3

^.

10^-

⁶

эрг, т. е. ее скорость была немногим больше 10 см/сек.

Жидкая металлическая капля скачет по поверхности кристалла соли

А на предпоследнем этапе, с учетом того, что его длина и масса капли были большими, скорость полета капли оказывается существен­но большей — около 100 см/сек. Двигаясь так от конца пути к его началу, можно восстановить все характеристи­ки скачкообразного движения капли и вычислить, сколь­ко и на что она тратила свою энергию при каждом очеред­ном столкновении с поверхностью. Здесь мы этого делать не будем. Это сделал студент в своей дипломной работе.

Каплеподшипники

Иные идеи привлекают не столько практическими послед­ствиями, сколько неожиданностью поворота мысли, та­лантливой курьезностью. Эстетическое наслаждение до­ставляет неожиданный взгляд на известное явление или процесс, решение, которое, казалось бы, на виду у всех, а заметил его кто-то один — более зоркий, менее пред­убежденный.

Идея каплеподшипников была высказана Я. И. Френ­келем в 1950 году. В «Журнале технической физики»

появилась короткая, в одну страничку, заметка, в которой излагалась идея и высказывалась надежда на то, что она, эта идея, быть может, окажется полезной приборострои­телям. Существо идеи заключается в возможности замены в