Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Глядя на мир, нельзя не удивляться
К. Прутков
К. Прутков
Расположив утюг горизонтально, капните на него немного воды. Если температура утюга около 100°С (немного больше 100°С), то ничего особенного не произойдет. Капелька растечется по поверхности утюга и быстро, за несколько секунд, испарится. Если же температура утюга значительно больше 100°С (350-500°С), картина явления будет другой. Капелька, упав на утюг, отскочит от него, как мячик от пола (невысоко, на высоту 1-5 мм), и затем будет двигаться, не касаясь нагретой поверхности. Стабильность такого состояния зависит, прежде всего, от температуры поверхности - чем сильнее нагрет утюг, тем спокойнее ведет себя капля. Кроме того, время пребывания капли на утюге до полного испарения увеличивается в 100-200 раз. Причем скорость испарения капли зависит от ее размера: большие капли быстро уменьшаются в размерах до 3-5 мм, а маленькие "живут" довольно долго без заметных изменений. В одном из наших опытов капля диаметром 3 мм продержалась до полного испарения около 5 минут (300 секунд).
В чем причина столь странного поведения капли? Вернемся к началу опыта - капля воды падает на раскаленную поверхность. В начальный момент ее температура около 20°С. Затем буквально за доли секунды нижние слои нагреваются до 100°С, и начинается столь интенсивное испарение, что сила давления образующихся паров воды становится больше силы тяжести капли. Капля подпрыгивает, затем снова падает на утюг. За несколько подскоков вся вода в капле успевает прогреться до температуры кипения. Далее при достаточной температуре нагретой поверхности капля быстро успокаивается и начинает двигаться на некоторой высоте над этой поверхностью. Очевидно, в этом случае сила давления паров воды уравновешивает силу тяжести капли. В установившемся режиме капля довольно стабильна и "живет" весьма значительное время.
Обратите внимание на форму капли. При малых размерах форма капли близка к сферической, а при больших - сфера оказывается сильно сжатой в вертикальном направлении. Дело в том, что капля над горячей поверхностью находится как бы на паровой подушке, опирается на нее. Возникает сила реакции, которая и вызывает деформацию капли. Чем капля больше, тем эта деформация заметнее.
Рис. 1. Одна из фаз колебаний капли (момент наибольшего растяжения). Темное пятно в центре - образующийся внутри капли пузырек водяного пара. |
Рис. 2. Один из наиболее интересных видов колебаний: "треугольная" капля, в которой "впадины" и "выступы" постоянно меняются местами. |
В каплях (особенно больших) могут возникать колебательные процессы, например, сжатие и растяжение, а также и более сложные колебания (рис. 1 и 2). На фотографии, приведенной на рисунке 1, в центре капли видно темное пятно. Это - образовавшийся внутри капли воды пузырек пара. В больших каплях может возникнуть несколько таких пузырьков. Иногда капля приобретает форму кольца с одним большим пузырьком пара посередине. При таком режиме испарение происходит так интенсивно, что капля на глазах уменьшается в своих размерах.
В заключение несколько советов тем, кто захочет сам провести описанные опыты.
1. Желательно взять утюг, рабочая поверхность которого была бы как можно ровнее, то есть чтобы отсутствовали царапины, неровности и т.п. Встреча капли с неровностью утюга значительно сокращает время ее жизни (подумайте, почему?).
2. Утюг надо как-то закрепить (например, в штативе) и привести его поверхность в горизонтальное положение. В наших опытах использовался штатив от геодезического прибора.
3. Опыты можно проводить не только с водой. На утюг можно капнуть любую жидкость с низкой температурой кипения (типа ацетона, бензина, одеколона или спирта).
Не следует забывать и о технике безопасности, прежде всего, о надежности изоляции провода утюга и о предохранении попадания кипящей воды на руки.
журнал
Квант