Поднимающийся в воде пузырек должен иметь сферическую форму. Форма маленьких пузырьков именно такая. Почему же более крупные пузыри уплощаются снизу?

ОТВЕТ • До конца не ясно, как поднимаются пузырьки средних размеров. Судя по всему, зигзагообразное или винтовое движение обусловлено вихрями, образующимися под пузырьком, прокладывающим себе путь к поверхности воды. Если вихри поочередно образуются слева и справа, пузырек тоже может отклоняться влево и вправо. Похоже, что образование вихрей и изгибы траектории связаны с колебаниями поднимающегося пузырька.

Если два поднимающихся пузырька оказываются близко друг к другу, их движение меняет потоки воды, текущей мимо каждого из них. Они могут начать кувыркаться, их может разорвать на части, или они сближаются, слегка касаясь друг друга.

Форма любого пузырька определяется поверхностным натяжением жидкости и ее сопротивлением движению. В случае маленьких пузырьков с большой кривизной основную роль играет поверхностное натяжение: пузырек представляет собой сферу, площадь поверхности которой минимальна. Другими словами, энергия минимальна, когда пузырек имеет сферическую форму. Любое возмущение увеличивает его площадь поверхности, на что требуется дополнительная энергия. Кривизна больших пузырей меньше. Для них сопротивление жидкости играет существенную роль, а кильватерный след, остающийся за поднимающимся пузырем, может стать причиной его уплощения снизу.

Если пузырек образуется в очень вязкой жидкости, скажем в сиропе или густом шампуне, он движется вверх долго, а его форма может зависеть от того, как он появился. Так, у пузырька, прижатого жидкостью, например к стенке, после отрыва от нее может образоваться хвост, который сохраняется все время, пока пузырек поднимается.

Смешайте в миске воду и мягкое моющее средство, а затем втяните немного этой жидкости в мягкую пластмассовую бутылку или медицинскую пипетку. Поместите горлышко бутылки или пипетки непосредственно над поверхностью жидкости и впрысните под поверхность чуть-чуть жидкости обратно в миску. У вас получатся обычные пузырьки, а также несколько пузырьков наоборот, или антипузырьков, которые и выглядят, и ведут себя иначе. Что же такое антипузыри и почему они образуются?

ОТВЕТ • Обычные пузырьки — это сферы из воздуха, на поверхности которых есть молекулы воды и мыла. Как и в случае мыльных пузырей, выдуваемых ребенком, молекулы мыла помогают стабилизировать поверхность пузырька. Антипузырьки представляют собой тонкую сферическую оболочку из воздуха, внутри которой находится вода, а молекулы воды и мыла распределены по обеим поверхностям оболочки. Поскольку антипузырьки почти целиком состоят из воды, выталкивающая сила, обеспечивающая движение вверх обычных пузырьков, на них не действует, и поэтому антипузырьки не рвутся вверх, а висят в воде.

Антипузырьки можно получить и другим способом. Сначала добейтесь того, чтобы у вас образовались три плавающих на поверхности и касающихся друг друга обычных пузырька. Затем капните водой с жидким мылом так, чтобы капелька попала в углубление между касающимися пузырьками. Под углублением образуется антипузырек.

В обычном мыльном пузырьке жидкость стекает с верхушки вниз, верхушка истончается до тех пор, пока не разорвется. В антипузырьке воздух внутри оболочки движется вверх, нижняя часть оболочки истончается до тех пор, пока ее не прорвет вода. Все это происходит очень быстро, поэтому антипузырьки живут так недолго.

Воткнем палочку в банку с сырым рисом или какими-нибудь другими зернами. Почему, когда мы пытаемся ввести палочку поглубже, требующееся для этого усилие быстро возрастает? И почему, когда палочка приближается к дну банки, приходится просто вколачивать ее, чтобы продвинуть чуть дальше?

Когда палочка достигнет дна, несколько минут слегка постучите по стенкам банки или потрясите ее. Почему, если вы затем потянете за выступающий из банки конец палочки, то поднимете банку вместе с рисом?

ОТВЕТ • Этот эффект заметили давно, когда купцы и покупатели заталкивали жердь в мешки с зерном, проверяя их содержимое. Если втыкать палку, например, в рис, трение возрастает по двум причинам. Во-первых, чем глубже продвигается палка, тем больше зерен к ней прижимается. Во-вторых, чем глубже зерна, тем больше вес давящих на них зерен и тем сильнее они сами давят на жердь. Поэтому полное трение, препятствующее движению жерди, возрастает с глубиной.

Трение возрастает еще быстрее, когда палочка доходит почти до самого дна банки. Этот эффект еще не до конца понятен, но можно предположить, что большое сопротивление перемещению зерен, которое необходимо для продвижения палочки, обусловлено формированием арок из зерен: зерна, блокированные в арках, не пускают палочку дальше. (Арки из зерен могут быть столь же прочными, как и арки, возведенные архитекторами.)

Если после того, как палочка достигнет дна, постучать по банке или потрясти ее, зерна риса плотно упаковываются. В частности, они плотно прилегают к палочке. Когда вы тянете за нее вверх, трение между зернами и палочкой крепко держит ее. Зерна, окружающие палочку, плотно подогнаны друг к другу, а зерна вблизи стенок банки крепко связаны со стенками. Таким образом, всё — палочка, рис и банка — соединено в одно целое. Однако если либо палочка, либо банка очень скользкая или если вы своими постукиваниями и потряхиваниями не добились плотной упаковки риса, вам придется немало повозиться, собирая рис с пола.

Если достаточно сильно тянуть за палочку, медленно вытаскивая ее, можно заметить, что необходимое для этого усилие меняется периодически. Хотя не вполне ясно, с чем это связано, вероятно, вблизи палочки происходит выстраивание и разрушение арок из зерен.

Когда при умеренном ветре бросают диск, он полетит дальше, если бросить его по ветру или против ветра? Под каким углом надо запускать диск и как его наклонять? Почему диск следует закручивать?

ОТВЕТ • Обычно угол стартовой траектории диска составляет 35°. Одни спортсмены утверждают, что и угол наклона диска должен быть таким же. Другие считают, что полет продлится дольше, если угол наклона диска примерно на 10° меньше. Они основываются на том, что при меньшем угле наклона подъемная сила, действующая на диск при спуске, больше, а следовательно, в воздухе он будет находиться дольше. Если диск запускают, не закручивая, он начинает вибрировать и легко теряет необходимую ориентацию. Закрученный диск более стабилен, он напоминает гироскоп: на протяжении всего полета ось, относительно которой он вращается, остается ориентированной примерно в одном и том же направлении.

Однако поскольку сила сопротивления движению диска со стороны воздуха распределена неравномерно вдоль его поверхности, во время полета ориентация диска все-таки слегка меняется. Если считать, что метатель диска правша и использует стандартную технику броска, вращательный момент неоднородной силы сопротивления слегка задирает диск спереди, а его левую сторону слегка опускает.