Постепенно столб воды справа станет существенно выше столба воды слева, так что движение замедлится, остановится и продолжится в обратном направлении. Тем временем вода на дне трубки подогреется. Поскольку теперь движение происходит в обратном направлении, теплая вода будет подниматься по левому колену. Затем цикл повторится.

Налейте глицерин в банку почти до краев, а затем долейте ее дополна более легким и менее вязким силиконовым маслом. Оставьте банку на ночь, чтобы дать этой смеси жидкостей отстояться (чтобы вышли все пузырьки), а затем закройте ее и переверните. Почему на дне банки (теперь дном стала крышка) в практически однородном слое масла образуются капельки, которые затем непрерывным потоком устремляются вверх? Этот эффект используется в некоторых современных игрушках, где капли одной жидкости двигаются не смешиваясь сквозь другую жидкость.

ОТВЕТ • В исходном состоянии (до переворачивания банки) система стабильна: масло плавает поверх глицерина. При обратном расположении жидкостей система нестабильна (это один из случаев так называемой нестабильности Рэлея — Тейлора), и случайное возмущение, связанное, например, с переворачиванием сосуда, возбуждает волны на поверхности раздела между глицерином и маслом. Точно так же в ванне можно возбудить волны на поверхности воды (поверхности раздела «воздух — вода»). Одна из волн, нарастающая быстрее других, будет управлять всем процессом. Там, где расположены гребни этой волны, масло выталкивается вверх в глицерин и устремляется вверх, а в низких местах волны (долинах) глицерин проникает вниз в масло. Из масла, попавшего в глицерин, образуются движущиеся вверх капельки, а масло, выталкиваемое опустившимся глицерином, поддерживает образование новых капелек. Приблизительно равные расстояния между поднимающимися ручейками капелек дают представление о примерной длине волны — той, которая нарастала быстрее других.

А вот еще один похожий опыт. Оставьте на ночь банку с кукурузным сиропом. Вставьте в банку маленькую трубочку, через которую в банку с сиропом вблизи ее дна можно вливать смесь сиропа с водой. Эта смесь, вытекая из трубочки, образует капли. Поскольку смесь «вода — сироп» легче сиропа, капли устремляются вверх. Поднимаясь, они оставляют за собой след, играющий роль канала для подъема новых капель, выходящих из трубочки.

Чтобы привлечь внимание покупателей, в некоторых универмагах демонстрируют шар, висящий в струе воздуха. В этом нет ничего удивительного, если воздушная струя направлена вертикально вверх: давление воздуха на шар снизу уравновешивает силу тяжести. Однако покупателей больше привлекает устройство, в котором струя воздуха направлена под углом порядка 45° к вертикали. Как при этом удается удерживать шар? Почему, если толкнуть шар, он, частично выскочив из струи, возвращается обратно?

ОТВЕТ • Шар, висящий в струе воздуха, устойчив, поскольку он меняет направление воздушного потока. Если шар дергается вниз, будто пытаясь выскочить из струи, воздух обтекает шар сверху и устремляется вниз сначала вдоль поверхности шара, а затем струя отрывается и под некоторым углом устремляется вниз. Поскольку струя движется вниз, шар направляется вверх, обратно в струю. Неважно, что заставило шар попытаться покинуть струю, он отклоняет струю в том же направлении и, следовательно, вталкивается обратно. Чем легче шар, то есть чем меньше роль гравитации, тем под большим углом может быть наклонена струя.

Шар может висеть и в направленной вертикально вверх струе воды. Хотя шар прыгает и пытается выскочить из струи, он возвращается обратно. Единственное отличие в том, что теперь это струя воды, а не воздуха. Но и такую струю шар отклоняет, что объясняет его устойчивость.

Однажды мне попалась игрушка, состоящая из U-образной трубочки, одно из колен которой было коротким и узким. В узкое колено надо было дуть, и тогда легкий мячик, подхваченный струей воздуха, двигался вдоль всей трубки. Поднявшись, мячик проходил через другой открытый конец буквы U и втягивался обратно благодаря циркуляции воздуха. Цель игры — на одном дыхании как можно больше раз заставить мячик двигаться по всей трубочке туда-сюда.

В 1925 году Атлантический океан пересек корабль, построенный немецким инженером-конструктором Антоном Флеттнером. Движителем корабля был не стандартный гребной винт в воде, а два больших вращающихся в воздухе цилиндра. Как вращающиеся цилиндры могли заставить корабль двигаться по воде?

ОТВЕТ • Если цилиндр неподвижен, воздух обтекает его симметрично с двух сторон. В каком-то месте сзади цилиндра воздушный поток отрывается от него и распадается на вихри. Это обеспечивает некоторое воздействие на цилиндр, поскольку с наветренной стороны давление воздуха больше, чем с подветренной стороны (давление в вихрях ниже).

Однако сила, действующая на вращающийся цилиндр, существенно больше. С той стороны, где направление вращения цилиндра совпадает с направлением ветра, воздушный поток дольше не отрывается от цилиндра, а там, где вращение происходит против ветра, воздух отрывается от цилиндра раньше, чем с противоположной стороны. Суммарный эффект состоит в том, что вращающийся цилиндр отклоняет поток воздуха, направляя его в сторону вращения. Цилиндр (а следовательно, и корабль) получает импульс в противоположном направлении.

Таким образом, корабль может, в принципе, двигаться по воде, если менять направление вращения в соответствии с изменением направления ветра. На практике путешествие через Атлантику должно было оказаться сущим кошмаром: ведь требовалось, двигаясь зигзагообразно, непрерывно согласовывать ориентацию корабля с направлением ветра. Хотя, возможно, гребной винт корабля использовался чаще, чем об этом сообщалось.

Почему, когда корабль входит в определенный фарватер Гибралтарского пролива, он может неожиданно начать вращаться вокруг вертикальной оси или заваливаться набок? Давно известно, насколько вероломны воды Мессинского пролива, отделяющего Сицилию от Италии. У Гомера, назвавшего воды этого пролива свирепыми, олицетворением всепоглощающей морской пучины стали два чудовища — Сцилла и Харибда. С другой стороны этого острова, между Сицилией и Тунисом, находится Сицилийский (или Тунисский) пролив. Иногда во время больших приливов его воды наступают на большой сицилийский рыбачий порт Мадзара-дель-Валло: водяные волны устремляются вверх по старому устью реки. Чем можно объяснить странности течений в этих трех проливах?

ОТВЕТ • Причина странного течения в Гибралтарском проливе — внутренние волны, возникающие в приливно-отливном течении воды в проливе. Появление таких волн обусловлено тем, что вода в Средиземном море солонее воды в Атлантическом океане, поскольку из Средиземного моря вода активнее испаряется. Когда более плотная соленая вода вытекает через пролив в океан, она преодолевает подводный хребет (возвышение на дне) моря, направляющий морскую воду вверх. Теперь морская вода покрывает поступающую (более легкую) воду из океана. Система, где более плотная вода движется поверх более легкой, нестабильна, и это приводит к появлению волн. На поверхности можно заметить только след этих волн в форме полос пенящейся воды, но амплитуда волн так велика, что они могут подхватить и перевернуть корабль.