ОТВЕТ • Ящерица впитывает воду, как губка для мытья посуды. Между чешуйками на ее коже имеются микроскопические канальчики — капилляры, в которые под действием капиллярных сил (то есть сил притяжения между молекулами воды и между молекулами воды и молекулами на поверхности капилляра) втягивается вода. Этот процесс настолько эффективен, что вода поднимается по коже ящерицы до самой макушки.

Чтобы напиться, ящерица делает повторяющиеся движения нижней челюстью, вытягивая воду из канальчиков вблизи пасти. Когда ящерица пьет, эти канальчики снова наполняются водой, которая поступает с остальных участков ее кожи. Сила тяжести тоже может способствовать притоку воды к пасти, если ящерица опустит морду и высоко задерет хвост.

Налейте воду в широкую миску. Разбросайте небольшие кусочки пенопласта по поверхности воды и постарайтесь поймать один из них, зажав между большим и указательным пальцем. Не исключено, что возникнет проблема: кусочек пенопласта будет отталкиваться от пальцев. Теперь представьте себе кулика, которому надо клювом ухватить плавающий в воде планктон — весьма мелкую добычу. Не возникают ли у птицы те же проблемы, что и у вас, когда вы ловите пальцами кусочки пенопласта?

ОТВЕТ • Некоторые кулики, охотясь на мелководье, используют поверхностное натяжение. Они погружают почти сомкнутый клюв в воду, а затем немножко его приоткрывают. Когда затем они полностью вытаскивают клюв из воды, благодаря поверхностному натяжению (взаимному притяжению молекул воды и молекул на внутренней поверхности клюва) капля воды образует перекрытие между нижней и верхней частями клюва и становится ловушкой для добычи птицы. Чтобы проглотить добычу, кулику надо протолкнуть каплю воды в горло. Для этого он постепенно раскрывает клюв, и капля воды, по-прежнему держащаяся между нижней и верхней частями клюва, растягивается. Чтобы противостоять растяжению, поверхностное натяжение проталкивает каплю вглубь клюва, туда, где расстояние между верхней и нижней челюстями меньше. Это продолжается до тех пор, пока капля не достигнет глотки, где попавшую в ловушку добычу уже можно проглотить.

Почему некоторые жидкости растекаются по твердым поверхностям, например по стеклянной столешнице, а другие образуют на них капельки? Почему иногда капельки удерживаются на наклоненной поверхности, даже свисая с нее?

Почему нижний конец жидкой пленки, стекающей со слегка наклоненной поверхности, как правило, либо неровный либо растекается струйками и образует пятна? Обычно так и происходит, когда резиновым скребком очищают наклонное ветровое стекло машины от мыльной воды или стеклоочистителя. Проведите скребком вниз и остановитесь, не доведя его до конца. Почему жидкость разбивается на стекающие по ветровому стеклу ручейки?

Почему обычно дождевая вода не стекает равномерно по вертикальной бетонной стене жилого дома? Почему, когда вода понемножку просачивается в пещеру, чаще всего образуются конические сталактиты?

ОТВЕТ • За то, как жидкость растекается по горизонтальной твердой поверхности, отвечают силы притяжения между молекулами жидкости и молекулами твердого тела. Если притяжение сильное, жидкость растекается по поверхности. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность. Если притяжение слабое, жидкость стремится образовывать капли. Часто для характеристики смачивания (или капель на поверхности) используют так называемый угол смачивания. Если этот угол небольшой, жидкость смачивает твердую поверхность, при большом угле смачивания на ней образуются капли. Однако угол смачивания — не слишком надежная характеристика, поскольку в реальной ситуации (при реальной жидкости на реальной, микроскопически шероховатой твердой поверхности и с поверхностными загрязнениями) он может варьироваться в широком интервале значений.

Детали процесса растекания жидкости по твердой поверхности до конца неясны, поскольку для их описания необходимо учитывать межатомные взаимодействия. Во многих случаях край жидкости перемещается только благодаря тому, что чуть впереди него течет очень тонкая пленка-предвестник: молекулы пленки притягивают молекулы капли, продвигая край капли вперед. Иногда край цепляется за какой-то дефект поверхности или точку сильного притяжения и застревает на этих местах. Если капля начинает испаряться, ее передняя кромка стремится сжаться, но опять может где-то зацепиться, и тогда пленка будет сжиматься неравномерно (говорят об уменьшении смачивающей способности).

Некоторые вязкие жидкости, такие как масла и глицерин, своеобразно стекают с наклоненной поверхности. Двигающаяся вперед жидкость быстро разбивается на язычки, расположенные на равных расстояниях друг от друга. Эти язычки стекают вниз быстрее, чем области между ними. Язычки образуются из-за того, что край стекающей жидкости нестабилен и случайные возмущения приводят к образованию волн, распространяющихся вдоль него. Одна из таких волн оказывает наибольшее влияние на край стекающей жидкости. Она приводит к образованию расположенных на равном расстоянии сильных, стекающих вниз потоков.

В точках, где текущая по наклонной плоскости жидкая пленка цепляется за поверхность, ее равномерное продвижение вперед нарушается. Результаты этой нестабильности видны на ветровом стекле, с которого скребком сгоняют мыльную воду. Когда дождевая вода стекает по вертикальной бетонной стене, обычно ее передний край движется к земле неравномерно. Из места, где вода может двигаться быстрее, потоки воды устремляются вниз и в стороны.

Сталактиты состоят из карбоната кальция, который осаждается из воды, просачивающейся в пещеру. Вода, поступающая с потолка пещеры, стекает вниз к вершине сталактита. Здесь она задерживается и испаряется, именно здесь происходит самое интенсивное осаждение, и сталактит растет быстрее в длину, чем в ширину. Так образуются широко распространенные кальцитовые образования, ассоциирующиеся у нас с идеальными сталактитами. Однако, если скорость просачивания воды мала по сравнению со скоростью осаждения, могут образовываться сталактиты других форм, такие как стержни и причудливо ветвящиеся структуры, известные как геликтиты.

Если ваш завтрак — залитые молоком хрустящие кукурузные колечки марки «Чириос», вы заметите, что два плавающих в тарелке недалеко друг от друга колечка притягиваются. Почему так происходит? Почему, если в молоко бросить много колечек, через несколько минут они соберутся в группки? И почему колечки скапливаются и у стенки миски? Все это — проявления так называемого эффекта «Чириос».

ОТВЕТ • Благодаря поверхностному натяжению поверхность молока вблизи колечек приподнимается (рис. 2.26). Это значит, что притяжение воды, входящей в состав молока, к краю колечка настолько сильно, что она поднимается вверх, несмотря на направленную вниз силу тяжести. Если два колечка подходят близко друг к другу, поверхность молока между ними искривляется, приводя к появлению сближающей их силы. Сближение колечек можно объяснить и в терминах энергии. Искривленной поверхности соответствует большая энергия. Хлопья сближаются, чтобы уменьшить кривизну поверхности между ними и тем самым понизить энергию.