Капля

Капля на кончике иглы

В английском журнале «Физика и химия поверхности» была помещена подборка фотографий, изображающих по­следовательность форм, которые принимает очень тонкая коническая вольфрамовая игла, если в течение длитель­ного времени ее выдерживать при высокой температуре.

Оказывается, что со временем на кончике иглы форми­руются шарики — капли.

В нашей лаборатории были получены очень похожие фотографии, но иглы, с которыми мы экспериментирова­ли, были не из вольфрама, и вообще не из металла, а из воды. О них рассказано в очерке «Капля падает на жид­кость».

Иглы вольфрама, распадающиеся на капли, очень напоминают водяные иглы

Я сравнил фотографии и поразился общности явле­ния в жидких иглах воды и в кристаллических иглах воль­фрама — самого тугоплавкого из всех металлов. Полу­чилось очень убедительное доказательство справедливости физической идеи, согласно которой кристаллические тела, подобно жидким, могут вязко течь. То, что вязкость кристаллов несравненно более высока, чем вязкость жид­кости,— обстоятельство важное, но в принципе существо дела оно не должно менять. Важно, что и кристалл и жидкость могут вязко течь и подобные по форме тела должны деформироваться, подчиняясь общим законам. Эта идея в физику вошла прочно; она, например, лежит в основе физической теории спекания кристаллических по­рошков, согласно которой кристаллические крупинки «сливаются», подобно капелькам жидкости.

Описано много опытов, в которых исследовалось вяз­кое течение кристаллов. Ученые растягивали кристалли­ческие нити, гнули кристаллические пластинки и всякий раз убеждались в том, что при высоких температурах и под влиянием малых нагрузок кристаллы текут, под­чиняясь тем же законам, что и жидкости.

А распадающиеся на капли водяные иглы очень напоминают вольфрамовые

И все же нельзя не удивиться, сопоставив фотографии вольфрамовых и водяных игл, настолько убедительно это сопоставление свидетельствует о «текучести» кристаллического тела: научный доклад в аудитории специалистов, посвященный изложению экспериментального доказательства справед­ливости идеи о принципиальной возможности вязкого течения кристаллов, можно было бы свести к жесту

указкой в сторону этих фотографий и к краткому рас­сказу об условиях, в которых они были получены.

Специально заточенные вольфрамовые иглы, которые вблизи вершины имели диаметр около 0,1 микрона, в те­чение нескольких часов выдерживались в электронном микроскопе при температуре 2600° С, и с помощью этого же микроскопа их профиль периодически фотографировался.

Водяные иглы возникали самопроизвольно после паде­ния капли на поверхность воды. Диаметр такой иглы ра­вен нескольким миллиметрам. Деформировалась она быст­ро, за время около сотой секунды, и поэтому различные стадии процесса снимались скоростной кинокамерой. Огромное различие в вязкости воды и вольфрама и прояв­ляется в том, что распад соответствующих игл на капли происходит при резко отличных условиях: диаметр водя­ной иглы — миллиметры, время распада — сотая секун­ды при температуре 20° С; диаметр вольфрамовой иглы — десятая микрона, время распада — часы при температуре 2600° С.

Фотографии рассказывают об одном и том же; о том, что и вольфрамовая и водяная иглы со временем изменяют свою форму так, чтобы их поверхность уменьшалась и вместе с ней уменьшалась поверхностная энергия. Самый большой выигрыш наступил бы после превращения иглы в шар, так как из всех тел с определенным объемом ми­нимальной поверхностью обладает именно шар. Но для превращения иглы в шар вещество иглы должно переме­щаться на расстояние, приблизительно равное ее длине, что очень трудно осуществимо, а поэтому игла довольст­вуется меньшим выигрышем энергии: образуя перетяжки, она разбивается на много шариков-капелек. Этот выигрыш энергии более доступен, так как для распада на несколько капель вещество иглы должно переместиться на расстоя­ние, приблизительно равное диаметру иглы, а оно сущест­венно короче длины. Наиболее быстро этот процесс за­вершается в самом тонком месте иглы — у ее кончика.

Вот, пожалуй, все, что я хотел рассказать о фотогра­фиях вольфрамовых и водяных игл и о каплях, на которые они распадаются.