Классическое исследование капли

Бытует ошибочное мнение, будто первые фотографии разбрызгивающихся капель Гарольд Эджертон получил вскоре после того, как в 30-е годы нынешнего столетия он изобрел современный стробоскоп. Без сомнения, его фотография "короны", возникающей при падении капли молока на тарелку, стала классической; однако сам он всегда отдавал должное своему предшественнику А. Уортингтону. Более 30 лет Уортингтон, профессор физики Королевского военно-морского инженерного колледжа в Девонпорте, изучал явления, связанные с образованием брызг, и вершиной этих исследований стала его замечательная книга "Исследование брызг", вышедшая в 1908 г.

Продолжая более ранние опыты Рэлея, Уортингтон впервые применил фотографию в своих исследованиях в 1894 г. Прежние попытки получить фотографии брызг оканчивались неудачей из-за отсутствия пластинок, обладающих достаточной чувствительностью для съемки со столь короткими выдержками. Хотя Уортингтон и опубликовал две работы под эгидой Королевского общества, он стремился дать возможность и широкой публике "разделить то восхищение, которое сам испытал, рассматривая изящные формы, открытые объективом фотоаппарата, и наблюдая последовательность событий, сжатых в пределах нескольких сотых секунды, но тем не менее происходящих закономерно и в строгом порядке, - событий, которые, хотя их легко предвидеть и понять, требуют высочайшей математической культуры для своего объяснения". Тем не менее "моментальные" фотографии Уортингтона были предназначены не столько для иллюстрированных журналов, сколько для научного изучения. "Нам так мало известно о поведении реальных, а не воображаемых жидкостей, - писал он, - что мы не можем не полагать, что достоверная информация о движении жидкости при самых простых начальных условиях представляет большую ценность, чем просто научный курьез".

Фотографий установки Уортингтона не сохранилось, но имеется ее описание. Над миской с жидкостью (обычно с водой, подкрашенной молоком, а иногда с глицерином или бензином) помещалось часовое стеклышко с каплей; оно укреплялось на горизонтальном стержне с пружиной, которая отбрасывала его вбок, когда выключался ток в электромагните, удерживающем пружину во взведенном состоянии. В ту же электрическую схему был включен аналогичный электромагнит, сбрасывающий одновременно с каплей металлический шарик-синхронизатор, который, падая, замыкал два магниевых контакта, соединенных с полюсами лейденской банки. Таким образом создавалась искра, освещавшая миску, в которую падала капля. Уортингтон подбирал момент съемки так, чтобы зафиксировать не последовательное развитие всплеска от одной и той же капли, а разные фазы повторяющихся одинаковых всплесков. Задержка вспышки регулировалась путем изменения высоты, с которой сбрасывался шарик.

В приведенной здесь серии фотографий, составленной самим Уортингтоном, вместо капли использовался каменный шарик диаметром 3,2 см. Создается впечатление, что гладко отполированная сфера "натягивает" на себя воду, как жидкий чехол, еще до того, как погружается полностью (серия С, фото 3). Всплеск при погружении очень слабый.

Шарик диаметром 1,5 см с шероховатой поверхностью при падении в воду с той же высоты производил совершенно иной эффект (серия D). Теперь жидкость стремится уйти от погружающегося в нее шарика, образуя вокруг него "корону" ("корзиночный всплеск", по выражению Уортингтона). Зубцы "короны" сливаются между собой, она утолщается, и неожиданно "из глубины кратера вырывается с поразительной скоростью изящная струйка" (фото 8-10). Если тот же шарик сбрасывать с большей высоты (серия Е), то "корона" растет, пока стенки кратера не смыкаются в пузырек "изумительной красоты".

Последовательность из девяти фотографий (ниже серии Е) показывает эффекты, возникающие при падении шероховатого шарика с еще большей высоты (140 см), которые наблюдались как выше, так и ниже поверхности воды. Картина удивительным образом меняется: струйка, направленная вверх, становится слабой, а вместо этого в воздушную ямку, образовавшуюся за шариком, бьет струйка, направленная вниз. На двух последних снимках воздушный столбик разбивается бьющей вниз струей, и вода на поверхности "вскипает", что заметно даже невооруженным глазом.

Примерно 1908 г. Королевский военно-морской инженерный колледж, Девонпорт, Великобритания А. Уортингтон и Дж. Брайан Освещение искрой, сфокусированной вогнутым зеркалом; синхронизация падающим шариком, который замыкает контакты Пластинки 'Томас AI Ординари'. Менее 3 мкс Музей науки, Лондон [299-301]