Раздавленная капля
Раздавленная капля
Аналогия рождается на перекрестках памяти и раздумий и иногда связывает воедино образы и события, состоящие в очень дальнем родстве. Неожиданная аналогия, даже отдаленная или поверхностная, родившись вовремя, может помочь исследователю выйти из тупика и осветить путь к решению.
Когда-то, в конце 40-х годов, я участвовал в экспериментальной работе. Ее цель заключалась в определении физических характеристик вещества, которое ранее не исследовалось. Ранее этого вещества в чистом виде просто не было — ценой больших усилий его получили химики.
На первый взгляд задача совсем не новая, и решать ее следует, двигаясь путями, проторенными многими исследователями, изучавшими физические характеристики других веществ. Наша задача, однако, была усложнена тем, что экспериментировать мы могли лишь с микроскопическими крупинками. Каждая крупинка весила около одной миллионной грамма, а размер ее — несколько десятков микрон. Количеством крупинок мы были очень ограничены — химики их добывали с трудом.
Группа, в которой я работал, должна была определить температуру плавления и поверхностное натяжение вещества в жидкой фазе.
В обычном «макроскопическом» эксперименте температура плавления измеряется легко и просто: в образец погружают термометр и следят за тем, как меняются его показания по мере нагрева образца. Температура постепенно возрастает. Когда она достигнет некоторого значения, ее рост приостановится в связи с тем, что тепло, притекающее к образцу, начнет расходоваться не на нагрев, а на процесс расплавления. Эта температура и является температурой плавления. Когда же масса крупинки — одна миллионная грамма, термометр внедрить в нее невозможно и для определения температуры плавления следует искать обходные пути.
Один из участников нашей группы, у которого за плечами были годы работы в литейном цехе, предложил совсем неожиданное решение задачи. Его память хранила воспоминание, родившее аналогию. В годы войны, сказал он, я вел плавку одновременно в нескольких одинаковых тигельных электропечах. Загружал их алюминиевыми чушками и, чтобы определить начало расплавления шихты в печи, не забираясь на ее загрузочную площадку, в каждую печь между чушками вертикально устанавливал длинный металлический стержень, который был виден над печью. В момент начала плавления стержень наклонялся — это служило сигналом.
Это воспоминание подсказало идею, с помощью которой можно было измерить температуру плавления крупинки. Опыт заключался в следующем. На тщательно отполированной пластинке кварца располагалась крупинка. Сверху ее накрывали другой пластинкой кварца, которая, касаясь крупинки, образовывала некоторый угол с первой пластинкой. Это устройство нагревали, и в тот момент, когда крупинка расплавлялась, верхняя пластинка раздавливала образовавшуюся каплю и угол между пластинками скачкообразно уменьшался. Чтобы надежнее этот момент зарегистрировать, на внешнюю поверхность верх^ ней пластинки нанесли зеркальное покрытие и следили за тем, как отражаемый от нее луч скачком смещается. Пластинка, меняющая свое положение, была подобна металлическому стержню, который наклонялся, свидетельствуя о начале процесса плавления. Так как масса крупинки пренебрежимо мала по сравнению с массой кварцевых пластинок, между которыми она зажата, температура крупинки равна температуре пластинок и, следовательно, измерить ее весьма просто.
В описанном опыте, вопреки известной пословице, нам удалось убить двух зайцев: определить, во-первых, температуру плавления и, во-вторых, величину поверхностного натяжения расплавленного вещества. Дело в том, что верхняя пластинка, раздавливая своей тяжестью каплю, превращала ее в лепешку определенной толщины. Сколько раз ни повторялся бы опыт по расплавлению одной и той же крупинки, образовывавшаяся жидкая капля весом пластинки расплющивалась до одной и той же толщины к