Эксперименты, проведенные по упомянутой методике, могут быть подразделены на две группы. В одних экспериментах используются прямолинейно распространяющиеся волны, образованные с помощью колебаний стеклянной пластины, укрепленной на одной из пластин камертона, в других — стоячие волны, полученные в результате интерференции между двумя расходящимися круговыми волнами, создаваемыми двумя булавками, укрепленными на обеих пластинах камертона.

В числе авторов, которые использовали первый метод, только Дорсей и Коловрат-Червинский исследовали значение длины волны на различных расстояниях от генератора. Оба исследователя обнаружили существенные нерегулярности вблизи генератора, причём длина волны зависела от расстояния от пластины камертона и оставалась постоянной на больших расстояниях от неё. Упомянутые авторы, зная об этом эффекте, использовали для определения коэффициента поверхностного натяжения только те волны, которые находились на определённом расстоянии от стеклянной пластинки (Дорсей — 4 см, Коловрат-Червинский — 8 см). Поскольку длина волны вблизи стеклянной пластинки была больше, чем вдали от нее, это может объяснить тот факт, что как Дорсей, так и особенно Коловрат-Червинский нашли для коэффициента поверхностного натяжения более низкие значения, чем другие исследователи, использовавшие тот же самый метод, но не предпринимавшие в этом направлении соответствующих предосторожностей.

Другой метод, использующий стоячие волны, также страдает, как заметил и Коловрат-Червинский, определёнными дефектами. При измерениях длины волны колебаний по прямой, соединяющей упомянутые булавки, удается исследовать только те из волн, которые находятся на таком небольшом расстоянии от булавок, что нельзя обеспечить исключения каких-либо существенно нерегулярных явлений. По этой причине результаты, найденные по указанной методике, не представляются очень надёжными. В частности, очень большие значения коэффициента поверхностного натяжения, полученные в работах Грунмаха, Брюммера и Левенфельда, и значительные расхождения между результатами их отдельных измерений можно, вероятно, объяснить очень малым расстоянием (1,8 см) между булавками, использованными этими исследователями. Калэн, который использовал тот же самый метод, но у которого расстояние между булавками составляло 7 см, также нашёл существенно меньшее значение коэффициента поверхностного натяжения, причём взаимная согласованность его результатов намного превосходила наблюдавшуюся упомянутыми выше авторами.

В результате этого рассмотрения автору не представляется необходимым делать вывод о том, что метод капиллярных волн в действительности даёт для коэффициента поверхностного натяжения значения, существенно более высокие, чем те, которые были найдены по методу, описанному в настоящей статье.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе для определения величины коэффициента поверхностного натяжения воды использован метод колебаний струи, предложенный Рэлеем. Этот метод имеет фундаментальные преимущества, связанные с тем, что в исследованиях изучается свежеобразованная поверхность,

В первой части настоящей работы показано, что теория Рэлея, развитая для бесконечно малых колебаний струи жидкости без учёта вязкости, может быть дополнена и уточнена учётом влияния конечных значений амплитуды и вязкости.

В экспериментальной части этого исследования показано, как наиболее простым способом оказывается возможным обеспечить выполнение на используемом для измерений участке струи условий, на которых основывается теоретический расчёт.

Конечным результатом своих измерений автор считает значение коэффициента поверхностного натяжения воды (при температуре 12° С), равное 73,23 дин/см.

Поступила 12 февраля 1909 г.

1910

2 К ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ СВЕЖЕОБРАЗОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ^*

* On the Determination of the Tension of a recently formed Water-surface. Proc. Roy. Soc. (London), 1910, A84, 395-403.

В дополнение к моей статье, опубликованной в «Philosophical Transactions» ¹ и посвящённой определению коэффициента поверхностного натяжения воды, я хотел бы добавить следующие замечания, относящиеся к определению величины коэффициента поверхностного натяжения свежеобразованной поверхности воды и к некоторым подробностям, существенным для определения этого коэффициента.

¹ N. Воhr. Phil. Trans. Roy. Soc., 1909, A209, 281 (статья 1). (В последующих ссылках — I с указанием страницы.— Ред.)

Ленард в недавно опубликованной статье ² определил коэффициент поверхностного натяжения воды с помощью исследования колебаний падающих капель и нашёл для этого коэффициента значения, которые существенно превосходят определённые с помощью других методов. На основании этого, а также и других экспериментальных результатов, опубликованных в его предыдущей статье ³, он сделал вывод о том, что коэффициент поверхностного натяжения свежеобразованной поверхности воды очень велик, но в течение очень короткого времени (доли секунды) его величина существенно уменьшается. Он отмечает, что этот результат находится в согласии с экспериментами, опубликованными в моей работе, о которой упоминалось выше. Здесь я хочу попытаться объяснить, какие причины не позволяют мне согласиться с выводами Ленарда.

² Р. Lenard. Sitzungsber. d. Heidelberger Akad. d. Wiss., Math.-nat. Kl. Jahrg., 1910, Abh. 18. (В последующих ссылках — II с указанием страницы.— Ред.)

³ Р. Lenard. Ann. d. Phys. u. Cbem., 1887, 30, 209.

Определение коэффициента поверхностного натяжения воды в моей работе проводилось с использованием метода колебаний струи. Теоретические основы этого метода, как и метода, использованного Ленардом, были даны Рэлеем ⁴.

⁴ Rayleigh. Roy. Soc. Proc., 1879, 39, 71.

Обращаясь к исследованиям колебания струи, особенно с точки зрения удовлетворения тех предположений, которые были сделаны при теоретическом рассмотрении этого явления, следует сказать, что в моих экспериментах изучалось большое число колебаний, начинающихся непосредственно около отверстия и распространяющихся от него в случае наиболее стабильных струй на расстояния, превышающие 45 см (скорость струи составляла примерно 425 см/сек). Эти измерения показали, что длина волны по своей величине не постоянна всюду, но начиная от отверстия уменьшается вначале довольно быстро, а затем — более медленно. Начиная с расстояния примерно 25 см от отверстия она остаётся практически постоянной на всем протяжении, где стабильность струи достаточна для выполнения измерений.

Этот результат, следовательно, показывает существование определённых нерегулярностей в данном явлении, которые возникают при образовании струи и довольно быстро (за время порядка 0,06 сек) исчезают (см. I, стр. 40).

Можно думать, что эти нерегулярности являются следствием возможных изменений (со временем) величины коэффициента поверхностного натяжения непосредственно после образования поверхности, а частично возникают за счёт нерегулярностей механического (гидродинамического) характера (см. I, стр. 29). Поскольку последние нерегулярности, как объяснено в моей предыдущей работе, должны быстро уменьшаться по мере удаления от источника струи, экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что коэффициент поверхностного натяжения во всех опытах, когда он измерялся по прошествии 0,06 сек после образования поверхности, с хорошей точностью оставался постоянным — до тех пор, пока его ещё можно было изучать по использованной методике¹. Это постоянное значение и полагалось равным искомому коэффициенту поверхностного натяжения, и лишь оно в каждом случае сравнивалось с результатами измерений этой же величины, проведенных другими методами, в которых исследуемая поверхность существовала намного дольше 0,06 сек.