Пузыри

ПУЗЫРИ

Я. Е. Гегузин

ШЕДЕВРЫ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Второе издание

2014

Я.Е. Гегузин

ISBN  9785915591782

 © 2014, С.Я. Гегузина
© 2014, ООО Издательский Дом
«Интеллект», оригиналмакет,
оформление

ISBN  9785915591782

Пузыри: Учебное пособие / Я.Е. Гегузин – 2е изд. – Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2014. – 160 с.

В этой знаменитой книге советский физик, выдающийся популяризатор науки Яков Евсеевич Гегузин рассмотрел такие удивительные и 
такие разные пузыри. Это всем привычное «маленькое чудо», на самом 
деле, сыграло огромную роль в современной физике, послужив основой 
мощного инструментария, например, физики элементарных частиц.
В доступной форме на примере таких понятных объектов, как мыльный пузырь, пузырёк в жидкости, автор излагает сложные законы физики, стоящие за их образованием, метаморфозами, взаимодействием 
с поверхностями и с другими пузырями и, в конечном счёте, гибелью. 
Коллапс пузырей является отдельной красивой и нетривиальной задачей науки и техники. Пузыри могут быть не только детской забавой, но 
и серьезной проблемой для ученых, инженеров и технологов. В книге 
блестяще иллюстрируется разносторонний подход к пониманию явлений окружающего нас мира.
Книга предназначена для всех, кто глубоко интересуется физикой.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ко второму изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
Обращение к читателю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7

Глава 1. Мыльные пузыри . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Воды и мыла раздувшаяся смесь . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
Мыльные антипузыри . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
Энергия, заключенная в мыльном пузыре . . . . . . . . . . . . .
21
Мыльный пузырь и резиновый шарик . . . . . . . . . . . . . . .
27
Мембрана между мыльными пузырями . . . . . . . . . . . . . .
30
Форма пузыря . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
Объединение двух мыльных пузырей . . . . . . . . . . . . . . .
35
Взаимное притяжение соприкоснувшихся мыльных пузырей
38
«Лужи вскипали пузырями» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
Кристаллизация пузыря . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
Элементарная теория разрушения пузыря . . . . . . . . . . . . .
47
Два опыта по разрушению пузыря . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
Диффузионное увядание пузыря . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
Мыльный пузырь падает на пол . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
Оптика мыльного пузыря. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60

Глава 2. Кристалл из пузырей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
Скопление пузырей на воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
Важная заслуга кристалла из пузырей перед наукой . . . . .
72
Модель в действии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73

Глава 3. Пузыри в жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
Пузырек всплывает в жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
Рассказ о пузырьке, покоящемся в жидкости . . . . . . . . . .
88
Модельный опыт по флотации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
О «мягких» и «твердых» пузырьках в жидкости . . . . . . . .
93
Газовый пузырек у границы между жидкостями . . . . . . . .
96
Пузырек в капилляре с жидкостью . . . . . . . . . . . . . . . . .
102
Бутылка газированной воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
106
Пузырь-маятник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
109
Пузырь-бублик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
114
Две судьбы пузырей в воде в невесомости . . . . . . . . . . . .
115
Пузырьковое «дыхание» воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
119
Ограненные пузырьки в воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
122
Кипение жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
125
«Вскипание» кристаллизующейся жидкости . . . . . . . . . . .
129
Пузырьковая камера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
133
Газовый пузырек и прочность жидкости . . . . . . . . . . . . .
136
Кавитация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
140
Дождевая капля раздувается в пузырь. . . . . . . . . . . . . . .
143
Пузырек Паустовского . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
146
Пузырьковедение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
147
Жидкое включение с пузырьком в кристалле . . . . . . . . . .
149
Пузырек, существующий в жидком гелии . . . . . . . . . . . .
153

ПРЕДИСЛОВИЕ
КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Когда мне предложили написать предисловие к этой книге,
я испытал чувство радости. Я знал, что Яков Евсеевич Гегузин — автор
пяти замечательных научно-популярных книг: «Очерки о диффузии в
кристаллах», «Капля», «Почему и как исчезает пустота», «Живой кристалл», «Пузыри». Названия расположены в том порядке, в каком они
выходили в свет. Первая — в 1970 г., «Пузыри» оказалась последней
(1985 г.). Все эти книги я прочитал, когда они выходили, иногда еще в
рукописи. Я высоко оценил их тогда, нравятся они мне и сейчас, они
нисколько не устарели.
Познакомились мы в 1939 г. на Физико-математическом факультете
Харьковского университета. Яша был старшекурсником, я только поступил. Меня в конце 1939 г. призвали. Запомнилось знакомство, потому что Яша вел у нас физический кружок, а короткую студенческую
жизнь я вспоминал все годы службы. Демобилизовавшись в начале
1946 г., вернулся в университет, на первый курс. Яша в годы войны
работал на авиационном заводе. В университет Яша смог вернуться
чуть позже меня.
Наша научная жизнь проходила рядом. Мы оба —
воспитанники ХГУ и УФТИ. Когда после войны мы начали общаться,
когда подружились, не могу вспомнить. По воспоминаниям, дружили
всегда.
В 2005 г. ученики издали в Харькове книгу «Яков Евсеевич Гегузин,
ученый и учитель» (Издательство «Фолио»). Под портретом — его слова: «Между наукой и искусством нет разделительного вала: в истинном
естествоиспытателе живет художник, а истинный художник — в какойто мере исследователь природы». Эти слова могут быть эпиграфом к
любой из научно-популярных книг Я. Е.
Важная проблема научно-популярной литературы — создание убедительных образов, заменяющих строгое научное объяснение. Каждый,
писавший научно-популярные произведения, знает, какое это трудное

Предисловие ко второму изданию
5

дело. Книги Якова Евсеевича Гегузина могут служить примером несомненного успеха.
Большинство современных научно-популярных книг по физике посвящено ультрасовременным проблемам. И это замечательно: человечество должно знать, как расширяется наше знание о Мире. Границы
познанного — характеристика любой цивилизации. Но...
В книге, которую я вам очень рекомендую, речь идет о пузырях, да,
о самых обычных пузырях. В 1985 г. «Пузыри» вышли в Библиотечке
«Квант». Взглянул недавно на обложку и подумал: «Смелым человеком
был Яша! Пузыри, просто пузыри, без каких-либо дополнений для интересности, чтобы привлечь.» И рисунок на обложке — обычные мыльные
пузыри. Автор верил: книга интересная, читатель ее оценит. И оценил.
Кажется, в дневниках Лауры Ферми рассказан такой эпизод. В период ухаживания будущий муж обратил ее внимание на звездное небо.
Она, кокетничая, сказала, что все показывают своим девушкам на звезды. На что Ферми будто бы ответил: «Да, но мало кто знает, почему
они светят. А я з н а ю.»
Хорошо итальянским парочкам, а там, где яркое звездное небо —
редкость, где часто идет дождь... Кто из нас сможет объяснить, когда
на лужах появляются пузыри, а когда нет?
Если серьезно... Чтобы добраться до неизвестного, физику необходимы уникальные приборы, очень дорогие установки. Нельзя открыть
новую частицу без гигантских ускорителей, реликтовое излучение изучают приборами, размещенными на спутниках. Подобные усилия необходимы. Этого требует логика исследования. Зная, как наука изменила
существование людей на Земле, жители Земли готовы оплачивать траты ученых.
Без всяких приборов, невооруженными глазами мы видим привычный окружающий нас мир. Уже все знают, что все, что мы видим,
построено из атомов и молекул, а многие знают и о строении атомов. Но
интересно знать, как конкретно устроено все, что нас окружает. Понимание углубляется. Хочется знать, чем нынешнее знание отличается
от того, что было известно раньше. Интересна природа. Такая, какая
она есть, не лабораторные экспонаты, а вот тут, иногда под ногами, а
иногда высоко над нами. За тем, что мы видим (нередко даже невооруженным глазом) скрываются тайны, которые не так просто раскрыть.
Интересно наблюдение, но объяснение тоже интересно. Учителя знакомят с объяснением тех, кому положено объяснение знать, — школьников, студентов, аспирантов. Основное внимание уделяется точности и
строгости. При объяснении эмоции полагается сдерживать. На лекциях
интересно — редкое слово.

Предисловие ко второму изданию

Сколько интересного проходит мимо нас. Если бы нам показали да
еще объяснили, почему интересно. Не так просто увидеть. Видеть надо
уметь. Ну что интересного в пузырях? Не спешите с ответом. Прочтите
сначала «Пузыри» Я. Е. Гегузина.
Яков Евсеевич обладал даром не только смотреть, но и видеть.
Своих читателей он многократно призывает учиться видеть. Смотреть
умеют все, а видеть далеко не все. Ведь видеть включает увидеть,
а увидев, хотя бы попытаться понять, что увидел. Важный этап —
выбор того, что хочется рассмотреть. На помощь приходит удивление.
Не удивишься, не будешь присматриваться, не будешь пытаться понять,
что увидел. Когда увидел, удивился, рассмотрел, понял и проверил,
убедился, что понял правильно, то заслужил награду. И получаешь
ощущение, что увидел нечто удивительно красивое. Как радостно забьется сердце, если вдобавок вспомнишь: понятое и объясненное тобой
законами физики явление заметил твой любимый поэт, и у него родилось несколько прекрасных строк. Есть чем гордиться: ты можешь
разъяснить, что увидел поэт, почему и как происходило то, что он
видел.
Поделиться своим открытием совсем непросто. Надо уметь найти
правильные слова. Поиски красоты и ее описание — сложная задача. Хорошо, если она продолжает основную исследовательскую деятельность, как у Гегузина. Описание реальных лабораторных экспериментов вклинивается в описание наблюдений над избранными внимательным взглядом объектами. Нередко автору для проверки предположений приходилось ставить вполне современные эксперименты. Автор
«впускает» читателя в свою лабораторию, делится мыслями о природе
творчества, обращается не только к уму и знаниям читателя, но и к его
чувствам.
Заканчиваю. Прочитав книгу, вы согласитесь со мной: автор познакомил вас с большим числом очень красивых явлений и объектов, о
которых, сужу по себе, вы не имели представления. А ведь на многие
смотрели. Уж на мыльные пузыри не только все смотрели, но их и
пускали все.
Как и я, вы получите от чтения большое удовольствие. В этом
уверен.

М. И. Каганов
Март 2014 г.

ОБРАЩЕНИЕ К ЧИТАТЕЛЮ

Эта книга посвящена пузырям. И тем, которые образованы
тонкой мыльной пленкой, и тем, которые расположены в жидкости.
Это явно разные объекты, и все же для них характерно много общих
черт, и я надеюсь, что два различных типа пузырей будут естественно
соседствовать под общим переплетом.
Читатель, видимо, хотел бы узнать, почему автор решил рассказать
о пузырях в популярной книге. Готов ответить. Тому есть две причины.
Во-первых, как выясняется, пузырек оказывается главным участником очень важных технологических процессов и физических явлений.
Эти процессы могут быть организованы лучшим образом, а явления
использованы с наибольшим успехом, если будут поняты физические
закономерности, управляющие поведением пузырей.
Речь идет о флотации — процессе, при котором руда освобождается
от пустой породы, о кавитации — процессе появления несплошностей в
жидкости вследствие местного понижения давления (эти несплошности
превращаются в пузырьки, которые, схлопываясь, могут изъязвлять
и разрушать металл, находящийся в жидкости, в частности гребные
винты кораблей), о барботаже — продувании сквозь жидкость газовых пузырьков (их поток приводит к совершенному перемешиванию
жидкости, а иной раз используется для ее равномерного прогрева), о
таких будничных явлениях, как «дыхание» жидкости и ее кипение, об
огромных пузырьковых камерах, с помощью которых в лабораториях
обнаруживаются быстро летящие частицы, родившиеся в различных
ядерных реакциях, и о многом ином.
Во-вторых, я это сделал, ведомый желанием и надеждой поделиться
с читателями тем чувством радости, которое мне доставляют созерцание природы и попытки понять, как общие законы физики себя обнаруживают в конкретных, иной раз неожиданных явлениях: в отрыве
капли от сосульки, в колебаниях листьев кроны дерева, обдуваемого

Обращение к читателю

ветром, во всплывании газового пузырька в воде, в павлиньей раскраске
мыльного пузыря, в бликах лунной дорожки на поверхности ночной
реки.
А пузырь — это, по-моему, очень интересно и изумительно красиво.
У Марка Твена есть такая восторженная фраза: «Мыльный пузырь,
пожалуй, самое восхитительное и самое изысканное явление природы».
Я не четко понимаю, что означают слова «изысканное явление», но
отчетливо вижу, что Твен упивается созерцанием мыльного пузыря.
Хочется, чтобы стоящая предо мной цель — поделиться с читателем
радостью созерцания и познания — была достигнута, чтобы читатель
испытал чувство радости, побывав в том уголке природы, который именуется «пузыри». Это чувство — очень доброе и очень надежное начало
последующего изучения природы.
Автор надеется, что на вопрос читателя ответ дан. Теперь дело за
книгой.
В конце обращения я считаю необходимым поблагодарить А. И. Быховского, А. С. Дзюбу, Ю. С. Кагановского, В. С. Кружанова, А. И. Лесина и Л. С. Швиндлермана за многочисленные обсуждения текста
книги и В. В. Богданова за помощь, оказанную при ее оформлении.
Искренне благодарен также профессору Л. Г. Асламазову. Его строгая
критика в сочетании с деликатной требовательностью помогли мне при
окончательной подготовке рукописи к печати.

Автор

Г Л А В А
1

МЫЛЬНЫЕ ПУЗЫРИ

В нем столько красок было,
Была такая спесь,
А он — воды и мыла
Раздувшаяся смесь.

Самуил Маршак. «Мыльные пузыри»

Глава 1. Мыльные пузыри

Собираясь писать о мыльных пузырях, нельзя не вспомнить о вышедшей 100 лет тому назад популярной книге Чарльза Бойса
«Мыльные пузыри» и не задуматься над тем, в чем секрет ее долголетия. А еще и над тем, что, быть может, после Бойса и писать о мыльных
пузырях не следует.
Думается, что прелесть книги Бойса — в безыскусном единении
элементов игры и науки. Ее читатели — им, скажем, 14–16 лет —
живут в пограничной полосе между детством и юностью. Они еще не
совсем утратили потребность поиграть во что-нибудь увлекательное,
пообщаться с чем-нибудь удивляющим. Самые счастливые и талантливые из них сохраняют эту потребность на всю жизнь. Из них-то и получаются настоящие ученые, которым доступны свершения. Мыльный
пузырь — великолепный объект для игры: красивый, экзотический, легко доступный и неисчерпаемый. И книга о нем, безусловно, желанна.
Не станем искать недостатки в книге Бойса. Известно, что лучше
любого рецензента книгу судит время, имея в своем арсенале такую
кару, как забвение. Не громкое поругание, а молчаливое забвение.
«Мыльные пузыри» Бойса выдержали испытание временем.
А теперь — о том, следует или не следует после Бойса писать
о мыльных пузырях. По-моему, следует, и, во всяком случае, можно
писать. В частности, на это дают право прошедшие 100 лет: появились
новые знания о пузырях, изменился читатель. И еще одна причина: другая книга — другой автор, а это значит — немного другая формулировка
знаний, несколько иной круг интересов.
Очень многие помнят и любят веселое ироничное стихотворение
С. Я. Маршака «Мыльные пузыри», строки из которого взяты в качестве эпиграфа к этой главе. Потому и помнят, что любят — за легкость, яркость и многоцветность стиха, которые сродни легкости и
многоцветности мыльного пузыря, отсвечивающего и синевой моря, и
огнем пожара. Маршак утверждал, что пузырь без всяких оснований
хвалится, что родился из морской пены, когда в действительности, он
просто-напросто раздувшаяся смесь воды и мыла. Так, шутя, судит о
мыльном пузыре поэт.
А вот великий английский физик лорд Кельвин, за которым числятся многие фундаментальные достижения в науке, к мыльному пузырю
относился много почтительнее. В одной из своих лекций он говорил:
«Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него. Вы можете заниматься
всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики».
Итак, воздадим должное Бойсу, порадуемся веселым стихам Маршака и последуем доброму совету Кельвина.