Почему? Почему ранее, при небольшой напряженности поля, мелкие капли объединялись в крупную, а при большой напряженности они сочли для себя целесообразным дробиться на еще более мелкие и разлетаться во все стороны сверкающим фонтанчиком? Или, иными словами, почему в сильном электрическом поле капля на кончике струи утрачивает устойчивость и разрывается на множество мелких?
Разрыв капли происходит под влиянием электрического растягивающего давления Ре . Оно побеждает лапласовское, которое, сжимая каплю, стремится сохранить ее.
Электрическое давление, возникающее в электрическом поле, подобно тому, которое разрывает тяжелые атомные ядра, обладающие большим зарядом. Отличие лишь в том, что заряженное ядро находится в поле, которое создано его собственным зарядом, а дробящаяся водяная капля находится в поле, созданном и поддерживаемом внешним источником.
После сказанного легко оценить величину электрического давления. Имея в виду каплю радиуса R , несущую заряд q , можно определить силу, которая разрывает каплю,
В этой формуле все разумно: напряженность электрического поля, необходимая для разрыва струи, оказывается тем больше, чем меньше размер капли и чем больше величина поверхностного натяжения, сжимающего ее. Однако, чтобы эту формулу сопоставить с результатами опыта, необходимо учесть, что напряженность Ек отличается от Е0 — напряженности между пластинами конденсатора. Так как вблизи капли, сидящей на струе, силовые линии поля сгущаются, Ек будет больше, чем Е0.
Расчет показывает, что Ек = Е0 . Удобнее эту формулу переписать в виде:
Последняя формула естественно объясняет понижение точки, в которой начинается распад капель, с ростом напряженности :
l ≈ 1/Eo
Получается своеобразный высоковольтный вольтметр. С его помощью можно определить напряженность, измерив расстояние l.
Вот теперь, пожалуй, опыт Рэлея — Френкеля понят, и обе кинограммы истолкованы.
Радугу творят водяные капли: в небе — дождинки, на поливаемом асфальте — капельки, брызги от водяной струи. Радугу могут сотворить и капли-росинки, которыми осенним утром покрыта низко скошенная трава.
Вначале поговорим о «геометрии» радуги, т. е. о форме и расположении разноцветных дуг, а затем — о «физике» радуги, о том, какие физические законы определяют ее форму и цвета.
«Геометрия радуги» в небе описана давным-давно. Обычно в небе видны две разноцветные концентрические дуги — одна яркая, а другая побледнее. Каждая дуга является честью окружности, центр которой лежит на прямой, проведенной через солнце и глаз наблюдателя. Эта прямая — своеобразная ось, и вокруг нее изогнута радуга. Глаз наблюдателя оказывается в вершине конусов, в основании которых — разноцветные дуги. Образующие этих конусов с осью соответственно составляют углы 42 и 51°. Солнце светит из-за спины наблюдателя, и, чем ниже оно опускается к горизонту, тем выше поднимается вершина радуги. В тот момент, когда солнце касается горизонта, можно увидеть полукруглую радугу — большей она никогда не бывает. Если же солнце поднимется над горизонтом более чем на 42°, вершина яркой радуги уйдет за горизонт.
Все происходит так, будто негнущиеся прямые, как коромысло, закреплены в точке О, где находится глаз наблюдателя, а на концах коромысла — солнце и вершина радуги. Это означает, что у каждого наблюдателя «своя» радуга, изогнутая вокруг «своей» оси, той самой, которая проходит через его глаз. Радуга все же не настолько «своя», чтобы стоящие рядом не могли обсуждать ее красоту. Они видят практически одно и то же, так как солнце удалено от наблюдателей на расстояние, неизмеримо большее, чем расстояние между ними. И еще: дойти до радуги, как и до горизонта, невозможно. И приблизиться к ней тоже невозможно, потому что это означало бы изменение всей геометрии радуги, в частности угла при вершине конуса. А его соблюдение — первейшее требование и физики и геометрии радуги.
К геометрическим сведениям следует отнести данные о порядке чередования цветов в радугах. Как известно, в радуге представлены «все цвета радуги» — от красного до фиолетового. Порядок цветов в дугах обратный, и друг к другу они обращены красными полосами. Вот и вся геометрия радуги, во всяком случае той, которая сотворена каплями в небе.