Юный техник 1979-10, страница 31

Наверное, многие читатели любят физические опыты. Тот, который поможет нам разобраться в принципе расслоения, можно поставить дома или в школьной лаборатории.

Всякий знает, что две несме-шивающиеся жидкости (например, вода и масло) имеют обычно четкую границу раздела. Причем сила тяжести позаботится о том, чтобы более тяжелая жидкость оказалась внизу, а более легкая — сверху. Но можно осторожно налить в сосуд и две смешивающиеся жидкости с различным удельным весом так, чтобы они не смешивались. Например, если раствор поваренной соли с низкой концентрацией по всем правилам экспериментальной техники налить сверху на раствор той же соли с высокой концентрацией, то более концентрированный раствор (его можно еще слегка подкрасить) останется в нижней части, а более легкий — в верхней (смотри рисунок). Граница между ними на какое-то время останется очень резкой. Со временем молекулярная диффузия, конечно, размоет эту границу, но процесс протекает очень медленно, и потребуется 15—20 часов, чтобы слой диффузии расширился до толщины 1 см. А для полного выравнивания концентраций нужны десятки дней.

Теперь поместим в каждый слой по мешалке с лопастями и начнем вращать ось, на которую они насажены (смотри рисунок). Как ни странно, первоначально размытая диффузией граница вновь станет резкой. Можно много раз останавливать мешалки — картина процесса будет той же самой. Если заставить работать мешалки непрерывно, то через некоторое время мы заметим, как постепенно окрашивается верхний слой. Краска вместе с солью переходит в него из нижнего слоя через границу раздела, которая все время остается тонкой

gggp

Опыт с мешалками.

и четкой. Граница исчезнет только тогда, когда концентрации выровняются.

Этот неожиданный результат связан со своеобразным разделением труда между турбулентностью — вихреобразованием, генерируемой мешалками в обоих слоях, и молекулярной диффузией. Именно она «перетаскивает» соль (и . краску) через поверхность раздела, где вертикальное различие концентрации очень велико и где турбулентность практически бессильна против архимедовых сил. Турбулентности же остается перераспределять молекулы соли (и краски) до полной однородности только внутри слоев. При таком совместном действии и полное выравнивание идет значительно 9Корее, чем при одной диффузии. Точно так же образуются слои с резкими границами и в океане. Правда, он никогда не перемешается до полной однородности, а границы между слоями всегда будут оставаться резкими. Причина этого — постоянный приток тепла и соли.

Но что же выполняет работу наших экспериментальных мешалок в океане? Самые разные явления служат непрерывными генераторами «микрозавихрений», турбулентности: ветер, перетекание из морских проливов вод с различными свойствами, течения, вихри, внутренние волны...

Внутренние волны достойны того, чтобы на них остановиться

29