Марк Волынский - Необыкновенная жизнь обыкновенной капли

Сейчас возникла целая область гидродинамики неве­сомости, важная для спутников и космических аппара­тов, на борту которых всегда имеются жидкости раз­личного рода и назначения.

Неустойчивость жидких струй —явление нарастания амплитуды случайных, бесконечно малых начальных колебаний координат поверхности струи (поверхности тангенциального разрыва скоростей струи жидкости и окружающей среды).

Неустойчивость капли— явление деформации капли обтекающим потоком: сначала капля приобретает фор­му диска, переходит затем в тороидальное кольцо, ко­торое неустойчиво к начальным возмущениям своей по­верхности (см. Неустойчивость жидких струй).

Облака— скопление продуктов конденсации водяно­го пара — капель или кристалликов льда. Капли обра­зуются и растут на ядрах конденсации, затем увеличиваются при слиянии — коагуляции. В условиях отрица­тельных температур капли становятся переохлажден­ными.

Для рассеивания облаков (и туманов) в них вводят с земли или самолета хладореагенты — частицы сухого льда, твердого СО 2(углекислоты) или льдообразующее вещество — йодистое серебро. Возникшие кристаллики льда укрупняются и выпадают дождем — «население» облака редеет, капли начинают испаряться за счет уменьшения концентрации пара. Дожди по заказу уже вызывали в ряде стран.

Орошение взрывом.Существуют различные методы и дождевальные установки для искусственного ороше­ния сельскохозяйственных угодий. Отметим новый ори­гинальный газовзрывной способ. Он обеспечивает вы­брос и распыливание струи воды на расстояние 100 и более метров при взрыве и воспламенении горючей сме­си, подаваемой в свободное пространство — камеру сго­рания над жидкостью (изобретение инженера Г. П. Примова). Удается получить относительно однородные кап­ли диаметром не более 600 микрометров. Поливальная машина должна соблюдать свой рацион «кормления» — слишком крупные частицы ранят растения и утрамбо­вывают землю, а мелкие — быстро испаряются. На литр жидкости тратится 1/ 4грамма топлива. Установка по­лучается экономичней и компактней многих других.

Паук. Южноамериканская мастафора(родич обычного нашего крестовика) применяет своеобразный метод охоты: вращает лапками паутину с каплей клейкой жидкости на конце, пока не зацепит неосторожную мош­ку. «Эти искусные, мерзкие и хитрые пауки» изобрели свой метод намного раньше, чем человек: туземцы-охотники Патагонии бросают вертящуюся веревку с грузи­ками, стреноживая бегущее животное.

Порошковая металлургияиспользует (в частности) метод распыливания жидкого металла, капельки кото­рого, застывая, образуют мелкий порошок; из него по специальной технологии (спекание) изготовляют дета­ли машин. Эффективен способ плазменного напыле­ния порошков высокотемпературной газовой струей на поверхность изделия. Часто до 99 процентов массы де­тали можно изготовить из дешевых сортов стали — порошковая металлургия способна одеть ее в защитную «рубашку»; 60 процентов деталей заменяются из-за из­носа всего лишь 0,3 миллиметра рабочей поверхности. В металлургии гранул (новое, весьма перспективное на­правление) пышущий жаром водопад металла распы­ляют высоконапорной струей воздуха на капли диамет­ром около 20 микрометров, сразу подвергая их резкому дополнительному охлаждению. За доли секунды возни­кают гранулы. Гранулированный металл приобретает новые свойства, он идет на изготовление деталей по особой технологии.

Пузырьковая камера— следующий после камеры Вильсона шаг в экспериментальной технике (созда­тель— американский физик Дональд Глезер, Нобелев­ская премия 1952 г.). Вильсон использовал пусковой механизм неустойчивого равновесия в пересыщенном паре, а Глезер — аналогичный механизм в неустойчи­вом равновесии перегретой или нестабильной жидкости. Чем чище жидкость и стенки сосуда, тем меньше раз­мер зародышевых пузырьков газа — будущих центров закипания. Такую жидкость можно перегреть выше обычной точки равновесного кипения, не приведя к за­кипанию. В обычных условиях температура кипения поднимается с ростом давления, но перегретая жид­кость, сжатая поршнем, длительное время не кипит. При мгновенном снятии нагрузки с поршня жидкость становится нестабильной, ее фазовое состояние неустой­чивым, температура падает ниже точки кипения, вот-вот готовы возникнуть пузырьки пара.

Быстрая элементарная частица, запущенная в каме­ру, имеет шансы столкнуться с окружающими атома­ми — жидкость плотнее газа в сотни раз. Столкновения создают местные центры зарождения пузырьков пара, вереница которых и отмечает траекторию полета частицы — мы снова видим невидимое. Траектория просту­пает мгновенно, диффузия и конвекция не успевают раз­мыть ее. Например, гигантская пузырьковая камера на жидком водороде «Мирабель» имеет объем 10 м 3и об­служивает ускоритель АН СССР в Серпухове. Сущест­вуют и более крупные камеры.