Юный техник, 2006 № 08 - Журнал «Юный техник»

Он не только использовал модель, созданную Эггером, но усовершенствовал ее, описав еще и то, что происходит внутри самой капли. Ученый словно разъял каплю на множество частей, чтобы понять, как они перетекают внутри ее, чтобы выяснить, что бывает после того, как водяная нить разорвется, и как это влияет на дальнейшую динамику капель.

Компьютерная модель позволила пристальнее заглянуть в глубь происходящего: как только капля срывается вниз, то нить, на которой она висела, не сразу оттягивается назад; сперва она сама скручивается в крохотную капельку — так называемую капельку-сателлит. С ее поверхности тут же срываются крохотные частички воды — субсателлиты; они всплывают из глубины этой капельки, как мяч — из воды.

Именно из-за их появления струйные принтеры оставляют нечеткий, чуть размытый оттиск. Теперь, зная, что за микроскопические процессы протекают внутри каждой капли, можно изготовить струйный принтер, работающий гораздо четче.

С такими выводами согласны и европейские физики. Причем, анализируя работу того же струйного принтера, им недавно удалось обнаружить и еще один ранее неизвестный феномен. В момент столкновения водяной капли с бумагой или иной твердой гидрофобной поверхностью от нее, от капли, отделяется тончайшая струйка. Причем скорость этой струйки в 40 раз превосходит скорость падения самой капли!

Это наблюдение Денис Бартоло из французской Ecole Normal Superieure и его коллеги из Нидерландов задокументировали высокоскоростной видеосъемкой и рассчитали, что при начальной скорости капли, равной 50 см в секунду, скорость отделяющейся от нее тонкой струйки равна 20 м в секунду. Однако такого уже не происходит при скорости капли больше 70 см в секунду. Почему? Предполагается, что микроскопический поток воды возникает от столкновения друг с другом и «взрыва» заключенных в капле пузырьков воздуха при деформации капли в результате удара о поверхность. А при увеличении скорости падения капли пузырькам воздуха в капле удержаться уже не удается, и «взрывы» не происходят.

«Полученные результаты важны для понимания практически всех процессов, при которых происходит столкновение капель с поверхностью, — утверждают исследователи. — Речь вдет и о струйной печати, и о капельном орошении, а также опрыскивании пестицидами в агрономии, не говоря уже о применении аэрозолей в современном изобразительном искусстве»…

Александр ВОЛКОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЗ ПРОТОЧНОЙ ВОДЫ

Канадские ученые из Университета провинции Альберта разработали новый способ получения небольших количеств электрической энергии из проточной воды. Принцип действия устройства, получившего название электрокинетической батарейки, состоит в пропускании воды через керамический или стеклянный «фильтр», помещенный в сосуд с электродами. Оказывается, при прохождении молекул Н2О через тысячи мельчайших каналов происходит поляризация положительно и отрицательно заряженных ионов воды. «Благодаря этому естественному разделению и накапливается электрический потенциал», — пояснил профессор Дэниел Квок.

В первых опытах, прогнав небольшое количество воды через 450 000 микроканалов, ученым удалось получить достаточно энергии для того, чтобы зажечь светодиод. И это только начало.

По словам ученых, их изобретение может быть использовано, например, для обеспечения работы сотовых телефонов или калькуляторов. Пользователям таких устройств, чтобы «подзарядить» их, понадобится лишь десяток раз нажать на рукоять миниатюрного насоса для перекачки воды внутри электрокинетической батарейки.

Кроме того, хотя количество энергии, получаемой в результате прохождения воды через один микроканал, очень мало — 30-сантиметровый столбик жидкости даст всего 1–2 микроампера, ученые не исключают возможности создания «фильтра» с миллионами каналов. А это позволит получать на выходе электрические мощности, сравнимые с возможностями, например, автомобильного аккумулятора.

С ПОЛКИ АРХИВАРИУСА

Правдивая история о том, как грузовики согревали дома и ездили, не тратя ни грамма бензина

В начале XX века в Англии часто можно было наблюдать, как, по вечерам, когда стемнеет, к домам подъезжали грузовые автомобили и подключались к системе отопления. Зачем?

Климат Англии не сравнить с нашим среднерусским. В Лондоне растут даже пальмы. Но все же — почитайте классиков — промозглый туман, часто моросящий дождь заставляют людей дрожать от холода, особенно по ночам. Потому отоплению домов англичане всегда уделяли много внимания. Им мы обязаны, в частности, изобретением камина. Сидеть у камина уютно, но топлива он пожирает несметное количество, а в комнату попадает лишь сотая часть полученного тепла.

Обычные печи гораздо выгоднее. И в конце XIX века, когда в Англии начали строить огромные кварталы дешевых типовых домов, какое-то время пользовались печным отоплением. Но печь пожароопасна, требует постоянного присмотра и очень не экономична.

Хорошим решением вопроса стало центральное паровое отопление. Топливо сжигали в специальном котле, и почти вся его энергия шла на нагревание воды и получение пара, который по трубам поступал в батареи домов.

Устройство парового грузовика:

1 — паровая машина; 2 — котел; 3 — карданный вал.

Котлы были дороги, нуждались в грамотном обслуживании. При несоблюдении правил могли и взорваться. Поэтому старались делать один котел на несколько домов, а пар подавать по трубам порою за несколько километров. Тепло по дороге терялось, строительство котельных и прокладка труб обходились недешево. И тогда англичан неожиданно выручили автомобили. Паровые автомобили, которых было великое множество, стоили очень дешево и работали на угле.

Если запуск бензинового двигателя внутреннего сгорания занимал всего несколько секунд, то для растопки парового котла на каменном угле требовалось около двух часов. И потому домовладельцы и владельцы автомобилей вступили в неожиданный взаимовыгодный союз. Подключение автомобильного парового котла для обогрева дома избавляло от необходимости тушить его на ночь. Бросит водитель в котел несколько лопат угля, он будет до утра работать без всякого присмотра. Утром, стоит лишь отсоединить котел от прогретого дома, и автомобиль готов к работе.

Что же это были за грузовики с паровыми котлами на борту? Отвечать на этот вопрос волей-неволей придется издалека.

Паровой грузовик «Сентинел».

Все современные автомобили оснащены двигателем внутреннего сгорания. Но многие инженеры в конце XIX века полагали, что для работы на автомобиле он не пригоден. Вот как они рассуждали. Непосредственно соединить его с колесом нельзя, хотя бы потому, что он вращается слишком быстро. Если поставить замедляющую передачу, редуктор, то он сможет двигать автомобиль, но только в определенном диапазоне скоростей. Стоит выйти за его пределы — и двигатель заглохнет. А если хотите ездить с такими скоростями — подключайте другой редуктор…

Так ныне и сделано. Автомобильный мотор оснащен коробкой передач, которая позволяет получить от него нужную скорость вращения и крутящий момент для любых дорожных условий.

Но в те далекие времена такой путь казался очень сложным. Тем более что существовал двигатель, который можно присоединять непосредственно к колесам. Он сам приспосабливается к дорожным условиям, увеличивал крутящий момент на подъеме, а на хорошей дороге вращался максимально быстро.

В Англии широко распространились паровые грузовики, работавшие на угле. Благодаря очень низкой стоимости топлива они успешно конкурировали с автомобилями обычного типа вплоть до 1930 года, а впоследствии, вплоть до 50 х годов XX века, англичане строили их для Бразилии и Аргентины, не имевших тогда собственной нефти в достаточных количествах.

В кабине такого автомобиля стоял паровой котел, дававший в час около 800 кг пара с температурой 450 °C при давлении 20 атм. Пар поступал в паровую машину, стоявшую на шасси, в непосредственной близости от заднего моста, и соединявшуюся с ним цепной передачей. Мощность машины достигала 100 л.с. С грузом в 6 т машина развивала скорость 35 км/ч, что вполне отвечало нормам того времени. Расход угля в этом случае достигал 150 кг на 100 км пути. Бензиновый грузовик расходовал бы около 50 литров бензина, но стоимость затраченного угля была в шесть раз ниже, чем бензина.

Применение угля в качестве топлива для автомобиля кажется привлекательным и сегодня, поскольку цены на нефть растут значительно быстрее, чем на уголь. И это давно поняли промышленники. В конце 1980-х годов одна американская фирма попыталась сжигать уголь в цилиндре обычного автомобильного двигателя, что сулило десятикратную экономию в стоимости топлива. Однако под влиянием шлаков, остающихся от сжигания угля, поршневые кольца полностью изнашивались за 20–30 часов.