Техника - молодёжи 1968-05, страница 21
Июль 1967 года. В Мэриленде, США, проходит Гордоновская конференция. Сто шестьдесят ученых из СССР, США, Англии, Японии, Голландии, Бельгии и других стран мира поднимаются со своих мест и устраивают овацию участнику конференции Б. Деряги-ну, который только что рассказал о своих работах. В другом городе США — Потсдаме ректор Кларксоновского колледжа вручает советскому ученому почетный диплом доктора наук. Чем, каким сообщением взволновал специалистов доклад нашего соотечественника? Рассказывает Борис ДЕРЯГИН, член-корреспондент АН СССР I опрос, который может показаться несерьезным: — Абсолютно ли одинаковы свойства воды в капле 1 и, скажем, в озере? — К чему бы это? — насторожится читатель. —- Что имеет в виду автор? Силы поверхностного натяжения? Да, они заметно меняют свойства жидкости в небольших объемах, но только уж в очень небольших — в микроскопических, когда толщина слоя не превышает одну~две молекулы. А если говорить о более «нормальных» объемах, то сотня молекул Н20, тысяча или миллиард миллиардов — не все ли равно? И в капле и в озере свойства воды абсолютно одинаковы. Оэеро-то ведь м состоит из капель! Увы, это считалось настолько само собой разумеющимся, что долгое время никто даже не пытался поставить соответствующие опыты. Лет 35 назад английский ученый Боуден провел несколько экспериментов над тонкими слоями жидкости, но ничего особенного не обнаружил и прекратил исследования, заявив, что занятие это бесперспективное. Мы начали аналогичные исследования одновременно с Боуденом или чуть раньше и, несмотря на его пессимистический вывод, продолжали работу. Прошло более трех десятков лет, прежде чем с помощью тончайших современных методов нам удалось обнаружить удивительные явления... Одна и та же жидкость — в большом объеме и в слоях толщиной порядка десятков ы сотен молекул — обладает РАЗНЫМИ свойствами! Например, в тонких пленках вязкость может быть в несколько раз больше (или меньше), соответственно во столько же раз снижается (или повышается) текучесть и скорость диффузии, вода увеличивает свой коэффициент теплопроводности в десятки раз и т. д, и т. д. В чем же секрет столь необычных превращений? Ведь разница в конце концов сводится к одному — количеству молекул. Но сами-то молекулы одни и те же. А свойства — разные... Молекулы действительно одни и те же. Но РАСПОЛАГАЮТСЯ они в тонких слоях совсем не так, как в больших объемах. Особенно ярко это проявляется, когда пленка жидкости, покрывающая тело, сильно с ним взаимодействует. Ну, скажем, вода и кварц. В слоях воды на слюде молекулы Н^О более упорядочены, чем, например, в стакане. Да и упаковка молекул в пленке кула плотнее. «Так-то это так, — подумает читатель, — но какой смысл биться иад какими-то пленками, если на практике жидкости окружают нас в обычных объемах?» Далеко не каждый читатель задаст такой вопрос, но само по себе заблуждение, сформулированное в этом вопросе, несомненно, имеет место и достойно того, чтобы его опровергнуть. Да, речь идет именно о заблуждении. Ибо как раз на практике мы сталкиваемся не только и, пожалуй, не столько с большими объемами жидкостей, сколько с их тонкими пленками. Это и пена, которая работает при обогащении руд и о которой весьма подробно рассказала «Техника — молодежи» в прошлом году в июльском номере. Это и жидкость в капиллярах, без чего не обходятся ни почва, ни живой орга низм — от растений до человека. Это и эмульсии (кстати, молоко — тоже эмульсия!), и суспензии, и многое-многое другое, включая и такую экзотическую и перспективную проблему, как управление осадками — искусственный дождь... Я бы хотел привести два примера, когда наши исследования прямо и непосредственно помогли решить сложную производственную задачу .. Как вы полагаете: если разрыхлить самый верхний слой почвы, испарение влаги из нее увеличится или уменьшится? Не сомневаясь в эрудиции моих читателей, я все же абсолютно убежден, что многие ответят: увеличится. Убеж ден лишь потому, что до поры до времени этот вопрос был неясен даже для специалистов. Еще бы! Вы вскрываете верхний слои и, следовательно, увеличиваете поверхность испарения. Логично? пожалуй, да, и тем не менее все происходит как раз наоборот. Сотрудник нашей - лаборатории профессор Н. В. Чураев объяснил этот парадокс. Как движется влага в почве? Тонкой пленкой ползет вверх по капиллярам благодаря мощным силам поверхностного натяжения, не свойственным большим массам воды. Разрыхляя верхний слой почвы, вы разрушаете капилляры — те самые магистрали, или, если угодно, насосы, которые кан раз и подтягивают влагу к поверхности. И естественно, испарение резко уменьшается. Логично? На сей раз не только логично, но и верно. Метод сохранения влаги в почве, созданный на основе этих выводов, уже используется в сельском хозяйстве. А я позволю себе сделать и другой вывод: как видите, инерцию «здравого смысла» можно встретить не только у порога теории относительности... Еще в древнем Египте скалы разрушали, вбивая в них де~ ^евянные клинья, которые затем поливали водой. Дерево раз-ухало и разрывало камень. Механизм процесса элементарный, все ясно. Прошло несколько тысяч лет, и вода снова приняла участие в расщеплении некоего материала — только это был уже не камень, да и сам процесс усложнился настолько, что превратился в загадку. Речь идет об электрических конденсаторах, которые используются в радиопромышленности и для которых нужны очень тонкие пластинки слюды. Расщепить сухую слюду на такие пластинки, к тому же с ровными поверхностями, крайне трудно. Чтобы облегчить эту операцию, слюду увлажняют. Способ несколько моложе, чем разрушение скал клиньями, хотя и тоже не новый. Но для современной технологии необходимо не только получить тонкие пластинки слюды, используя увлажнение, но и знать точно, почему именно вода помогает, что при этом происходит. Знать надо ие в порядке любопытства (хотя сама по себе загадка интересная), а для того, чтобы выбрать оптимальный режим увлажнения. И вот, применив нашу теорию поведения жидкостей в тонких пленках, профессор Иркутского университета М. С. Мецик разработал теоретические обоснования этого процесса. Наилучший режим увлажнения был найден. Разумеется, далеко не всегда научное исследование сразу получает конкретный практический выход. Иногда (и весьма часто) даже приближенные направления такого «выхода» поначалу определить невозможно, и остается предоставить эту возможность читателям и, конечно, писателям-фантастам. Об одной такой работе — пожалуй, наиболее интересной я бы и хотел рассказать. Тем более, речь пойдет о явлениях, о которых раньше никто даже не подозревал... Еще будучи заведующим кафедрой Костромского университета, Н. Н. Федякин обратил внимание на то, что в тонких капиллярах (1—2 микрона) столбик жидкости никогда не остается в одиночестве: рядом с первичным — материнским появляются дочерние, причем не один, а, как правило, несколько. Появляются — откуда? Оказалось, образуются из паров жидкости первичного столбика. И вот Н. Н. Федякин вместе с профессором Н. В. Чураевым, М. В. Талаевым и 17 |
