Техника - молодёжи 1993-09, страница 24

удельного объема воды на каждый градус изменения ее температуры. На горячей поверхности нашего устройства это прирост порядка 0,00038, на холодной — уменьшение на 0,00011 куб.см/г - град С. Но от удельного объема воды зависит и давление в ней. Зависимость тут прямо пропорциональная и притом очень резкая. Согласно справочникам, ее коэффициент можно оценить в 23 ООО атм • г/куб.см. Умножив отклонения удельных объемов на эту величину, найдем перепады давления вблизи поверхностей:у горячей —увеличение на 8,7 атм!град С, у холодной — снижение на 2,5 атм/град С по сравнению с равновесным. То есть вполне достаточно, чтобы объяснить наблюдаемое движение.

Разобранный пример помогает понять и общий физический механизм автономного движения в текучей среде. Чтобы создать вокруг себя нужный «потенциально-кинетический рельеф», тело должно воздействовать в конечном счете на структурные элементы (СЭ) среды. Каким способом —

неважно. Градиенты энергий могут возникнуть и от разности температур, и за счет других физических условий Главное — чтобы на передней поверхности тела эти условия уменьшали кинетическую энергию СЭ или увеличивали потенциальную (см. важное примечание), а на задней — наоборот. Короче, все как на рис. 1.

Энергия источника здесь тратится на нарушение баланса W и U среды вблизи тела. А ее стремление восстановить исходное равновесие порождает направленные движущие силы.

Поясним возможный механизм создания движущих сил за счет электрических и магнитных полей.

Возьмем тело с плоской задней поверхностью (SO и сферической передней (S₂). Поместим его в текучую диэлектрическую среду. Ее структурными элементами, как известно, являются полярные молекулы. Для простоты представим их симметричными электрическими диполями. В исходном состоянии они ориентированы произвольно —

как показано пунктиром на рис. 3.

На передней поверхности будем периодически создавать униполярный заряд, индуцирующий электрическое поле. Оно начнет разворачивать диполи в среднем вдоль векторов напряженности Е, то есть упорядочивать эти частицы. А всякая упорядоченность структурных элементов среды повышает их потенциальную энергию за счет уменьшения кинетической. В результате перед телом возникнет уже знакомая нам «энергетическая яма», в которую оно и начнет «скатываться». Но конкретный механизм движения тут, конечно, совершенно иной.

Будь поверхность S₂ плоской, создаваемое ею поле не слабело бы при удалении от нее (правда, только в небольших пределах; полностью равномерное поле дала бы плоскость, безгранично простирающаяся во всех направлениях). И поскольку диполь в целом нейтрален, такое поле не притягивало бы его.

Но поверхность S₂ — сферическая, и напряженность поля при удалении от нее падает. А так как заряды диполя разнесены, убывающее поле, в отличие от равномерного, действует на них уже с разной силой. Поэтому диполь притягивается к поверхности с суммарной силой F, прямо пропорциональной градиенту поля.

Теперь заметим: напряженность тут уменьшается не линейно, а обратно пропорционально квадрату расстояния, то есть все медленнее. Значит, с расстоянием падает и сам градиент. А тогда ближний диполь 1 (см. рис. 3) будет притягиваться сильнее, чем дальний 2.

В результате среда у поверхности S₂

испытывает растяжение. Сопротивляясь этому воздействию, она, в свою очередь, притягивает поверхность. Притягивающая реакция среды показана на рис. За векторами R.

Займемся теперь противоположной поверхностью — Sj. Пусть на ней создается и излучается в среду периодическое электромагнитное поле. Как известно, векторы напряженности его электрической и магнитной компонент Ей В всегда перпендикулярны друг другу. А здесь еще и параллельны излучающей поверхности, поскольку она плоская. Сама же поверхность перпендикулярна направлению движения X. В итоге векторы поля ориентируются вдоль координат Yu Z_f как показано на рис. 3.

Получается. что здесь электрическое поле ориентирует диполи среды по оси У, то есть совершенно иначе, чем у передней, сферической поверхности. А поскольку Еу — еще и переменная величина, то дипольные заряды будут колебаться вдоль той же оси. Заряды эти имеют разные знаки, и в таких условиях им останется только периодически удаляться друг от друга и снова сближаться. То есть диполи начнут растягиваться и сжиматься, пульсировать, что увеличит их кинетическую энергию.

Кроме того, перемещаясь в магнитном поле, заряды подвергнутся действию силы Лоренца Ел. А так как они разнои-менны и движутся всегда в противоположных направлениях, Ел будет увлекать их в одну сторону — влево по оси X (см. рис. 36). И в соответствии с законом сохранения импульса возникнет обратная реакция среды, отталкивающая поверхность S₇ вправо (векторы R на рис. 3).

21