Техника - молодёжи 2003-08, страница 22

ИЗОБРЕТЕН

И Я

Игорь

ИЗМАЙЛОВ

История знает ответ...

В 1929 г. на одной из германских верфей заложили мощный и быстроходный броненосец «Дойчланд», обладавший огромной дальностью плавания и предназначенный для борьбы с вражеским судоходством в открытом океане. За ним последовали еще два однотипных корабля. Их оснастили не как обычно, а паровыми машинами и турбинами, на каждом установили по восемь экономичных дизелей фирмы МАН мощностью по7100л.с.

Однако, когда броненосцы набирали большой ход, от работы силовой установки возникали настолько сильные вибрации, что пользоваться дрожащими оптическими прицельными приспособлениями становилось невозможно; у вахтенных в машинных отделениях из ушей шла кровь, а находившиеся в кают-компании офицеры из-за грохота дизелей не разговаривали, а переписывались...

В 1935 г. советские писатели И. Ильф и Е. Петров совершили поездку в США, после которой появилась книга «Одноэтажная Америка». Их путешествие началось с посадки во французском порту на фешенебельный суперлайнер «Нормандия» вме

ОТЕНЦЕ?

стимостью 83,4 тыс. т. развивавший скорость до 30 узлов. После короткой стоянки в британском Саутгемптоне судно вышло в океан, набрало ход и... «...все задрожало в корме... Дрожали палубы, стены, иллюминаторы, шезлонги, стаканы над умывальником, сам умывальник. Вибрация парохода была столь сильной, что звуки начали издавать даже такие предметы, от которых этого нельзя было ожидать. Впервые в жизни мы слышали, как звучит полотенце, мыло, ковер на полу, бумага на столе, занавеска, воротничок, брошенный на кровать. Достаточно было пассажиру на секунду задуматься и ослабить мускулы лица, как у него начинали стучать зубы...» — писали Ильф и Петров. Это был десятый рейс «Нормандии» между Европой и Америкой. После одиннадцатого она пойдет в док, ее корму разберут и конструктивные недостатки, вызывающие вибрацию, будут устранены.

А вот воспоминания летчика-испытателя, Героя Советского Союза М. Галлая: «С появлением новых скоростных самолетов в авиации едва ли не во всех странах прокатилась волна таинственных, необъяснимых катастроф Свидетели, наблюдавшие их с земли, видели во всех случаях почти одинако

вую картину: самолет летел совершенно нормально, как вдруг внезапно какая-то неведомая сила, будто взрывом разрушала машину. Однако осмотр обломков не подтверждал этой версии, никаких следов взрыва — копоти или ожогов...». Новому грозному явлению дали название «флаттер» (по англ. «трепетать»). Постепенно накапливались факты и картина взрывов стала обрастать подробностями. Оказалось, что разрушение происходит не мгновенно, ему предшествуют вибрации, чаще всего крыльев, а иногда хвостового оперения. Размах этих вибраций увеличивается так быстро, что почти сразу же приводит к поломке колеблющихся частей.

Проблема разрасталась и проявлялась не только при эксплуатации судовых и авиационных конструкций. Из-за постоянного роста мощностей силовых установок при одновременном уменьшении их веса возникали опасные для целостности механизмов колебания. Последние могли быть крутильными, осевыми, изгибными, парными (например, крутильно-изгибными или изгибно-осевыми). Мало того, появляются не менее «приятные» для моторов и других устройств вибрации, и все сопровождается сильным шумом.

Эти вроде бы побочные явления приводили не только к преждевременному износу силовых узлов и агрегатов, но и демаскировали при боевых действиях тщательно укрытую самоходную технику. Поэтому в годы Второй мировой войны преследуемые подводники выключали все механизмы и затаивались в глубине, чтобы вражеские «слухачи» не определили местонахождение их корабля.

/V

со

' отя первое и второе начала термодинамики уже давно считаются незыблемыми законами природы, до сих пор находится немало скептиков, сомневающихся в их справедливости. Впрочем, что касается первого начала, то до сих пор никому не удалось изобрести «вечный двигатель» первого рода, черпающий энергию из ничего. А вот со вторым началом дело обстоит гораздо сложнее, что связано с непониманием сути этого принципа. А именно, второе начало утверждает лишь невозможность получения полезной энергии с помощью устройств, в которых отсутствует разность потенциалов (например, температур), но не означает нарушения закона сохранения энергии. В связи с этим кажется, что «вечный двигатель» второго рода все же осуществим, ибо следствием его работы будет служить лишь вечная циркуляция неизменного количества энергии. Подобное явление наблюдается не только в небесной механике, но и в лабораторных опытах по сверхпроводимости и сверхтекучести, объясняемых только квантовыми эффектами; более того, именно благодаря этим эффектам в природе существуют стабильные атомы. Но там, где квантовые явления ни при чем, второе начало действует безотказно.

Впрочем, так ли это? Известно немало явлений, вызываемых просто тепловой энергией, а не разностью температур -примерами могут служить термоэлектронная эмиссия и свечение сильно нагретых тел. Любой из нас, включив элект

ЧЕРНОЕ ТЕЛО

рическую лампочку, может воочию убедиться в том, что теплота нити накаливания самопроизвольно превращается в световую энергию. Теоретически это, конечно, объяснимо, но давайте зададимся вопросом: нельзя ли использовать подобные явления с целью «обойти» второе начало термодинамики, не нарушая его сути, то есть использовать энергию теплоты без создания разности температур?

В физике существует классическое представление об абсолютно «черном теле» как теле, полностью превращающем тепловую энергию в энергию излучения и полностью превращающем в тепло энергию света; что же касается прозрачных и зеркальных тел, то они, естественно, не поглощают электромагнитное излучение и не испускают его даже при сильном нагреве. Так, при 960° капля чистого расплавленного серебра выглядит совершенно темной, но если на нее дунуть, то из-за образования на ее поверхности темных окислов начинает ярко сиять. Действительно, согласно известному закону Кирхгофа, при нагревании любое тело излучает лишь в той мере, в которой оно способно это излучение поглощать.

А теперь вспомним, о существовании явления давления света, которое хотя и невелико, но обнаружено экспериментально, причем на зеркальную поверхность свет давит вдвое сильнее, чем на черную. Эти два эффекта позволяют предложить схему несложного мысленного эксперимента, в ходе которого должно наблюдаться нарушение второго начала термодинамики.

Пусть вся система нагрета до одинаковой температуры: излучение, испускаемое черным телом, отражаясь от зеркал, попадает на вертушку, снабженную так называемыми уголковыми зеркальными отражателями; такие отражатели замечательны тем, что возвращают свет точно к его источнику вне зависимости от ориентации (их использовали, например, при локации Луны). Поэтому свет, падающий на крылышки вертушки и оказывающий на них давление, вернется обратно и поглотиться черным телом. В результате вертушка начнет вращаться, и ее механическую энергию можно как-то использовать.

Естественно, при этом первое начало термодинамики не станет нарушаться: вследствие эффекта Доплера свет от вертушки будет возвращаться к своему источнику с пониженной энергией, и черное тело будет остывать.

И все же. как в этом случае быть со вторым началом? ■ Инженер Эгиль ШУ, Ногинск

ТЕХНИКА-МОЛ ОДЕЖИ 8 ' 2 0 0 3