|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ÇOCUK BİLİMSEL LABORATUVARI
Kavitasyonun ikinci keşfi. Çocuk Bilim Laboratuvarı
Rehber / Çocuk Bilim Laboratuvarı XNUMX. yüzyılın sonunda İngiliz donanması, o dönem için mükemmel olan iki gemiyi yenilemek zorunda kaldı. "Dering" ve "Turbinia" son testi geçmek zorundaydı - bu arada, tasarımcılar tarafından ana avantajları olarak öne sürülen hız açısından. Ne yazık ki, tahmin edilen hıza ulaşılamadı. Arızanın olası nedenlerine ilişkin ayrıntılı bir çalışma, yüksek hızdaki pervanelerin çok yoğun bir şekilde yıprandığını, çukurlarla, oyuklarla kaplandığını ve bunun sorumlusunun kanatlarda görünen çok sayıda buhar-hava kabarcığı olduğunu gösterdi. Bu koşullar altında teknoloji ilk kez kavitasyonla tanıştı. Teknik bu. Çünkü bilim bu olguyu yirmi yıldır biliyor. Teorik olarak İngiliz fizikçi O. Reynolds tarafından tahmin edilmişti. Ve eğer tasarımcılar vatandaşlarının temel araştırmalarına daha dikkatli davranmış olsaydı, belki de bu utanç yaşanmayacaktı. Evet, teorisyen mühendisleri aşırı umutlara karşı uyarabilirdi. Ama daha fazlası değil. Bir şekilde kavitasyonu atlayarak gerçekten ultra yüksek hızlı bir geminin nasıl inşa edileceği kendisine sorulsaydı, bilim adamının pek bir cevabı olmazdı. Kavitasyonun keşfedilmesinden bu yana bir asırdan fazla bir süre geçtikten sonra, bu güne kadar bu fenomeni inceleyen bilim, teknolojiye borçludur. Kavitasyonun bir makine veya yapıya zarar verebileceği eşiğin doğru bir şekilde hesaplanması bile her zaman mümkün değildir. Pervanelerin metallerini, pompa ve türbin kanatlarını, barajların, kanalların ve barajların beton gövdelerini hâlâ parçalıyor, ortaya çıkarıyor. Daha da zoru - ve bununla ilgili cazip düşünceler dün doğmamıştı - kavitasyonun yıkıcı güçlerini döndürüp onları müttefik yapmak. Güçlü modern bilim neden kavitasyonun en önemli sırlarını açığa çıkarıyor? Öncelikle bu fenomen hakkında kesin olarak bildiklerini hatırlayalım. Sıvıda azaltılmış bir basınç yaratıldığında kavitasyon kabarcıkları ortaya çıkar. Bu, örneğin katı bir cismin etrafında yüksek hızda akarken veya esasen buna eşdeğer olan cismin kendisi bir sıvı içinde hızla hareket ederken meydana gelir. Bir sıvının içinden geçen ses ve ultrasonik dalgalar da alçak basınç alanları oluşturarak kavitasyona neden olur. Kavitasyon kabarcıkları çok kısa bir süre yaşar. Büyük bir hızla, saniyenin küçücük bir bölümünde çökerler. Bu çöküş, tıpkı bir patlama gibi, bir şok dalgası yaratır. Bunlar sadece mikro patlamalar olsun. Kısa anlarda yüzlerce, binlerce olay yaşanıyor. Birbirleriyle örtüşüyorlar, güçlerini katlıyorlar. Sıvının farklı noktalarında sıcaklık anında binlerce dereceye, basınç ise onlarca atmosfere çıkıyor. Baloncuklar, zırhı yok eden kümülatif bir mermi gibi sert bir yüzey üzerinde hareket eden en iyi iğne ışınlarını üretebilir! Ağırlıksız baloncukların inanılmaz güçleri buradan geliyor. Ne yazık ki çoğu zaman bu güçler yıkıcıdır. Bugün yalnızca birkaç durumda faydalı bir şekilde çalışmaya başlıyorlar - örneğin, parçaların yüzeyini temizliyorlar, kaplama taşlarının doğal desenini ortaya çıkarmaya yardımcı oluyorlar ve benzin ve su gibi "uyumsuz" sıvıları karıştırıyorlar. Zararlı, yıkıcı kavitasyonla daha iyi mücadele etmek ve onu iyilik için daha iyi kullanmak için tek bir yol vardır - sırlarına daha derinlemesine nüfuz etmek. Kavitasyon baloncuğu ile normal baloncuk arasındaki fark nedir? İçeride neler oluyor? İçindeki enerjinin dönüşümünü hangi yasalar yönetiyor? Eğer bilim insanları bu soruların cevabını bugün bilselerdi, bakın yarın süper hızlı gemiler gerçek olurdu. Ancak şu ana kadar yalnızca çok sayıda tartışılan hipotez var. Bu da mühendisin, kavitasyon kuvvetlerinden yararlanmak istediği yeni bir yapıyı veya makineyi gerekli doğrulukla hesaplayamadığı anlamına gelir. Böyle bir örnek, bu olguya ilişkin bilginin şu ana kadar ne kadar yetersiz olduğunu gösteriyor. Neredeyse yarım yüzyıl önce, sonolüminesans keşfedildi - ultrason etkisi altındaki sıvıların parlaması ve yalnızca reaktifler sesle ışınlandığında meydana gelen sonokimyasal reaksiyonlar. Bu olayların her ikisi de çok enerji yoğundur ve bunlara yalnızca kavitasyon neden olabilir. Etkiler kavitasyon için bir tür test haline geldi. Ancak mekanizmaları ve doğası hala bir sırdır. Kavitasyon neden bu kadar ulaşılamaz? Sırlarının önünde ne gibi engeller var? C'nin kavitasyon baloncuğuyla meydana gelen dönüşümlerini daha net hayal edebilmek için, öncelikle onun nasıl doğduğunu, hareket ettiğini, tek kelimeyle hayatının tüm aşamalarında nasıl kaybolduğunu dikkatlice takip etmek gerekir. Kavitasyon balonu bilim filmlerinin ana karakterlerinden biri haline geldi. Dünyanın dört bir yanındaki düzinelerce laboratuvarda sayısız metrelik filme çekildi. Ancak ne yazık ki, ultra yüksek hızlı çekimler bile hayatının anlarına ayak uyduramıyor. Film kahramanımız saniyenin yalnızca yüz binde biri, hatta milyonda biri kadar yaşıyor! Şunu da dikkate almalıyız: kabarcıkların boyutu milimetrenin yüzde biri, binde biri kadardır. Son olarak kavitasyon bir anda doğan bir veya binlerce baloncuk değildir. Kavitasyon alanının bir santimetreküpünde, yaklaşık bir milyar tanesi aynı anda atıyor! Holografik sinemanın ilk kahramanlarından birinin, laboratuvarda deneysel versiyonda ortaya çıktığı anda yeniden kavitasyon balonuna dönüşmesi tesadüf değil ... Ve gizemler azalmadı. Bir test tüpünde kirpi Bilimde bu genellikle şu şekilde olur: En ileri teknolojiyle donanmış en iyi beyinlerin uzun yıllardır üzerinde çalıştığı karmaşık bir sorunu çözmek için, çok basit bir fikir, bazı ilkokul, neredeyse okul deneyimi eksiktir. Kavitasyon sorununda belki de bu kararlı adım, All-Union Organik Sentez Bilimsel Araştırma Enstitüsü'nün kimyasal fizik sektöründen bilim adamlarının atacağı kadar şanslıydı. Bazı araştırmacılar, kabarcıkların hareketi için alışılmadık derecede karmaşık diferansiyel denklem sistemlerini çözmek için giderek daha gelişmiş ekipmanlara ve en son yöntemlere güvenirken, VNIIOS uzmanları önden olmayan, geçici bir çözüm arıyorlardı. Amaçladıkları manevra neydi? Şöyle bir mantık yürüttüler. Küçük boyutları ve son derece kısa ömürleri nedeniyle kavitasyon kabarcıklarını net bir şekilde görmek zordur. Bu, kavitasyonu tetikleyen salınımların sıklığına bağlıdır. Araştırmacılar, örneğin 10-100 Hz frekanslarda kavitasyon elde edebilselerdi, hesaplamalara göre kabarcıklar saniyenin onda biri kadar yaşayabilir ve boyutları bir santimetreye kadar çıkabilirdi. Sonra film kahramanımızı çok yakından görürdük. Bu basit fikir gerçekten daha önce kimsenin aklına gelmedi mi? Tabii ki geldi. Birçok girişimde bulunuldu. Amerikalı araştırmacılar tarafından üstlenilen sonuncusunun sonuçlarını içeren bir makale, sektör başkanı M. A. Margulis'in masasında yatıyordu. Ve bunda rahatlatıcı hiçbir şey yok. Bir kez daha alışılagelmiş bakış açısı teyit edildi: kavitasyon bir eşik olgusudur, yani belirli bir frekanstan başlayarak meydana gelir ve bu frekans ne yazık ki kilohertz cinsinden hesaplanır... Ve yine de bir şey onu zorladı. açıkça başarısız olan deneyin çoğaltılması gerekiyor. Bu, hem çözümü olmayan bir soruna duyulan iyi öfkeden, hem de araştırma tutkusu, azmi ve sezgisinden kaynaklandı.
Amerikalıların deneyi yapması zor olmadı. Şeması basitti: Salınan bir çubuk sıvı dolu bir kaba indirilir ve kavitasyon meydana gelirse spektrometrenin parıltıyı kaydetmesi gerekir. Her şeyi doğru yaptılar; kavitasyon gibisi yok. Uyarımın daha da yoğunlaşacağını söyleyerek çubuğun salınımlarının genliğini artırmaya çalıştık. Aşırı duyarlı spektrometre "sessizdir". Sıvıdaki kaynama, türbülans artar, ancak esneme olmaz. Sıvı çok elastik görünüyor; girdap gibi dönmesine rağmen yine de yavaşça salınan çubuğun etrafında akmayı başarıyor. Ancak çubuğun titreşimlerini sanki darbemiş gibi algılaması gerekiyor. Bu nasıl başarılır? Salınımlı çubuğun etrafındaki akışı hariç tutmak yeterliydi ve düşük frekanslı kavitasyon keşfedildi Muhtemelen bir okul fizik dersinde bile bulunabilecek ekipmanlarla yeni bir deney yapıldı: bir test tüpü, bir tripod, pleksiglastan oyulmuş bir çubuk, 25 watt'lık bir hoparlör, eski bir tüp amplifikatörü ... tek incelik - piston şeklindeki salınımlı çubuk, tüpün duvarlarıyla olan boşluk milimetrenin yalnızca onda biri kadar olacak şekilde yapıldı. Bu durumda sıvı artık çubuğun etrafında eskisi kadar kolay akamaz. Ses üreteci 90 Hz frekansında açılır. Daha sonra olanlar hakkında M. A. Margulis şunları söylüyor: Bir dakika boyunca olağandışı bir şey fark etmedik. Daha sonra, sıvıyla dolu test tüpünün duvarına yakın küçük bir alanda, salınan pistonun altında küçük küresel kabarcıklar belirdi. Sayıları hızla arttı. Dıştan kirpiye benzeyen büyük bir pıhtı oluşturdular. Bu kirpi gözle görülür şekilde titriyordu. Yavaş yavaş sıklığı artırdık. 200 Hz ve üzerinde iki veya daha fazla sıra dışı kirpi yaratmak mümkündü. Test tüpünün farklı yerlerinde doğdular. Zaman zaman birbirlerine koştular, birleştiler ve bir çarpışmayla hemen dağıldılar. Kirpilerin kümelere (bireysel titreşen kabarcıkların birikmesi) benzemediği, aksine büyük, tuhaf şekilli kabarcıklar olduğu hemen belli oldu... Ancak herkesin çıplak gözü kavramaya vakti yoktu. Bilim adamları her zamanki araçlarını kullandılar: yüksek hızlı çekim. Görüntüyü oynattılar ama... hiç kirpi bulamadılar. Büyük bir balonun gövdesinden fırlıyormuş gibi görünen çıkıntılar, oldukça kalın süreçler, karmaşık kavisli dokunaçlar, sevimli bir orman sakininin iğnelerine hiç benzemiyordu. Ve bilim adamları bu olağandışı yaratığa daha sıradan bir isim verdiler - büyük, deforme olmuş bir kabarcık (kısaltılmış BDP). Ekranda, küçük şeffaf küresel kabarcıkların BDP'den nasıl koptuğunu ve sonra geri koştuğunu görmek mümkündü. Bu neydi? Kavitasyon binlerce derecelik sıcaklıklara ve devasa basınçlara mı neden oluyor? Veya belki de ilk kez gözlemlenen yeni bir fenomen? Kontrol etmek için, zaten bildiğimiz gibi, kavitasyonu, ses-kimyasal reaksiyonları ve sıvıların parıltısını tespit eden özel testler, bir tür turnusol kağıdı var. Engelleri yıkmak İlk test deneyinde, düşük frekanslı ses, maleik asidin fumarik asit haline dönüştürüldüğü zincirleme reaksiyonu kolayca tetikledi. Bu reaksiyonun kimyagerler arasında karmaşık ve değişken olduğu düşünülse de, başlatılması nispeten az enerji gerektiriyor. Ancak laboratuvar test tüpünde iki değerlikli demir üç değerlikli demire dönüştüğünde, su molekülleri çekiç altındaki fındıklar gibi bölünmeye başladığında, artık iki görüş olamazdı - gerçek kavitasyon heyecanlandı. Araştırmacıların kendileri ilk başta kendi sonuçlarına inanmakta zorlandılar. Ancak tekrarlanan kontroller, ses-kimyasal reaksiyonların halihazırda 7 Hz ses frekansında gerçekleştirilebildiğini ve bazı çözümlerin 30 Hz'de parlamaya başladığını doğruladı. Sıcak denilebilecek bir keşiften bahsediyoruz. Düşük frekanslı kavitasyon üzerine araştırmalar daha yeni başladı. Ancak ilk günlerden itibaren ilginç sonuçlar getiriyorlar. Örneğin, bilim adamları BJP'yi kendi gözleriyle görüp kavitasyona uğradığından emin olduklarında, en güvenilir kavitasyon teorilerinden biri çöktü. Ortaya çıkan kavitasyon balonunun yüzeyinde zıt yüklerin ortaya çıktığına inanılıyordu. Belli bir anda elektronik bir arıza meydana gelir. Bu nedenle büyük enerji açığa çıkar, parlar ve en zor kimyasal reaksiyonların başlatılması sağlanır. Böyle bir gidişatın tek şartı, kavitasyon kabarcığının kusursuz biçimde doğru mercek şeklinde olması gerektiğidir. Ekranda, bildiğimiz gibi, araştırmacılar daha çok fantastik şekilli bir bitki gördüler. Sadece elektrik teorisini değil, aynı zamanda bir başkasını da - kavitasyonun termal teorisini "anladım". Şöyle yazıyor: Kavitasyon balonunun hızlı sıkıştırılması ve çökmesi sürecinde, buhar-gaz karışımı binlerce dereceye kadar ısıtılır. Aynı zamanda doğal olarak sıradan bir ampulün filamanı gibi parlamaya başlar ve plazma sıcaklığı molekülleri parçalayarak en inanılmaz kimyasal reaksiyonları başlatır. Ancak şimdi, dikkatli araştırmaların sonucunda şu ortaya çıktı: Sonolüminesans, geceleri titreşen ateşböceklerininkiyle aynı soğuk parıltıdır. Neredeyse her yeni deney, zaten tanıdık olan kavitasyonun beklenmedik bir yönünü gösterdi ve olağanüstü yeteneklerini ortaya çıkardı. Diyelim ki yüksek frekanslı kavitasyonun yıkıcı gücü iyi biliniyordu. Birkaç dakika içinde metallerin pürüzsüz yüzeyini pürüzlü bir yüzeye dönüştürebilir ve oldukça büyük parçacıkları kırabilir. Aksine, düşük frekanslı kavitasyonun ince ve hassas bir araç olduğu ortaya çıktı. En pürüzlü yüzeyi düzeltmek, cilalamak, yalnızca mikroskobik metal parçacıklarını çıkarmak onun için zor değildi. kavitasyonDüşük frekanslı kavitasyon, normal şartlarda karışmayan sıvılardan kolay ve hızlı bir şekilde hazırlanan emülsiyonlar, bir sıvıya daldırılan ezilmiş katı granüller, en yoğun enerji gerektiren kimyasal reaksiyonları başlatır... Elbette ultrasonik, yüksek frekanslı kavitasyon tüm bunları yapabilir. Ancak bunu yaratmak için bildiğiniz gibi özel ekipmanlara, jeneratörlere ihtiyacınız var. Şimdi salınımların kaynağını ev radyosunu besleyen ağa bağlayın; kavitasyonun tüm yararlı yetenekleri hizmetinizdedir. Örneğin, birkaç demiryolu tankı kapasitesine sahip bir kimyasal reaktörde maddelerin son derece dikkatli ve hızlı bir şekilde karıştırılması gerekir. Bu görev kimya, ilaç, mikrobiyoloji endüstrileri için en sıradan ve yaygın olanıdır. Geleneksel çözüm: Karıştırıcı olarak, en pahalı, kimyasallara dayanıklı alaşımlardan yapılmış pervane veya vida gibi bir şey alırlar. Ve reaktöre basit bir salınım kaynağı monte edebilir, onu geleneksel bir ağın çıkışına takabilirsiniz - hesaplamalara göre etki daha da iyi olacaktır. Bugün herhangi birinin kavitasyonun "ikinci" keşfinin çeşitli pratik uygulamalarını tahmin edebilmesi pek mümkün değildir. Şimdilik yalnızca bu ilginç olgunun daha derinlemesine anlaşılmasının önünü açıyor ve onlarca yıldır araştırmacıların önünde duran engelleri yıkıyor. Kavitasyonun gerçek mekanizmasını, olağanüstü kuvvetlerinin nasıl ve nerede ortaya çıktığını anlamak hala gelecek. Ve bunun arkasında, bilimde her zaman olduğu gibi, mühendis, tasarımcı ve teknoloji uzmanı için bugün öngörülmesi imkansız olan yeni fırsatlar var. Yazar: L. Galamaga
▪ Dünyanın gerçek şekli nedir?
Böcekler için hava tuzağı
01.05.2024 Uzay enkazının Dünya'nın manyetik alanına yönelik tehdidi
01.05.2024 Dökme maddelerin katılaşması
30.04.2024
▪ Bakteriler bitkilerin ısıdan kurtulmasına yardımcı olur ▪ Arabadan akıllı ev sistemlerine erişim ▪ Temmuz-2019 - meteorolojik gözlemler tarihindeki en sıcak ay
▪ site bölümü Kanatlı kelimeler, deyimsel birimler. Makale seçimi ▪ makale Sermjazhnaya gerçeği. Popüler ifade ▪ Makale Antarktika'da yaşam var mı? ayrıntılı cevap ▪ makale Deniz yaban turpu. Efsaneler, yetiştirme, uygulama yöntemleri ▪ makale Subwoofer Thunder V-150. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi
Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri
www.diagram.com.ua |
İlginç makaleler öneriyoruz bölüm 
Diğer makalelere bakın bölüm 
En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:
Bu sayfanın tüm dilleri