Юный техник, 2000 № 09 - Страница 3

«Ритм аплодисментов может поддерживаться весьма долго лишь при полном отсутствии в зале энтузиастов, — добавляет один из авторов статьи — И. Барабаси, с большим трудом эмигрировавший в 1983 году из Румынии. Уж он-то помнит, какими овациями был вынужден награждать румынский народ диктатора Чаушеску и его семью. — Так что если бы Вселенная была действительно творением Господним, то в ней бы не происходили время от времени взрывы сверхновых, столкновения галактик и прочие безобразия. А так в природе, похоже, существуют свои анархисты»…

О. СЛАВИН

Художник Ю. САРАФАНОВ

Известно, что масло с водой не смешивается. Этим, к примеру, широко пользуются в энергетике. В трансформаторах предусмотрено, что проникающая туда влага скапливается отдельно от трансформаторного масла на дне бака, не портит изоляцию обмотки и легко удаляется через кран-пробку.

Другой пример такой многофазной системы — коктейли. В них каждый компонент занимает в станине свое место. Явление тоже всем до банальности знакомое. Не потому ли мало кто задумывается: а что там происходит на границе разнородных сред?

Между тем группа сотрудников Физического института им. П.Н.Лебедева под руководством Юрия Стойлова заинтересовалась именно этими пограничными областями. Правда, использовали они для экспериментов несколько иные, чем в коктейлях, составляющие. Это фтористые, фторуглеродные соединения, вода, камфара, этанол, бензол и некоторые другие вещества. Все эти несмешивающиеся жидкости обладают различным давлением насыщенного пара, скоростью испарения и величиной поверхностного натяжения.

Исследователи установили, что при особых условиях в таких «коктейлях» самопроизвольно образуются «капли» и «кольца» из вещества одной из компонент, которые начинают неограниченно долго вращаться в вертикальной плоскости. В отдельных случаях такие кольца вращаются и в горизонтальной плоскости. Причем вслед за ними те же движения могут выполнять и легкие бумажные кораблики, опущенные в кювету. Все описываемые движения происходят довольно медленно, со скоростью порядка сантиметров в секунду, а оцениваемая мощность, необходимая для поддержания вращения, — около одной стотысячной ватта. Для ГЭС, пожалуй, маловато, так ведь и масштабы-то атомные, не правда ли? Кроме того, наблюдается непрерывное волнение жидкости, дрожание воды и другие феномены.

Рис. 1. Молекулы жидкости непрерывно и хаотически перемещаются (это движение называется Броуновым по имени открывшею его в 1827 году английского ботаника Броуна). Результирующее воздействие их толчков на постороннюю частицу отлично от нуля (а) и перемещается по случайной зигзагообразной траектории (б).

Рис. 2. Капля масла как бы «висит» над поверхностью воды, не смешиваясь с ней (а). А громоздкие молекулы мыла, уменьшающие поверхностное натяжение воды, образуют довольно прочную поверхностную пленку, которую мы и используем, пуская мыльные пузыри (б).

Рис. 3. Испарение — сложный статистический процесс. Он сопровождается не только вылетом из жидкости быстрых молекул, но и обратным «нырянием» недостаточно энергичных. В граничном слое воздух — жидкость эта «суматоха» может приводить к необычным результатам.

Рис. 4. Поверхностям натяжение действует одинаково на любой элемент поверхности. Поэтому ниточная петля, помещенная в мыльную пленку, натянутую на проволочное кольцо, не испытывает никакого воздействия. Но если разрушить ее внутри петли, то силы поверхностного натяжения немедленно растянут ее в правильную окружность.

Особенно удивительным, наводящим на фантастические предположения, представляется поведение на поверхности воды двух разных капель: перфтороктана C₈F₁₈ и дибутилфталата С₆Н₄(СООC₄Н₉)₂, подкрашенного красителем. Вот изложение опыта словами изобретателя.

«Капля C₈F₁₈ или ДБФ на поверхности воды принимает линзовую форму и не двигается. Но если в широком открытом сосуде каплю C₈F₁₈ объемом приблизительно 0,1 см³ и такую же каплю ДБФ поместить на поверхность воды на расстоянии 3–4 см друг от друга, то капли этих химически инертных жидкостей сближаются и начинают в течение нескольких минут интенсивно взаимодействовать в сложном физическом процессе, похожем на поведение живых существ, с трепетной дрожью приближаясь, сливаясь и разделяясь, с выделением пленок и образованием новых капель, до полного испарения одной из жидкостей. Кусочек льда на воде замедляет или совсем прекращает взаимодействие капель».

Что это было? Фрагментик какой-то неизвестной жизни? Все необходимое имелось: углерод, водород, кислород воды. Правда, непонятно — к чему тут фтор?

Впрочем, подождем дальнейших исследований — зачем гадать.

— Так что же? — спросит изумленный читатель. — Новый перпетуум мобиле? Источника энергии нет, а движение — пожалуйста?!

Ну почему же нет источника? А окружающая среда? Скажем, если соорудить трубу от жаркой Сахары до холодных вершин Атласских гор, разве в ней не возникнет тяга для вращения пневмотурбины? Вот и в этих опытах температура жидкости всегда меньше, чем у пара над ней. Эта разница составляет ничтожные доли градуса, но — она есть! А раз есть нагреватель и холодильник, то почему бы не быть энергии?

Значение этих работ трудно переоценить. Взаимодействие жидкостей играет огромную роль в функционировании клеточных мембран, в процессах саморегуляции, специализации клеток, в других тонких явлениях на граничных слоях нанометровой толщины, где состав и плотность частиц меняются на несколько порядков. Как это часто бывает, эксперимент значительно опережает теорию, разработка которой может привести к совершенно новому пониманию термодинамики сложных неравновесных систем. Даже таких, как человек.

А с законами сохранения — все в порядке. Они стоят непоколебимо.

Георгий ЧЕРНИКОВ

Художник В. КОЖИН