Помоги проекту - поделись книгой:
Добытчики стали жаловаться, что трубы «поют».
Первыми с такой проблемой столкнулись норвежцы, потом и наши газовики. Суть феномена можно понять, открыв кран в ванной. Не исключено, что и он громко «запоет», а труба при этом начнет вибрировать. Однако если дома это мелкая неприятность, то на производстве этот феномен, как выяснилось, грозит крупными неприятностями. Трубы входят в резонанс, и, чтобы они не порвались, приходится резко, порою на порядок — с 30 до 3 м/с — снижать скорость перекачки газа. Другими словами, производительность падает настолько, что добыча газа может стать убыточной.
В Норвегии для решения этой проблемы был даже создан специальный научный центр. Ну, а наши промысловики обратились в Центральный аэрогидродинамический институт.
«Нельзя сказать, чтобы проблема была для нас абсолютно новой, — сказал по этому поводу заместитель начальника акустического отделения ЦАГИ, руководитель сектора теоретических проблем аэроакустики, профессор Виктор Феликсович Копьев. — Например, на некоторых самолетах во время испытаний обнаруживались «поющие» бомболюки. Издают иногда на больших скоростях неприятные звуки те или иные детали автомобилей, и даже небоскребы при некоторых условиях могут «запеть» на ветру».
Как выяснилось, газовики обратились по адресу: уже первые опыты показали, что внутренние поверхности шлангов при некоторых условиях становятся периодически неоднородными. Все микронеровности, зазубрины, которые там есть, порождают завихрения потока.
Однако если в гидроаэродинамике такие явления обычно связаны с образованием неких вихрей, турбулентностей, энергия которых затем преобразуется в акустический шум, то в данном конкретном случае проблема может быть связана даже с процессами, корни которых уходят, например, в физику плазмы, полагает профессор.
Сейчас аэродинамики тщательно изучают параметры, при которых происходят те или иные процессы, как можно на них влиять, описывают происходящие процессы языком формул.
Баржа- «перевертыш», корабль — «конек»
В программе телеканала «Дискавери» как-то показали судно-поплавок. Не могли бы вы пояснить, как оно устроено и для чего предназначено?
Алексей Коновалов,
г. Мурманск
Мы когда-то уже упоминали об этом оригинальном судне, которое своим видом напоминает гигантскую бейсбольную биту. Называется оно FLIP, что после расшифровки и перевода означает «плавучая платформа для приборных исследований», имеет водоизмещение 700 т и принадлежит Военно-морскому флоту США.
Построено было судно еще в 1962 году для отработки акустического наведения ракет, запускаемых с подводных лодок. После того как эта программа была выполнена, гражданские исследователи из Океанографического института Скриппса в Сан-Диего решили, что платформа прекрасно подходит для самых разнообразных океанографических работ.
«С тех пор прошло уже более 45 лет, наш FLIP все еще служит океанографическому сообществу и все так же остается единственным в своем роде», — с гордостью говорит Билл Гейне, руководитель программы по использованию судна.
В рабочем положении FLIP представляет собой отлично стабилизированный морской буй — почти идеальную платформу для изучения океана. Смонтированные в нижней части судна гидрофоны могут выявлять как шум проходящих судов и подлодок, раскаты далеких землетрясений, так и «разговоры» китов и рыб. Недавно исследователи окончательно расстались с поговоркой «Нем, как рыба». Они записали «хор» рыбьей стаи, который по громкости не уступал реву болельщиков на трибунах стадиона.
Другие датчики, спускаемые в морские глубины с помощью специальных стрел и лебедок, позволяют измерять температуру и соленость воды, ее плотность и другие характеристики. А доплеровские сонары дают возможность фиксировать смещения масс воды внутри волн с точностью до 1 см/с на 1 куб. км океана.
Когда это судно выходит из порта, оно похоже на самую обычную баржу. Но вот FLIP приходит в заданную точку океана, и начинается самое интересное. Оператор в определенной последовательности начинает заполнять водой кормовые отсеки-трюмы, и баржа постепенно становится торчком. Теперь над поверхностью воды торчит только ее нос.
На месте FLIP удерживается тремя прочными нейлоновыми канатами и якорями. Суммарная масса якорей — 9 т. Правда, при выполнении некоторых исследовательских работ требуется, чтобы FLIP, напротив, не стоял на месте, а свободно дрейфовал. Так, в одном из экспериментов FLIP прошел в дрейфе 240 км.
У этого аппарата нет собственного движителя, однако на нем смонтирован небольшой маневровый винт с гидравлическим приводом. Он нужен, чтобы поворачивать по мере надобности буй вокруг вертикальной оси, сохраняя стабильную ориентацию в пространстве по азимуту. Кроме того, на судне есть три дизель-генератора, вырабатывающих 340 кВт электроэнергии для работы научной аппаратуры.
Еще одна интересная деталь: все двигатели, якорные лебедки и даже койки в каютах закреплены на специальных поворотных подвесках, так что при трансформации судна могут сохранять постоянное положение относительно горизонта. Когда буй принимает окончательное положение (вертикальное или горизонтальное), все подвижное снаряжение фиксируется специальными шпильками. В каждой каюте по две двери — в стене и в потолке, а в душевой два душа — для вертикального и горизонтального положения.
Переход в горизонтальное положение осуществляется подачей в балластные отсеки 90 000 л сжатого воздуха, который хранится под давлением 18 атм в специальных баллонах. В результате вода постепенно вытесняется через те же заливные отверстия, и судно принимает обычный вид.
Весь переворот занимает менее 30 минут.
Прослуживший почти полвека FLIP постепенно стареет, и на смену ему, по идее, должно прийти новое судно. Один из его вариантов разработал француз Жак Ружери. По своей первоначальной профессии он — архитектор; во многих городах Франции стоят здания, построенные по его проектам. Но в свободное время Ружери в течение вот уже трех десятилетий придумывает какие-то удивительные корабли и аппараты, футуристические базы на морском дне.
Последний проект, показанный архитектором в нации ональном Морском музее Франции, представляет собой гигантское полуподводное судно
Автор проекта считает традиционные средства для исследования глубин — акваланги, субмарины и батискафы — неудобными. Другое дело — корабль-лаборатория, в котором ученые могут со всеми удобствами изучать и глубины, и поверхность океана.
Высота Sea
На этом судне-небоскребе насчитывается около десятка палуб, на которых имеется все, что может понадобиться 18 исследователям и членам экипажа. К примеру, на
По словам автора проекта, он уже получил положительные отзывы от многих ученых, включая специалистов NASA. «На
Модель
Если финансирование поступит своевременно, то международная научная станция
ПРЕМИИ
На пути к спинтронике оказалось весьма полезным гигантское сопротивление
В конце 2007 года в столице Швеции были объявлены имена лауреатов Нобелевской премии в области физики. Француз Альбер Фер и немец Петер Грюнберг были удостоены высокой награды за открытие эффекта так называемого гигантского магнитного сопротивления (сокращенно GMR).
Еще в 1857 году английский физик лорд Кельвин обнаружил, что электрическое сопротивление меняется под воздействием магнитного поля. Если поле приложено вдоль проводника, сопротивление минимально и возрастает, если силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно проводнику.
Обнаруженный эффект оказался невелик и практического применения в то время не нашел. Но когда к концу XX века появилась техническая возможность создавать металлические пленки толщиной в миллиардную долю метра, то есть всего в несколько атомов, открытое Кельвином явление вдруг проявило себя совершенно по-новому.
В обычном проводнике, как известно, электрический ток передается электронами. И чем прямее их путь, чем меньше они рассеиваются на загрязняющих примесях и дефектах кристаллической решетки, тем ниже сопротивление.
Если проводник состоит из тончайших слоев, разделенных немагнитной прослойкой, и магнитные поля в соседних слоях направлены в одну сторону, сопротивление такого проводника тоже мало. Однако, если эти магнитные поля направлены противоположно, рассеивание электронов за счет квантовых эффектов на границах слоев резко увеличивается и сопротивление многократно возрастает. В этом и состоит суть эффекта, обнаруженного нынешними лауреатами в 1988 году.
Интересно, что до них в 1985 году аналогичную работу вел Чак Майкржак из Брунхевенской национальной лаборатории. Он заметил в «сэндвиче», состоящем из слоев ферромагнитного гадолиния и немагнитного иттрия, интересное явление.
Когда слой иттрия был толстым, то во всех прослойках гадолиния спины электронов направлены в одну и ту же сторону, то есть параллельны. А в «сэндвичах», где прослойки иттрия были тонкими, направления намагниченности гадолиния чередовались. Если бы Майкржак догадался замерить электрическое сопротивление такой структуры, автором открытия был бы он. Но он ограничился в 1986 году лишь публикацией статьи о замечен ном им эффекте. И честь первооткрывателей досталась нынешним нобелевским лауреатам.
Сначала они работали независимо друг от друга. Но, познакомившись в 1988 году на научной конференции по проблемам магнетизма в Париже, ученые стали информировать друг друга о проделанных исследованиях.
И хотя Фер работал с двухслойными «сэндвичами», а Грюнберг с трехслойными, нобелевский комитет наградил обоих.
В конце ХХ века потрясающая чувствительность GMR к изменению поля была оценена по достоинству, и в 1997 году IBM создала первую считывающую головку, основанную на этом эффекте. Она получилась весьма компактной, обладала высокой избирательностью, что позволило значительно увеличить емкость носителей как оперативной, так и долговременной памяти в компьютерной технике.
Например, ныне уже созданы жесткие диски вместимостью 1 терабайт, или 1000 мегабайт. На практике это означает, что на таком диске можно записать, например, 200 полнометражных фильмов. А если сделать попытку записать тот же объем информации на обычных дискетах, то высота столба, составленного из них, достигнет… 2 км! Между тем, сейчас компьютерщики ведут разговоры о создании дисков вместимостью 4 терабайта…
Кроме того, с помощью технологии GMR удалось намного увеличить скорость считывания, а также записи информации в миллионах компьютерных систем.
И это еще не все. Нобелевская премия — уже пятая крупная международная награда, полученная исследователями за эту работу. Поскольку, как уже говорилось, эффект GMR наблюдается в материалах, состоящих из двух магнитных слоев, разделенных очень тонким немагнитным, то это свойство позволяет создавать ток не из простых, а из спин-поляризованных электронов.
Раньше спином электрона для наглядности называли свойство частицы крутиться в одну или другую сторону, словно волчок (отсюда, собственно, и название —
То есть, проще говоря, можно представить, что каждый электрон представляет собой как бы крошечный элементарный магнитик, «северный» конец стрелки которого совпадает с направлением спина.
Со спинами электронов связано такое интересное явление, как ферромагнетизм — способность материала становиться магнитом. Суть его в том, что в некоторых металлах — например, железе, хроме, никеле и гадолинии — электроны с одинаковым спином способны объединенными усилиями превратить в магнит атом, которому они принадлежат. А все атомы вместе делают магнитом и весь материал.
Для нас, впрочем, в данном случае важно то, что такая особенность может быть использована для создания еще более совершенных электронных схем.
Новая область науки, использующая спин в квантовых вычислительных системах, названа спинтроникой. По мнению многих экспертов, она позволит вскоре создать сверхмощные квантовые компьютеры, по сравнению с которыми современные вычислительные машины будут казаться столь же медлительными, как механические арифмометры по сравнению с электронными калькуляторами.
СТО ПЕРВАЯ НАГРАДА
К сказанному можно добавить, что данная премия — 101-я в истории Нобелевских премий по физике. (По разным причинам премии не присуждались в 1916, 1931, 1934 и 1940–1942 годах.) И впервые за многие годы среди лауреатов не оказалось физиков из США.
Первым лауреатом Нобелевской премии по физике стал в 1901 году Вильгельм Конрад Рентген, удостоившийся приза за открытие лучей, ныне носящих его имя. Отечественные ученые ждали первой премии еще 57 лет, зато в 1958 году за открытие и объяснение эффекта Черенкова ее получили сразу трое советских исследователей — Игорь Тамм, Илья Франк и, собственно, сам Павел Черенков.
Вообще, физики были наиболее удачливыми из отечественных ученых на нобелевском поприще — наша страна может похвастаться 10 лауреатами. Через четыре года после Черенкова и его коллег премию получил знаменитый теоретик Лев Ландау. Еще через два года академики Басов и Прохоров поделили с американцем Таундсом премию за создание лазера, а в 1978 году высшей наградой был отмечен патриарх советской физики Петр Капица.
Последними же лауреатами стали Жорес Алферов в 2000 году и Алексей Абрикосов вместе с Виталием Гинзбургом — в 2003-м.
Примечательно, что почти половина отечественных ученых, отмеченных Нобелевской премией (Абрикосов, Гинзбург, Капица и Ландау), получили ее за исследования в области низких температур. Кроме того, за работы в области классической физики получили премии лишь первые три лауреата. Работы остальных относятся к квантовой физике — теоретической или экспериментальной.
В нашей стране тоже ведутся работы по GMR. Однако у наших ученых попросту не хватает денег на развитие необходимых технологий.
Антинобель нашел своих героев
В октябре, как обычно, нобелевская неделя началась с объявления имен лауреатов Шнобелевских или Игнобелевских премий — наград за самые бесполезные научные достижения.
Церемония награждения с большим весельем прошла в Гарвардском университете 4 октября. Каждый из номинантов должен был всего за 24 секунды рассказать о сути своей работы и подвести ее итог всего в 7 словах, что, согласитесь, уже требует немалого остроумия.
В области медицины награды удостоились Брайан Уиткомб (Великобритания) и Дэн Мейер (США), за обстоятельный доклад «Шпагоглотательство и его побочные эффекты». Исследователи пришли к выводу, что это занятие чревато повреждениями горла и разрывами пищевода. Причем доктор Дэн Мейер буквально не пожалел живота своего и публично продемонстрировал трюк с глотанием шпаги.
Кстати, о животе. Диетолог Брайан Уэнсинг (США, университет Корнелла) наглядно продемонстрировал, что за чувство насыщения отвечает не только желудок, но и… глаза. Когда он стал кормить испытуемых супом из «бездонной» тарелки с автовосполнением, то они стали съедать намного больше, чем обычно. Люди предпочитали больше верить глазам своим, нежели желудку: раз тарелка по-прежнему полна, значит, съели они нее много…
Физики Лакшминараянан Махадеван (США, Гарвардский университет) и Энрике Сэрда Вильябланка (университет Сантьяго в Чили) не пожалели времени и усилий для исследования процесса образования складок на простынях. Они пришли к заключению, что во всем виноваты силы трения и беспокойство спящих. Чем больше они вертятся по ночам, тем чаще образуются складки. Причем, как оказалось, этот процесс можно описать математически. Что, как ни странно, весьма заинтересовало создателей компьютерных игр и мультфильмов. Теперь они смогут более реалистически изображать складки на развевающихся знаменах и одежде своих героев.
Проблемами постели интересуется, со своей стороны, и биолог Йоханна ван Бронсвийк (Голландия, технологический университет Эйндховена). Она ухитрилась пересчитать и переписать все ныне существующие виды постельных паразитов — насекомых, бактерий и грибков. Они тоже в какой-то мере ответственны за то, что иные люди спят по ночам беспокойно.
А вот химик Майя Ямамото (Международный медицинский центр Японии) подтвердила своей работой, что и в навозной куче можно отыскать жемчужное зерно. Во всяком случае, ей удалось разработать способ получения из коровьего навоза… ванилина!
Лингвисты Хуан Мануэль Торо, Хосеп Тробалон и Нуриа Себастиан-Гальес (Испания, Барселонский университет) в очередной раз подтвердили, что животные хоть и обладают разумом, но до людей им все же далеко. По их мнению, даже такие сообразительные животные, как крысы, не способны отличать говор человека, говорящего по-японски «задом наперед», от произносимой аналогичным образом голландской речи.
Экономист Го Чжэн Се (Тайвань) пришел к заключению, что дешевле всего ловить грабителей банков путем набрасывания на них специальной сети. А пока они будут выпутываться из создавшейся ситуации, подоспеет полиция…
Литератор Гленда Браун из Австралии обратила внимание собравшихся, что определенный артикль
Поделиться книгой: