Текст книги "Изобретения Дедала"

Автор книги: Дэвид Джоунс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 22 страниц)

Взметая пыль

Как бы тщательно ты ни вытирал пыль, сокрушается Дедал, она все равно оседает обратно. Для решения этой бытовой проблемы Дедал начал исследовать аэродинамические свойства пыли. Каждая частица пыли, представляющая собой, как правило, волокно неправильной формы, занимает при падении устойчивое положение, в котором ее центр масс находится точно под центром аэродинамического сопротивления. Представьте себе теперь, что мы нашли способ раскрутить пылинку вокруг вертикальной оси. Если пылинка хотя бы слегка асимметрична, она имеет «закрутку» по отношению к этой оси и действует как пропеллер, хоть и не слишком эффективный. Если подъемная сила при этом направлена вверх, то пылинка станет набирать высоту. Если же «подъемная сила» направлена вниз, то характер приложения аэродинамических сил к пылинке изменится: центр аэродинамического сопротивления станет точкой приложения направленной вниз аэродинамической подъемной силы, пылинка перевернется (поскольку центр тяжести должен находиться сзади по потоку) и начнет двигаться вверх.

Таким образом, утверждает Дедал, если принудить каждую пылинку совершать вращательное движение, то пыль будет оседать на потолке. Этой цели можно достигнуть, разместив под обоями электроды, создающие вращающееся электрическое поле. Каждая пылинка, плавающая в воздухе, превратится в крошечный электрический диполь и начнет вращаться вслед за полем. Сила, необходимая для закручивания пылинки, настолько мала, что, по мнению Дедала, можно обойтись полем с напряженностью не выше нескольких сотен вольт на метр. При частоте вращения 50 Гц. (3000 об/мин), получаемой при использовании переменного тока промышленной частоты, подъемная сила будет достаточной, чтобы пылинки поднимались к потолку и прилипали к нему (а то и ввинчивались в штукатурку!). Таким образом, комната, оснащенная электродами, спрятанными под обоями и подключенными к электросети, будет неизменно сверкать стерильной чистотой, в то время как на потолке станет нарастать аккуратный ковер, служащий прекрасной звуко– и теплоизоляцией. Для тех же, кто одержим манией чистоты, Дедал разрабатывает пылесос для чистки потолков, летающий подобно воздушному шару.

Этот же замечательный принцип можно применить для предотвращения снежных заносов на дорогах. Сами по себе кристаллы льда симметричны, но снежинки, как правило, асимметричны и в большей или меньшей степени обладают пропеллерной «закруткой». Поэтому вращающееся электрическое поле, которое создают электроды, вмонтированные в ограждающий барьер, заставит снежинки подниматься вверх. Оседать же на землю снежинки будут только за пределами дороги.

New Scientist, March 27, 1980

Прибор КОШМАР с вращающимся электрическим полем эффективно отпугивает комаров

Из записной книжки Дедала

Имеется очень интересная работа Н. Б. Барановой и Б. Я. Зельдовича (Chemical Physics Letters, 57 (3), 1978, p. 453). Авторы указывают, что любая молекула, не обладающая зеркальной симметрией, должна иметь право– или левовинтовую спиральность. Другими словами, она ведет себя как пропеллер. Если такую молекулу в растворе привести во вращение, на нее будет действовать суммарная гидродинамическая сила, направленная вдоль оси вращения.

Предполагается, что этот принцип можно использовать для разделения пространственных изомеров, вращая молекулы в растворе с помощью высокочастотного поля. Не уверен, что эту идею удастся реализовать для молекул, но нет сомнений, что подобный принцип вполне осуществим в случае более крупных объектов, таких, как пылинки, плавающие в воздухе. Абсолютно симметричные пылинки встречаются крайне редко, так что почти каждая частица пыли представляет собой крошечный пропеллер и может перемещаться в заданном направлении, вращаемая внешним электрическим полем. (При этом следует только учесть, что, как говорилось выше, пылинки будут переворачиваться.) Поле, вращающееся вокруг вертикальной оси, будет двигать пылинки вбок – в результате они станут оседать на стенах.

Этому принципу, однако, можно найти и более достойное применение. Нет сомнения, что пылеуловитель с вращающимся электрическим полем окажется гораздо более эффективным средством для очистки промышленных газовых отходов, чем обычные электростатические фильтры. Кроме того, каждая новая пылинка, оседающая на стенки установки, станет ввинчиваться в уже образовывающийся слой; таким образом, мы получим нетканый материал с тесно переплетенными волокнами. Скорее всего, это будет нечто вроде бумаги, которая представляет собой не что иное, как слой целлюлозных волокон, осажденных из водной суспензии. Не исключено, что путем осаждения во вращающемся электрическом поле частиц, которые содержатся в дыме электростанций или газе печей для обжига цемента, можно получить новые виды абразивных и огнестойких бумаг. А если развивать эту идею дальше, то что вы скажете о копировальной бумаге, сделанной целиком из спрессованной сажи? Учитывая свойства углеродных волокон, можно надеяться, что такая копирка окажется невероятно прочной. (Но будет ли такая копирка оставлять след на бумаге? – Ред.)

Необнюханные – слаще

 Весенние повадки лягушек, отмечает Дедал, нуждаются в некоторых объяснениях. Когда наступает пора брачных игр, эти забавные создания мигрируют на десятки километров в поисках воды, безошибочно определяя правильное направление. Расхожее мнение, будто животные «чуют» воду как таковую, не имеет под собой никаких оснований хотя бы потому, что носы у них всегда влажные. Более того, на фоне естественной влажности воздуха почувствовать удаленный водоем практически невозможно. Тот факт, что лягушки из года в год посещают одни и те же водоемы и, как ни странно, пренебрегают другими, навел Дедала на мысль, что они ориентируются по запаху какого-то вещества, обычно (но не всегда) присутствующего в воде прудов и озер. Произведя химический анализ воды из тех прудов, которые особенно активно посещают лягушки, Дедал надеется выделить этот специфический химический «индикатор» воды в чистом виде. Это вещество не только послужит неотразимой приманкой для лягушек, на радость натуралистам и французам – любителям лягушатины, но и станет основой для дальнейших исследований. Дело в том, что существует много других примеров «вынюхивания» воды; неуверенные, но порой довольно убедительные опыты «лозохождения» ([4] , с. 162–163, 246) наводят на мысль, что водоискатели руководствуются в своих поисках аналогичным чувством. «Лозоходцы» редко могут дать вразумительное объяснение своим способностям, но, по мнению Дедала, они подсознательно идут по пути, указываемому им обонянием, не ощущая при этом явного запаха, так же как мы не ощущаем запаха тех флюидов, которые создают эмоциональную атмосферу митингов и собраний.

Польза от «водоискательского эликсира» была бы огромной. Пивной бар, снабженный такой приманкой, привлекал бы посетителей за многие мили; при этом клиенты вряд ли отдавали бы себе отчет в том, что послужило причиной неожиданного приступа жажды. Продавцы мороженого тоже смогли бы привлекать внимание покупателей, не сотрясая воздух металлическим перезвоном. При этом, однако, предполагается, что флюиды, ощущаемые человеком, отличаются от тех, которые чувствуют животные, – в противном случае орды любвеобильных лягушек станут осаждать пивные бары и фургоны мороженщиков.

New Scientist, April 1, 1971

Мороженщик, осаждаемый ордой любвеобильных лягушек.

Смутно воспринимаемые запахи могут быть очень многозначительными. Всем нам приходилось бывать в домах, где запах прямо-таки бьет в нос. Трудно представить себе, чтобы жильцы не ощущали его, – и тем не менее для них это лишь подсознательный «родной дух». Дедал предполагает, что люди, как и многие животные, подсознательно пользуются обонянием для распознавания знакомых лиц, мест и т. д. По его мнению, нелегкий период обживания нового жилища связан с тем, что новые стены не сразу воспринимают запах жильцов. Изобретенный Дедалом аппарат для «записи» запаха пропускает воздух непрерывным потоком через камеру-уловитель, охлаждаемую жидким азотом, где происходит конденсация летучих компонентов. Через некоторое время в камере накопится достаточное количество вещества, чтобы наполнить аэрозольный баллон. Стоит теперь побрызгать немного из баллончика – и новый дом мгновенно станет родным и близким. Точно так же международные корпорации, которые не останавливаются ни перед какими расходами, стремясь создать в своих учреждениях единый «стиль фирмы», могут воспользоваться этим способом, чтобы создать единый «дух фирмы». Тогда ответственные работники корпорации смогут с легкостью переезжать с места на место, не испытывая мук акклиматизации. А если посмотреть на проблему в более скромном масштабе, то коммивояжер мог бы брать в свои поездки сконцентрированный аромат родного дома – тогда, побрызгав на стены гостиничного номера или вагонного купе, он сразу почувствует себя «как дома» и вся неловкость от пребывания в незнакомом месте исчезнет. Няньки, несомненно, смогут успокаивать капризных младенцев при помощи аэрозольного концентрата запаха их мамаш. Наконец, поскольку некоторые вещества (например, теллур) сообщают специфический запах поту проглотившего их человека, примешивая такие вещества к воде или пище, можно заставить всех людей пахнуть одинаково.

New Scientist, January 5, 1978

Оптически плоская Земля

С увеличением высоты над поверхностью Земли плотность атмосферы уменьшается. Любопытным следствием этого является изменение с высотой (градиент) показателя преломления воздуха, из-за чего луч света распространяется в атмосфере по слегка искривленной траектории, как бы огибая поверхность Земли. Так, например, мы видим Солнце в течение двух минут после того, как оно в действительности скрылось за горизонтом. Вычисления, проделанные Дедалом, показывают, что этот эффект исключительно тонко сбалансирован. Если бы радиус Земли был всего на 13 км меньше, то луч света, направленный вдоль ее поверхности, в точности следовал бы ее кривизне и Земля казалась бы плоской. Удаляющийся корабль не скрывался бы под горизонтом, а просто растворялся бы в дымке, и люди не смогли бы узнать, что Земля круглая, пока не обнаружили бы, что в хороший телескоп можно увидеть собственный затылок! Дедал считает, что несостоявшуюся возможность видения на неограниченном расстоянии без труда удастся реализовать. К примеру, приповерхностный слой воздуха можно заменить толстым слоем сернистого газа, имеющего в точности необходимые значения плотности и показателя преломления. Однако, вместо того чтобы разводить серные костры на вершинах гор, он рекомендует устраивать длинные трубопроводы, заполненные этим газом, – внутри такая труба будет казаться прямой независимо от того, насколько далеко она простирается вдоль поверхности Земли. Благодаря таким световодам люди смогут – с помощью мощных герметизированных телескопов – увидеть улыбающиеся лица своих родных, живущих в других уголках планеты; эти трубы послужат также каналом для передачи огромного объема информации. Когда будут построены трансконтинентальные трубопроводы, Дедал планирует провести эксперименты по измерению времени пробега фотонов в трубе, установив зеркала у ее концов. Однако экономически выгодно будет использовать трубопроводы для транспортировки более полезных газов, чем сернистый. В настоящее время по трубам на большие расстояния перекачивают метан и этилен; Дедал пытается убедить руководителей газовых и химических корпораций прокладывать такие трубопроводы по дуге большого круга (сечения земного шара, проходящего через земную ось). По его расчетам, трубопровод, заполненный этиленом под давлением 2,1 атм или метаном под давлением 5,9 атм, также будет казаться прямым, поскольку при указанных давлениях эти газы имеют необходимые градиенты показателя преломления.

New Scientist, October 19, 1972

Из записной книжки Дедала

Как изменяется показатель преломления газа N с высотой? Он пропорционален плотности, которая убывает с высотой экспоненциально. Таким образом, показатель преломления на высоте h дается выражением

(n_h – 1) = (n _{– 1) ехр(-h/H),}

где Н=RT/gm – «масштаб высоты», на котором плотность газа уменьшается в е раз,

m – молярная масса газа, n _{– показатель преломления у поверхности Земли. Отсюда}

n_h = 1+(n_{–1) exp(-h/H)}

Дифференцируя, получаем

 Чтобы пучок света распространялся параллельно поверхности Земли, свет на его верхней границе должен распространяться быстрее, чем на нижней, – так, чтобы волновой фронт был всегда перпендикулярен земной поверхности. Поскольку скорость света обратно пропорциональна показателю преломления, это условие можно записать в виде

n_hr = n_(h+dh)(r+dh)

или

–dn/dh = n_h/r.

В атмосфере это условие будет выполняться для определенного радиуса r=r_{+h, соответствующего некоторой высоте h над поверхностью Земли:}

–dn/dh = n_h/(r_+h)

Заменяя dn/dh и n_h соответствующими выражениями, получим

Это выражение можно упростить:

exp(h/H) = (n_{-1)[(r+h)/H-1].}

Поскольку h и H малы по сравнению с радиусом Земли, r _{= 6,37 × 10⁶ м, полученное выражение можно записать в виде}

exp(h/H) = (n_-1)r/H

или

h = H ln[(n_-1)r/H].

Остается теперь подобрать такой газ, у которого показатель преломления n₀ при давлении 1 атм и масштаб высоты H таковы, что h = 0. В таком газе луч света будет в точности следовать за кривизной земной поверхности.

Наиболее подходящим газом, по-видимому, является кислород O₂, для которого при 20°С n_{=1,000615 и H = 3880 м, что дает h = 37 м – весьма малая величина по сравнению с радиусом Земли. Для промышленных газов, этилена и метана, при нормальном давлении получаются большие отрицательные значения h (их показатели преломления при 20°С равны соответственно 1,000648 и 1,000411). Однако при давлениях 2,1 атм для этилена и 5,9 атм для метана оптические параметры этих газов становятся как раз такими, как надо.}

Для воздуха при 20°С n_{= 1,000272 и H = 8560 м, что дает нам h = -13700 м, т.е. если прорыть на глубине 13 км туннель вдоль поверхности Земли, то он будет просматриваться на любое расстояние. Иначе говоря, если бы радиус Земли был всего на 13 км меньше, она казалась бы плоской!}

Конец больших подтяжек

Изобретение застежек «велькро» с микрокрючками было подсказано колючками репейника, прочно цепляющимися за шерсть животных и одежду. Дедал вдохновился другим биологическим примером. Он вспоминает, как мальчишкой бросал колоски ячменя за шиворот взрослым и какой уморительный эффект они производили, благодаря своим острым усикам перемещаясь под одеждой в определенном направлении. Дедал пришел к выводу, что предметы одежды, подбитые мехом с приглаженными в одну сторону волосками, будут автоматически принимать правильное положение на фигуре. Такую одежду не придется удерживать поясами или подтяжками. Нынешние носки, к примеру, не нуждаются в подвязках – но они удерживаются на ноге только вследствие своей эластичности. В отличие от них «активные» носки и чулки, изобретенные Дедалом, станут при всяком движении подниматься вверх по ноге, расправляя малейшие образовавшиеся на них складки.

 Аналогично «самоцентрирующийся» галстук не съедет за ухо, как это нередко случается теперь, особенно во время телевизионных интервью.

Более того, Дедал предвидит создание полностью «автоматизированного» облачения, которое, будучи накинуто кое-как, само сядет по фигуре без единой складочки – не только вопреки самой лихорадочной двигательной активности, но скорее благодаря ей. Новые ткани открывают невиданные возможности для пошива облегающих и самоудерживающихся предметов туалета, и Дедал не может без волнения думать о том, какой это даст простор фантазии модельеров. Самые смелые фасоны не будут более нуждаться в замаскированных лямках и бретельках; возможно даже создание кинетической одежды (например, непрестанно вращающихся поясов). Однако Дедалу больше по душе менее бредовые применения этого принципа: лестничные ковры, которые не сползают вниз по ступенькам, а стремятся подняться вверх, а также конторские стулья, надежно удерживающие самых сонливых служащих в позе напряженного внимания.

New Scientist, August 17, 1967

Комментарий Дедала

Запрос фирмы «Хейуорд Марум» пришел к нам в тот период, когда чулки проигрывали колготкам свою последнюю битву и, судя по всему, промышленность была особенно восприимчива к любым новшествам. Однако, несмотря на подробный и оптимистический ответ, фирма не смогла извлечь пользу из нашей идеи.

«Нью сайентист»

Редактору «страницы Ариадны»

Милостивый государь!

Просматривая старый номер Вашего журнала от 17 августа 1967 г., я прочитал на странице Ариадны об идее создания носков и чулок, которые станут при всяком движении подниматься вверх по ноге, расправляя тем самым малейшие складки.

Мне было бы интересно проконсультироваться со специалистом, предложившим подобное новшество. С нетерпением жду ответа.

Искренне Ваш

Роберт Дж. Кальвин,

президент фирмы «Хейуорд Марум»

Ты крутись, кораблик мой…

Корабль, приводимый в движение солнечной энергией, был бы слишком маломощным, утверждает Дедал, даже если бы удалось использовать полностью всю энергию Солнца, падающую на корабль. Поэтому Дедал пытается сконструировать корабль, который будет использовать солнечную энергию, падающую на воду вокруг него. Представьте себе высокую трубу, воронкообразно расширяющуюся к основанию и удерживаемую каким-то способом на высоте нескольких метров над поверхностью воды. Водяной пар, образовавшийся под такой воронкой, станет подниматься в трубу, поскольку он существенно легче воздуха. За счет этого в воронку будет засасываться окружающий воздух, и в трубе создастся тяга. Чем сильнее тяга, тем с большей площади вокруг воронки будут собираться водяные пары, – таким образом энергия водяного пара преобразуется в энергию струйного течения в трубе. Вследствие действия кориолисовой силы, обусловленной вращением Земли, всасываемый поток закручивается по спирали – так Дедал сможет укротить водяной смерч. Действительно, смерчи, ураганы и прочие атмосферные вихри получают свою энергию от Солнца примерно таким образом, но отсутствие направляющих каналов приводит к тому, что эти вихри оказываются устойчивыми только при очень больших размерах и перемещаются непредсказуемым образом. Предлагаемая Дедалом конструкция, напротив, будет захватывать воздух с площади в радиусе, примерно равном высоте трубы (допустим, 100 м), что соответствует мощности в 30 МВт. Даже если принять кпд такого устройства равным 3%, этого достаточно для движения корабля-смерча.

В качестве двигателя Дедал предлагает смелую конструкцию, использующую вращение воздушного потока внутри трубы. Турбинные лопатки, установленные по периметру корабля и внутри трубы, приводят все судно во вращение вокруг вертикальной оси (кстати, это вращение обеспечит гироскопическую стабилизацию довольно-таки неустойчивой высокой трубы). В подводной части корабля будут установлены откидные лопасти, преобразующие вращение корабля в поступательное движение – наподобие ротора вертолета, однако кабина для экипажа не должна вращаться вместе с кораблем. В северном полушарии такое судно будет вращаться против часовой стрелки, в южном полушарии – по часовой стрелке, а при пересечении экватора оно будет на мгновение останавливаться.

New Scientist, April 5, 1979

Комментарий Дедала

Первоначально я планировал сконструировать нечто вроде плавучей теплицы. Мне представлялся покачивающийся на волнах застекленный купол – крышка гигантской столовой масленки, – удерживающий под собой большой объем воздуха. Лучистая энергия Солнца, проходящая под купол, накапливается там за счет «парникового эффекта» – в результате температура воздуха под куполом повышается. При температуре окружающей воды 10°С (давление водяных паров 1230 Н/м²) вода под куполом может нагреться до 40°С (давление водяных паров 7370 Н/м²); разность давлений будет достаточна, чтобы обеспечить плавучесть и движущую силу корабля-смерча. Поскольку в резервуаре-накопителе с зачерненным (для увеличения поглощения) дном вода может быть нагрета солнечными лучами почти до кипения, мои допущения представляются весьма скромными. Для еще большего поглощения солнечной энергии воду под куполом можно было бы подкрасить чем-нибудь вроде сепии (чернил каракатицы). Движение вперед осуществлялось бы за счет реактивной тяги, возникающей при снижении существующего под куполом избыточного давления с помощью отверстий, открывающихся с соответствующей стороны купола. Получается очень славный «солнечный кораблик», у которого полностью отсутствуют движущиеся части и весьма мала площадь смоченной поверхности. Однако подобная конструкция не лишена недостатков. Во-первых, необходимо постоянно следить за тем, чтобы количество выпускаемого из-под купола воздуха было сбалансировано со скоростью испарения воды – иначе купол заполнится водой и затонет. Во-вторых, даже очень широкий и приземистый купол окажется, по-видимому, неустойчивым, и чтобы избежать его опрокидывания, потребуется установка дополнительных поплавков по его периметру. В-третьих, эффективность такого способа передвижения очень невысока. На поверхность купола, представляющего собой в плане квадрат со стороной 100 м, падает до 10⁴ кВт мощности солнечной энергии, однако при столь малой разности давлений кпд реактивного двигателя едва ли достигнет 1%. В результате его мощность не превысит 100 кВт и вряд ли будет достаточна для перемещения такого гиганта. Очевидно, реальный солнечный корабль должен использовать солнечную энергию с гораздо большей площади морской поверхности, чем покрывает его собственная поверхность.

Хороший пример в этом отношении дает нам парусный корабль. Он передвигается за счет ветра, возникающего вследствие конвекции воздушных масс над миллионами квадратных километров океанской поверхности [5]. А нельзя ли создать «собственный», локальный, ветер, который приводил бы корабль в движение? В своей чрезвычайно разумной статье Дж. Бернал (The Scientist Speculates, ed. I. J. Good, Heinemann, 1961, p. 17) указывает, насколько важным открытием было изобретение печной трубы, и отмечает, что влажный воздух быстро поднимается по трубе не столько потому, что он горячий, сколько в силу повышенного содержания влаги: молекулярная масса воды (М_воды=18) существенно меньше эффективной молекулярной массы воздуха (M_возд=29). Таким образом, труба, всасывающая влажный воздух над поверхностью моря и направляющая его вверх, создает в окружающем пространстве локальный устойчивый поток воздушных масс, т. е. локальный ветер. Самый простой способ использовать энергию вертикальной тяги – установить внутри трубы турбину. Тут я вспомнил, как смерч ускоряет медленное кориолисово вращение воздушных масс вследствие того, что засасывает воздух с большой площади и подтягивает воздушную массу к оси вращения. В соответствии с законом сохранения момента количества движения по мере приближения к оси вращения угловая скорость воздушных частиц быстро растет. Дальнейший ход мыслей очевиден.