Страница 45 из 54
Вентиляторы, кстати, выполняют не только эту задачу. Они еще и очищают воздух от пыли. В наземных условиях пыль, даже самая мелкая, все же что-то весит, поэтому со временем она опускается на пол и на различные предметы, и ее можно вытереть тряпкой или уловить пылесосом. В кабине орбитального аппарата пыль ничего не весит и никуда не опускается, и если ее беспрерывно не убирать, она будет попадать в легкие космонавтов. Правда, в существование пыли в космическом корабле или станции трудно верится: откуда, дескать, она может взяться, ведь мы привыкли, что пыль заносится в помещение с улицы. Конечно, ни пыль, ни грязь в космический корабль с улицы не заносятся.
И все же пыль есть. Истираются любые предметы. Шерстяная и хлопковая одежда, например, исторгает в атмосферу кабины частички волокон. В обитаемых космических аппаратах вентиляторы обычно затягиваются марлей, и эта марля через некоторое время оказывается полностью забитой пылью.
Кстати, одна интересная деталь: если космонавт потерял какую-нибудь мелкую вещь, он идет ее искать у вентилятора, так как рано или поздно она туда "приплывет".
Для одного из мысленных опытов возьмем круглую колбу с длинным вытянутым горлом. Заполним эту колбу наполовину водой. (Откуда и как вода попадает в колбу — вопрос тоже непростой, но до поры мы оставим его в стороне.)
Как только жидкость попадает внутрь колбы, она начинает принимать необычную форму. Вначале вода распределяется так, что со стороны горловины образуется лунка полусферической формы, будто кто-то надавил на воду невидимым шаром. Затем лунка углубляется, из полусферы она превращается в три четверти, и наконец полная воздушная сфера погружается внутрь жидкости. Хорошо видно, как сферический воздушный пузырь медленно перемещается внутри жидкости. Стенки пузыря блестящи, и он не воспринимается как воздушный, а скорее похож на твердый посеребренный шар. Со стороны горловины поверхность воды тоже не остается ровной, как это было бы в условиях Земли, а имеет сферическую кривизну, направленную внутрь жидкости.
Глядя на эту картину, нетрудно дать объяснения всем предшествующим процессам. Вода по отношению к стеклу является смачивающей жидкостью. Благодаря смачиваемости образовался вогнутый мениск. На Земле этот мениск был бы едва виден, да и то только у стенок колбы, так как возникающие силы уравновешиваются гидростатическим давлением. В невесомости гидростатическое давление отсутствует и возникающие силы перемещают жидкость по стенкам колбы, а затем замыкают ее вокруг сферического пузыря. Причем пузырь благодаря поверхностному натяжению принимает сферическую форму. На границе двух сред — воды и воздуха — свет отражается, по этой причине воздушный пузырь кажется блестящим.
Если бы мы налили в колбу не воду, а, скажем, ртуть, картинка оказалась бы иной. Ртуть по отношению к стеклу — жидкость несмачивающая, поэтому внутри колбы образовался бы ртутный шар, а вокруг него — свободное воздушное пространство.
Возвратимся, однако, к нашему опыту. Прежде чем его начать, надо было заполнить колбу водой. Предположим, вода хранится в резервуаре, от которого отходит шланг с вентилем на конце. Но ведь в самом резервуаре вода тоже занимает необычное положение, и прежде всего около шланга, где образуется, как и около горловины колбы, вогнутый внутрь резервуара мениск. Это значит, что сколько бы мы ни открывали вентиль, вода с места не сдвинется и никуда не потечет.
Надо сказать, что это одна из трудностей, с которыми столкнулись конструкторы космических аппаратов. И дело оказалось не только в воде. Кроме резервуаров с водой, на борту имеются еще и резервуары с жидким топливом. Если говорить о воде, то ее из бачка можно вытрясти. Топливо же должно подаваться к двигателям равномерно. Так что конструкторам с жидкостью, оказавшейся в невесомости, также пришлось ставить мысленные эксперименты. И только на первый взгляд кажется, что эксперименты эти очень просты.
Итак, жидкость в невесомости сама по себе переливаться никуда не хочет. Как же можно выйти из этого положения?
Предположим, мы ничего не знаем о том, как в действительности устроены жидкостные резервуары на космических аппаратах, поэтому займем место конструкторов и, опираясь на законы физики, решим эту задачу самостоятельно.
Первое, что приходит в голову, скажем, для бачка с питьевой водой — это механический поршень, приводимый в движение обыкновенной рукояткой. Примером может служить обыкновенный медицинский шприц. Кстати, тот же поршень может приводиться в движение сжатым воздухом.
А вот конструкторы космических кораблей придумали устройство проще. Поршень заменили тонкой гибкой диафрагмой, которая перегораживает резервуар на две части. В одной части находится вода или жидкое топливо, в другой — полость, в которую можно вводить воздух под давлением. Как только давление в полости поднимается, диафрагма давит на жидкость и вытесняет ее в трубопровод: воду для питья, или гигиенических нужд, или для полива растений, или топливо для подачи его к двигателям.
Заметим, что хранить жидкость в невесомости можно только в закрытых резервуарах или в сосудах, откуда она не может "сбежать". При устройстве бортового душа, например, конструкторам пришлось позаботиться о герметичности душевой кабины, а для моющегося космонавта сконструировать специальный загубник, через который он мог бы дышать, не рискуя, что капельки воды могут попасть ему в легкие. Вода в душевую колонку подается под давлением, "протаскивается" струей воздуха через душевую кабину и в противоположной стороне отсасывается в специальный резервуар.
…Вы на орбите, и у вас в руках автоматическая чернильная ручка. Вы пытаетесь писать, но ручка не пишет. Почему? Да все очень просто — нет гидростатического давления. Попробуйте на Земле написать этой ручкой что-нибудь, положив лист бумаги на стену. И трех слов не напишете!
Давайте теперь превратимся в орбитальных металлургов. В нашем распоряжении электрическая плавильная печь, в которой температура поднимается до 1600 градусов — это температура плавления стали. Включим печь и поместим в ее камеру кубик стали.
Проходит некоторое время, и наша бесформенная заготовка начинает оплывать по краям. Сначала оплывают углы, потом грани, затем заготовка принимает все более и более округлые формы. Она становится ослепительно белой. Такое впечатление, что в камере плавает маленькое солнце.
И вот вы уже держите на ладони еще теплый металлический шарик идеальнейшей сферической формы. Таким сделали его невесомость и поверхностное натяжение.
Пожалуй, интереснее всего эксперимент, который можно поставить для проверки закона Архимеда.
Мы берем нашу колбу с водой, колбу, с которой уже имели дело, отщипываем маленький кусочек пробки и вводим ее пинцетом в воду.
Но что это? Архимед утверждал, что на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, то есть пробка должна вынырнуть из воды. Но она вовсе не собирается это делать. Правда, она медленно передвигается в жидкости то в одну, то в другую сторону, но это всего лишь за счет инерционных сил, связанных с вращением космического аппарата.
Выходит, Архимед не прав?
Нет, конечно! На погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Весу! А веса нет, значит, нет и выталкивающей силы. Закон Архимеда верен везде. На больших планетах — на Юпитере, на Сатурне — вес будет гораздо больше, чем на Земле, и выталкивающая сила будет больше. В невесомости эта сила равна нулю.
В свое время немало было споров по поводу инертной и тяготеющей масс. Обе массы, как близнецы, были похожи друг на друга, и отличить их не было никакой возможности. Очень просто этот вопрос решил Альберт Эйнштейн: "Если их нельзя отличить, — сказал он, — значит, существует только одна масса. В одних случаях она проявляет себя как инертная, а в других — как тяготеющая".