Необичайни експерименти в космоса. Бумерангът се завръща! Гори ли свещ в космически кораб?

Много от тези, които гледаха култовия американски филм " Междузвездни войни“, още помнят впечатляващите кадри с експлозии, огнени езици, летящи във всички посоки горящи отломки... Може ли такава ужасна сцена да се повтори в реалния космос? В пространство, напълно лишено от въздух? За да отговорим на този въпрос, нека първо се опитаме да разберем как ще гори обикновена свещ космическа станция.

Какво е горене? Това химическа реакцияокисляване с освобождаване голямо количествотоплина и образуването на горещи продукти от горенето. Процесът на горене може да възникне само в присъствието на запалимо вещество, кислород, и при условие, че продуктите на окисляване се отстраняват от зоната на горене.

Да видим как работи свещта и какво точно гори в нея. Свещта е фитил, усукан от памучни конци, напълнен с восък, парафин или стеарин. Много хора смятат, че самият фитил гори, но това не е така. Гори веществото около фитила или по-скоро неговите пари. Фитилът е необходим, така че восъкът (парафин, стеарин), разтопен от топлината на пламъка, да се издигне през капилярите си в зоната на горене.

За да проверите това, можете да проведете малък експеримент. Изгасете свещта и незабавно донесете горящата кибритена клечка до точка на два или три сантиметра над фитила, където се издигат восъчните пари. Те ще пламнат от кибрита, след което огънят ще падне върху фитила и свещта ще светне отново (за повече подробности вижте).

И така, има запалимо вещество. Освен това във въздуха има достатъчно кислород. Какво ще кажете за отстраняването на продуктите от горенето? Няма проблеми с това на земята. Въздухът, загрят от топлината на пламъка на свещта, става по-малко плътен от студения въздух около него и се издига нагоре заедно с продуктите от горенето (те образуват език на пламъка). Ако продуктите на горенето, които са въглероден диоксид CO 2 и водна пара, останат в реакционната зона, горенето бързо ще спре. Лесно е да проверите това: поставете горяща свещ във висока чаша - тя ще изгасне.

Сега нека помислим какво ще се случи със свещ на космическа станция, където всички обекти са в състояние на безтегловност. Разликата в плътността на горещ и студен въздух вече няма да причини естествена конвекция, и през за кратко временяма да остане кислород в зоната на горене. Но се образува излишък от въглероден оксид (въглероден оксид) CO. Въпреки това, още няколко минути свещта ще гори и пламъкът ще приеме формата на топка, обграждаща фитила.

Също толкова интересно е да се знае какъв цвят ще бъде пламъкът на свещта на космическата станция. На земята е доминиран от жълт оттенък, причинен от блясъка на горещи частици сажди. Обикновено огънят гори при температура 1227-1721 o C. В безтегловност беше забелязано, че при изчерпване на горивното вещество започва „студено“ изгаряне при температура 227-527 o C. При тези условия смес от наситените въглеводороди във восъка отделят водород H2, който придава на пламъка синкав оттенък.

Някой палил ли е истински свещи в космоса? Оказва се, че са го запалили – в орбита. Това е направено за първи път през 1992 г. в експерименталния модул на космическата совалка, след това в космически корабНАСА Колумбия, през 1996 г. експериментът е повторен на станция Мир. Разбира се, тази работа не беше извършена от просто любопитство, а за да се разбере до какви последствия може да доведе пожар на борда на станцията и как да се справим с него.

От октомври 2008 г. до май 2012 г. подобни експерименти бяха проведени по проект на НАСА на Международната космическа станция. Този път астронавтите изследваха запалими вещества в изолирана камера на различни наляганияи различно съдържание на кислород. След това се установи „студено“ горене при ниски температури.

Нека припомним, че продуктите от горенето на земята са, като правило, въглероден диоксид и водна пара. В безтегловност, при условия на горене при ниски температури, се отделят предимно силно токсични вещества въглероден окиси формалдехид.

Изследователите продължават да изучават горенето при нулева гравитация. Може би резултатите от тези експерименти ще формират основата за разработването на нови технологии, защото почти всичко, което се прави за космоса, след известно време намира приложение на земята.

Сега разбираме, че режисьорът Джордж Лукас, който режисира „Междузвездни войни“, все пак е направил голяма грешка при изобразяването на апокалиптичната експлозия на космическа станция. Всъщност експлодиращата станция ще изглежда като кратка, ярка светкавица. След него ще остане огромна синкава топка, която ще угасне много бързо. И ако изведнъж нещо наистина светне на станцията, трябва незабавно автоматично да изключите изкуствената циркулация на въздуха. И тогава пожарът няма да се случи.

Восък- непрозрачна, мазна на пипане, твърда маса, която се топи при нагряване. Състои се от естери на мастни киселини от растителен и животински произход.

Парафин- восъчна смес от наситени въглеводороди.

Стеарин- восъчна смес от стеаринова и палмитинова киселини с примес на други наситени и ненаситени мастни киселини.

Естествена конвекция- процесът на пренос на топлина, причинен от циркулацията на въздушните маси, когато те се нагряват неравномерно в гравитационно поле. Когато долните слоеве се нагреят, те стават по-леки и се издигат, а горните слоеве, напротив, се охлаждат, стават по-тежки и потъват надолу, след което процесът се повтаря отново и отново.

Приближава Нова година, а астронавтите на орбиталната станция се готвят да го посрещнат. Те молят следващия транспортен кораб да им изпрати свещи. Но инженерите на Земята смятат, че няма нужда да се изпращат свещи, тъй като те няма да горят при нулева гравитация.
Как мислите, обикновена свещ ще гори ли при нулева гравитация?

Отговор
За да гори една свещ, е необходим постоянен приток на кислород към нейния пламък. При земни условия този приток се получава поради конвекция. Горещите газове в резултат на изгарянето на стеарин са по-леки от въздуха и затова се издигат нагоре, а на тяхно място влизат нови порции въздух. В резултат на това се осигурява приток на кислород към пламъка и отстраняване на газовете въглероден оксид (CO) и въглероден диоксид (CO2) от зоната на горене. Ясно е, че в условията на безтегловност няма да има конвекция. Ще има само слаб въздушен поток поради въздушно течениевътре в космическия кораб, както и приток поради разширяването на продуктите от горенето и поради дифузия. Изброените процеси са слаби и дали ще са достатъчни, за да изгори една свещ, може да се установи само експериментално.

Между другото Такива експерименти бяха проведени на космическата станция "Мир" през 1996 г. Оказа се, че една свещ може да гори при нулева гравитация. В един експеримент една свещ гори 45 минути. При нулева гравитация обаче свещта гори по различен начин, отколкото на Земята. Тъй като няма конвекционни течения, пламъкът на свещта няма продълговата форма, както в земните условия, а сферична. При липса на конвекция пламъкът се охлажда по-малко, така че температурата му е по-висока от тази на Земята; Стеаринът в свещта става много горещ и отделя водород, който гори със син пламък.

Мисля

При експерименти със свещ при нулева гравитация понякога се появява режим на горене с периодични микроексплозии, което води до резки колебания в пламъка.
Защо възникнаха микроексплозии?

Отговор
Поради липсата на конвекция пламъкът на свещта се охлади по-малко, което означава, че температурата му е висока. Стеаринът в свещта прегря силно и започна да се изпарява. Концентрацията на стеариновите пари във въздуха в близост до пламъка нараства, докато се образува експлозивна смес. Това беше последвано от лек взрив, докато продуктите на горенето бяха отнесени от взривната вълна и на тяхно място дойде Свеж въздух. Ако експлозията не беше твърде силна, тогава свещта продължи да гори, нова порция стеарин се изпари от повърхността й и последва следващата експлозия.

Пламък на свещ: а) в условия на гравитация; б) в условия на безтегловностhttp://n-t.ru/tp/nr/pn.htm

Мисля

Как можем да осигурим повече интензивно горенесвещи или обикновени клечки? Предложете различни начини.

Отговор
Можеш да духнеш кибрит. Можете да започнете да въртите мача в кръг, като по този начин осигурите движението на мача спрямо въздуха. Можете да хвърлите кибрит. В един от документални филмиотносно безтегловността беше показан следният сюжет: хвърлен кибрит се движеше плавно вътре в космическия кораб и гореше доста интензивно поради подаването на нови порции въздух към пламъка му.http://mgnwww.larc.nasa.gov/db/combustion/combustion.htmlhttp://science.msfc.nasa.gov/newhome/headlines/msad08jul97_1.htm

ВЗРИВ В ХЛЕБОПЕКАРНА

В древни времена пекарят използвал едно сигурно средство за справяне с досадните мухи. Взел шепа брашно, хвърлил го във въздуха и го запалил. Пламна облак от брашно. Пламнете, пляснете - и досадните насекоми изчезнаха. Този метод винаги помагаше, въпреки че понякога стъклото от прозорците излиташе от памука. Въпреки това, на 14 декември 1785 г. в Торино (Италия) се случи бедствие. Решавайки да използва изпитан метод, за да се отърве от мухите, нещастният пекар взриви цялото си домакинство. Той и помощниците му загинаха под развалините на хлебозавода. През 1979 г. брашнен прах експлодира в една от мелниците в Бремен. В резултат на това 14 загинали, 17 ранени, щети - 100 милиона марки.
Може ли прахът от брашно наистина да причини ужасни експлозии? В крайна сметка това не е динамит, разпръснат във въздуха, а само частици брашно?Волков А. Приключенията на праха.

Отговор
Брашното съдържа вещества от органичен произход, което означава, че може да гори. Разбира се, при нормални условия не е лесно да се запали брашно. Но ако брашното се пръска във въздуха, тогава всяка прашинка влиза в контакт с кислород. В допълнение, общата повърхност на праховите зърна е многократно по-голяма от повърхността на едно парче материя със същата маса. Това означава, че когато дадено вещество се пръска, неговата повърхност се увеличава многократно. Горенето възниква на повърхността, тъй като повърхността на веществото влиза в контакт с атмосферния кислород. В този случай най-малките прашинки изгарят толкова бързо, че настъпва експлозия.

справка Експлозията е изгаряне, и то невероятно бързо - незначителна част от секундата. В този случай експлозивът се превръща в газ. Полученият газ има висока температураи огромно налягане - десетки милиарди паскала. Внезапното разширяване на газа предизвиква оглушителен рев и тежки разрушения.Понякога експлодират на пръв поглед напълно безвредни вещества. Те включват всеки прах от органичен произход: брашно, захар, въглища, хляб, хартия, черен пипер, грах и дори шоколад.Експлодират само онези видове прах, които съдържат вещества, които реагират с кислород. Експлозия възниква само когато количеството прах във въздуха достигне определено ниво и дори микроскопична искра може да я причини.

Между другото Бързото изгаряне на вещество в атомизирано състояние се използва широко в технологиите. Например, въглищата се доставят в пещите на котелни централи на топлоелектрически централи под формата на фин прах. А тихото ръмжене на колата е ехо от експлозиите на смес от бензинови пари и въздух в двигателя.

Шабловски В. Занимателна физика. Санкт Петербург: Тригон, 1997. С. 101.

Между другото Първият много силен експлозив е синтезиран от Асканио Собреро през 1846 г. в Торино (Италия). Беше нитроглицерин - мазен бистра течностсладък вкус. В онези дни химиците опитваха всички вещества. Дори няколко капки нитроглицерин разтуптяха сърцето ми и ме заболя главата. Четиридесет години по-късно нитроглицеринът е признат за лекарство.

Мисля

Енергията, съдържаща се в експлозива, не е толкова голяма. Например при изгарянето на 1 кг тротил се отделя 8 пъти по-малко енергия, отколкото при изгарянето на 1 кг въглища. Но защо тогава TNT е толкова разрушителен?

Отговор
По време на експлозия на TNT енергията се освобождава десетки милиони пъти по-бързо, отколкото при нормално гореневъглищаШабловски В. Занимателна физика. Санкт Петербург: Тригон, 1997. С. 100.

Мисля

Склонността на нитроглицерина да експлодира е наистина невероятна. Казват, че веднъж в Англия един селянин изпил бутилка нитроглицерин през зимата с надеждата да се стопли. Намерен е мъртъв на пътя. Замразеното тяло било внесено в къщата и поставено да се размрази близо до печката. В резултат на това тялото на селянина се е взривило и къщата е разрушена.Въпрос: Може ли да се вярва на тази история?Красногоров В. Имитация на мълния. М.: Знание, 1977. С. 72.

Как гори огънят при нулева гравитация? Какво е горене? Това е химическа реакция на окисление, която освобождава голямо количество топлина и произвежда горещи продукти на горене. Процесът на горене може да възникне само в присъствието на запалимо вещество, кислород, и при условие, че продуктите на окисляване се отстраняват от зоната на горене. Да видим как работи свещта и какво точно гори в нея. Свещта е фитил, усукан от памучни конци, напълнен с восък, парафин или стеарин. Много хора смятат, че самият фитил гори, но това не е така. Гори веществото около фитила или по-скоро неговите пари. Фитилът е необходим, така че восъкът (парафин, стеарин), разтопен от топлината на пламъка, да се издигне през неговите капиляри в зоната на горене. За да проверите това, можете да проведете малък експеримент. Духнете свещта и незабавно донесете горящата кибритена клечка до точка на два или три сантиметра над фитила, където се издигат восъчните пари. Кибритът ще ги запали, след което огънят ще падне върху фитила и свещта ще светне отново. И така, има запалимо вещество. Освен това във въздуха има достатъчно кислород. Какво ще кажете за отстраняването на продуктите от горенето? Няма проблеми с това на земята. Въздухът, загрят от топлината на пламъка на свещта, става по-малко плътен от студения въздух около него и се издига нагоре заедно с продуктите от горенето (те образуват език на пламъка). Ако продуктите от горенето, които са въглероден диоксид CO2 и водни пари, останат в реакционната зона, горенето бързо ще спре. Лесно е да проверите това: поставете горяща свещ във висока чаша - тя ще изгасне. Сега нека помислим какво ще се случи със свещ на космическа станция, където всички обекти са в състояние на безтегловност. Разликата в плътността на горещ и студен въздух вече няма да причинява естествена конвекция и след кратко време в зоната на горене няма да остане кислород. Но се образува излишък от въглероден оксид (въглероден оксид) CO. Въпреки това, още няколко минути свещта ще гори и пламъкът ще приеме формата на топка, обграждаща фитила. Също толкова интересно е да се знае какъв цвят ще бъде пламъкът на свещта на космическата станция. На земята е доминиран от жълт оттенък, причинен от блясъка на горещи частици сажди. Обикновено огънят гори при температура 1227-1721oC. В безтегловност беше забелязано, че при изчерпване на горивното вещество започва „студено“ изгаряне при температура 227-527 ° C. При тези условия сместа от наситени въглеводороди във восъка освобождава водород H2, който придава на пламъка синкав оттенък. Някой палил ли е истински свещи в космоса? Оказва се, че са го запалили – в орбита. Това е направено за първи път през 1992 г. в експерименталния модул на космическата совалка, след това в космическия кораб на НАСА "Колумбия", а през 1996 г. експериментът е повторен на станция "Мир". Разбира се, тази работа не беше извършена от просто любопитство, а за да се разбере до какви последствия може да доведе пожар на борда на станцията и как да се справим с него. От октомври 2008 г. до май 2012 г. подобни експерименти бяха проведени по проект на НАСА на Международната космическа станция. Този път астронавтите изследваха запалими вещества в изолирана камера при различно налягане и различно съдържание на кислород. Тогава се установява “студено” горене при ниски температури. Нека припомним, че продуктите от горенето на земята са, като правило, въглероден диоксид и водна пара. В безтегловност, при условия на горене при ниски температури, се отделят силно токсични вещества, главно въглероден окис и формалдехид. Изследователите продължават да изучават горенето при нулева гравитация. Може би резултатите от тези експерименти ще формират основата за разработването на нови технологии, защото почти всичко, което се прави за космоса, след известно време намира приложение на земята.

Необичаен експеримент беше проведен в космоса. Японският астронавт Такао Дои,

намиращ се на борда на американския модул на МКС, изстреля обикновен бумеранг.

Експертите искаха да видят как ще се държи този обект, ако бъде хвърлен при нулева гравитация.

За изненада на мнозина, включително световния шампион по хвърляне на бумеранг Ясухиро Тогай, бумерангът се завръща!

Още един експеримент при нулева гравитация

Алберт Айнщайн, много преди космическите полети, се замисля над любопитен въпрос: ще гори ли свещ в кабината на космически кораб? Айнщайн вярваше, че „не“, тъй като поради безтегловността горещите газове няма да излязат от зоната на пламъка. Така достъпът на кислород до фитила ще бъде блокиран и пламъкът ще изгасне.

Съвременните експериментатори решиха да тестват твърдението на Айнщайн експериментално. В една от лабораториите е проведен следният експеримент. Горяща свещ, поставена в затворен стъклен буркан, е изпусната от височина около 70 м. Падащият обект е бил в състояние на безтегловност, ако не се вземе предвид съпротивлението на въздуха. Свещта обаче не угасна, а само формата на пламъка се промени, той стана по-сферичен и светлината, която излъчва, стана по-малко ярка.

Експериментаторите обясняват продължаващото горене в безтегловност с дифузия, поради която кислородът от околното пространство все още навлиза в зоната на пламъка. В крайна сметка процесът на дифузия не зависи от действието на гравитационните сили.

Условията на горене при нулева гравитация обаче са различни от тези на Земята. Това обстоятелство трябваше да бъде взето предвид от съветските дизайнери, които създадоха специален машина за заваряванеза заваряване в условия на нулева гравитация.

Това устройство е тествано през 1969 г. на съветския космически кораб Союз-8 и работи успешно.

Знаеше ли?

Първи бутони

Как хората са закопчавали дрехите преди много време?
За това те използваха копчета за ръкавели, а по-често дантели и панделки.

Тогава се появиха копчета и често те бяха пришити много повече, отколкото бяха направени бримки. Факт е, че копчетата първоначално са били предназначени само за богати хора, не само за закопчаване, но по-често за декориране на дрехи. Копчетата са направени от скъпоценни камънии скъпи метали.

Колкото по-благороден и богат бил човек, толкова повече копчета имало на дрехите му. Много хора по това време се противопоставиха на новите крепежни елементи, смятайки ги за недостъпен лукс. Често това наистина беше така. Например кралят на Франция Франциск Първи заповяда да украси черната си кадифена камизола с 13 600 златни копчета.

Защо изобщо се получава горене? При нагряване органична материянад определена прагова стойност - температурата на запалване - започва активната им реакция с атмосферния кислород.

Основният състав на атомите в органичните вещества е въглерод (C) и водород (H). Въглеродът се свързва с кислорода, за да образува въглероден диоксид (CO2), а водородът образува вода (H20). Реакцията от своя страна отделя топлина, което осигурява нейното продължение. Следователно, за да възникне горене по принцип са необходими две условия:
1), така че температурата на запалване да е по-ниска от температурата на горене
2) осигурете достатъчен поток от кислород за продължаване на реакцията.

Защо пламъкът на свещта сочи нагоре? По време на горенето въздухът, загрят от пламъка, се втурва нагоре (помните ли физиката? Топлият въздух е по-лек, така че се издига. По-точно, той се измества от по-студен и следователно по-тежък.) Студеният въздух, съдържащ повече кислород, се влива в освободеното място чрез топъл въздух. Очевидно, ако покриете свещ, например, стъклен буркан, тогава свещта ще изгасне достатъчно бързо - веднага щом целият кислород реагира. Между другото, още един интерес Питай. Защо, въпреки че въглеродният диоксид е невидим, а водната пара се вижда само когато има много, можем ясно да видим пламъка на свещ? Виждаме нагрети частици от неизгоряла материя. Именно тези, които образуват сажди (сажди). Можем да го видим, ако държим например лъжица над пламъка.

Сега най-накрая се връщаме при нашите овце. Тоест на въпроса дали една свещ ще гори при нулева гравитация. Очевидно въпросът възникна въз основа на разсъждението, че тъй като няма земно притегляне, тогава топлият въздух няма да бъде заменен със студен въздух и проблемите ще започнат с притока на кислород. Тук обаче на помощ идва топлинното движение. Нагрети молекули въглероден двуокиси водната пара се движи няколко пъти по-бързо от молекулите на кислорода, което по принцип може да позволи на една свещ да гори. И така, за да обобщим, завършваме. По принцип една свещ може да гори, макар и слаба.

Между другото, Алберт Айнщайн веднъж зададе този въпрос и самият той отговори отрицателно. Няма въздушен поток, няма горене. Но опитът е доказал друго.

http://evolutsia.com/content/view/3057/40/