Neobični eksperimenti u svemiru. Bumerang se vratio! Da li u svemirskom brodu gori svijeća?

Mnogi od onih koji su gledali kultni američki film" Ratovi zvijezda“, još pamte impresivan snimak sa eksplozijama, plamenim jezicima, zapaljenim krhotinama koji lete na sve strane... Može li se tako strašna scena ponoviti u stvarnom svemiru? U prostoru potpuno bez zraka? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, pokušajmo prvo shvatiti kako će gorjeti obična svijeća svemirska stanica.

Šta je sagorevanje? Ovo hemijska reakcija oksidacija sa oslobađanjem velika količina topline i stvaranja vrućih produkata izgaranja. Proces sagorevanja se može odvijati samo u prisustvu zapaljive supstance, kiseonika, i pod uslovom da se produkti oksidacije uklone iz zone sagorevanja.

Hajde da vidimo kako sveća radi i šta tačno gori u njoj. Svijeća je fitilj upleten od pamučnih niti, punjen voskom, parafinom ili stearinom. Mnogi ljudi misle da sam fitilj gori, ali to nije tako. To je tvar oko fitilja, odnosno njegova para, koja gori. Fitilj je potreban kako bi se vosak (parafin, stearin) otopljen od toplote plamena uzdigao kroz svoje kapilare u zonu izgaranja.

Da biste to testirali, možete provesti mali eksperiment. Ugasite svijeću i odmah donesite zapaljenu šibicu do tačke dva ili tri centimetra iznad fitilja, gdje se diže para voska. Oni će se rasplamsati od šibice, nakon čega će vatra pasti na fitilj i svijeća će se ponovo upaliti (za više detalja pogledajte).

Dakle, postoji zapaljiva supstanca. U vazduhu ima i sasvim dovoljno kiseonika. Šta je sa uklanjanjem produkata sagorevanja? Nema problema sa ovim na zemlji. Vazduh, zagrejan toplotom plamena svijeće, postaje manje gust od hladnog vazduha koji ga okružuje i diže se prema gore zajedno sa produktima sagorevanja (oni formiraju plameni jezik). Ako produkti sagorijevanja, a to su ugljični dioksid CO 2 i vodena para, ostanu u zoni reakcije, izgaranje će brzo prestati. To je lako provjeriti: stavite upaljenu svijeću u visoku čašu - ugasit će se.

Sada razmislimo šta će se dogoditi sa svijećom na svemirskoj stanici, gdje su svi objekti u bestežinskom stanju. Razlika u gustini toplog i hladnog vazduha više neće uzrokovati prirodna konvekcija, i kroz za kratko vrijeme neće ostati kiseonik u zoni sagorevanja. Ali stvara se višak ugljičnog monoksida (ugljični monoksid) CO. Međutim, još nekoliko minuta će svijeća gorjeti, a plamen će poprimiti oblik lopte koja okružuje fitilj.

Jednako je zanimljivo znati koje će boje biti plamen svijeće na svemirskoj stanici. Na tlu dominira žuta nijansa uzrokovana sjajem vrućih čestica čađi. Uobičajeno, vatra gori na temperaturi od 1227-1721 o C. U bestežinskom stanju, uočeno je da kako se zapaljiva supstanca iscrpi, "hladno" sagorevanje počinje na temperaturi od 227-527 o C. U ovim uslovima, mešavina zasićeni ugljovodonici u vosku oslobađaju vodonik H2, koji plamenu daje plavkastu nijansu.

Da li je neko zapalio prave svijeće u svemiru? Ispostavilo se da su ga upalili - u orbiti. To je prvi put urađeno 1992. godine u eksperimentalnom modulu Space Shuttlea, a zatim u svemirski brod NASA Columbia, 1996. godine, eksperiment je ponovljen na stanici Mir. Naravno, ovaj posao nije urađen iz obične radoznalosti, već da bi se shvatilo do kakvih posljedica može dovesti požar na stanici i kako se nositi s njim.

Od oktobra 2008. do maja 2012. slični eksperimenti su izvedeni u okviru NASA projekta na Međunarodnoj svemirskoj stanici. Ovog puta astronauti su ispitivali zapaljive materije u izolovanoj komori u različitim pritiscima i različit sadržaj kiseonika. Tada je uspostavljeno “hladno” sagorevanje na niske temperature.

Podsjetimo da su proizvodi sagorijevanja na Zemlji u pravilu ugljični dioksid i vodena para. U bestežinskom stanju, u uslovima sagorevanja na niskim temperaturama, oslobađaju se uglavnom visoko toksične supstance ugljen monoksid i formaldehid.

Istraživači nastavljaju proučavati sagorijevanje u nultom stanju gravitacije. Možda će rezultati ovih eksperimenata biti osnova za razvoj novih tehnologija, jer gotovo sve što se radi za svemir, nakon nekog vremena, nađe primjenu na zemlji.

Sada shvatamo da je režiser Džordž Lukas, koji je režirao Ratove zvezda, ipak napravio veliku grešku kada je prikazao apokaliptičnu eksploziju svemirske stanice. U stvari, eksplodirajuća stanica će se pojaviti kao kratak, sjajan bljesak. Nakon njega će ostati ogromna plavkasta lopta, koja će se vrlo brzo ugasiti. A ako iznenada nešto zaista zasvijetli na stanici, morate odmah automatski isključiti umjetnu cirkulaciju zraka. I tada se požar neće dogoditi.

Vosak- neprozirna, masna na dodir, čvrsta masa koja se topi pri zagrevanju. Sastoji se od estera masnih kiselina biljnog i životinjskog porijekla.

Parafin- voštana mješavina zasićenih ugljovodonika.

Stearin- voštana mješavina stearinske i palmitinske kiseline s primjesom drugih zasićenih i nezasićenih masnih kiselina.

Prirodna konvekcija- proces prijenosa topline uzrokovan kruženjem zračnih masa kada su one neravnomjerno zagrijane u gravitacionom polju. Kada se donji slojevi zagriju, postaju lakši i dižu se, a gornji slojevi se, naprotiv, hlade, postaju teži i tonu, nakon čega se proces ponavlja iznova i iznova.

Približavam se Nova godina, a astronauti na orbitalnoj stanici se pripremaju za susret s njim. Traže sljedeći transportni brod da im pošalje svijeće. Ali inženjeri na Zemlji vjeruju da nema potrebe za slanjem svijeća, jer one neće gorjeti u nultom gravitaciji.
Šta mislite, hoće li obična svijeća gorjeti u nulti gravitaciji?

Odgovori
Da bi svijeća gorjela, potreban je stalan dotok kisika u njen plamen. U kopnenim uslovima, ovaj priliv nastaje zbog konvekcije. Vrući plinovi koji nastaju izgaranjem stearina su lakši od zraka i stoga se dižu prema gore, a na njihovo mjesto ulaze novi dijelovi zraka. Kao rezultat, osiguran je protok kisika u plamen i uklanjanje plinova ugljičnog monoksida (CO) i ugljičnog dioksida (CO2) iz zone sagorijevanja. Jasno je da u uslovima bestežinskog stanja neće biti konvekcije. Bit će samo slabo strujanje zraka zbog protok vazduha unutar letjelice, kao i priliv zbog ekspanzije produkata sagorevanja i zbog difuzije. Navedeni procesi su slabi i da li će oni biti dovoljni za spaljivanje svijeće moglo bi se utvrditi samo eksperimentalno.

Između ostalog Takvi eksperimenti izvedeni su na svemirskoj stanici Mir 1996. godine. Ispostavilo se da svijeća može gorjeti u nulti gravitaciji. U jednom eksperimentu, svijeća je gorjela 45 minuta. Međutim, u nultoj gravitaciji svijeća gori drugačije nego na Zemlji. Budući da nema konvekcijskih struja, plamen svijeće nema izdužen oblik, kao u zemaljskim uvjetima, već sferni oblik. U nedostatku konvekcije, plamen se slabije hladi, pa je njegova temperatura viša nego na Zemlji; Stearin u svijeći postaje vrlo vruć i oslobađa vodonik koji gori plavim plamenom.

Razmisli

U eksperimentima sa svijećom u nultoj gravitaciji, ponekad se javljao način izgaranja s periodičnim mikro eksplozijama, što je dovelo do oštrih fluktuacija u plamenu.
Zašto je došlo do mikro eksplozija?

Odgovori
Zbog nedostatka konvekcije plamen svijeće se slabije hladio, što znači da je njena temperatura bila visoka. Stearin u svijeći se jako pregrijao i počeo da isparava. Koncentracija pare stearina u zraku u blizini plamena se povećavala sve dok nije nastala eksplozivna smjesa. Usledila je mala eksplozija, dok su produkti sagorevanja odneli udarni talas, a na njihovo mesto su došli Svježi zrak. Ako eksplozija nije bila prejaka, onda je svijeća nastavila da gori, nova porcija stearina je isparila s njene površine, a uslijedila je sljedeća eksplozija.

Plamen svijeće: a) u uslovima gravitacije; b) u uslovima bestežinskog stanjahttp://n-t.ru/tp/nr/pn.htm

Razmisli

Kako možemo osigurati više intenzivno sagorevanje svijeće ili obične šibice? Predložite različite načine.

Odgovori
Možeš duvati na šibicu. Možete početi rotirati šibicu u krug, čime ćete osigurati kretanje šibice u odnosu na zrak. Možeš baciti šibicu. U jednom od dokumentarci o bestežinskom stanju, prikazan je sljedeći zaplet: bačena šibica se glatko kretala unutar svemirskog broda i prilično intenzivno gorjela zbog dovoda novih porcija zraka u njegov plamen.http://mgnwww.larc.nasa.gov/db/combustion/combustion.htmlhttp://science.msfc.nasa.gov/newhome/headlines/msad08jul97_1.htm

EKSPLOZIJA U PEKARI

U davna vremena, pekar je koristio jedan siguran lijek za borbu protiv dosadnih muva. Uzevši šaku brašna, bacio ga je u vazduh i zapalio. Oblak brašna je planuo. Plamen, pljesak - i dosadni insekti su nestali. Ova metoda je uvijek pomagala, iako je ponekad staklo sa prozora izletjelo iz pamuka. Međutim, 14. decembra 1785. dogodila se katastrofa u Torinu (Italija). Odlučivši se na provjerenu metodu da se riješi muva, nesretni pekar je razneo cijelo svoje domaćinstvo. On i njegovi pomoćnici poginuli su pod ruševinama pekare. 1979. prašina brašna eksplodirala je u jednom od mlinova brašna u Bremenu. Usljed toga 14 mrtvih, 17 povrijeđenih, šteta 100 miliona maraka.
Može li prašina od brašna zaista izazvati strašne eksplozije? Na kraju krajeva, nije dinamit rasut u zraku, već samo čestice brašna?Volkov A. Avanture prašine.

Odgovori
Brašno sadrži supstance organskog porekla, što znači da može da izgori. Naravno, u normalnim uslovima nije lako zapaliti brašno. Ali ako se brašno raspršuje u vazduh, tada svaka trunka prašine dolazi u kontakt sa kiseonikom. Osim toga, ukupna površina zrna prašine je mnogo puta veća od površine jednog komada materije iste mase. To znači da kada se supstanca rasprši, njena površina se povećava ogroman broj puta. Izgaranje se događa na površini, budući da je površina tvari koja dolazi u kontakt s atmosferskim kisikom. U ovom slučaju, najmanje čestice prašine sagorevaju tako brzo da dolazi do eksplozije.

Referenca Eksplozija je sagorevanje, i to neverovatno brzo - beznačajan delić sekunde. U tom slučaju, eksploziv se pretvara u plin. Nastali plin ima visoke temperature i ogroman pritisak - desetine milijardi paskala. Naglo širenje plina uzrokuje zaglušujuću graju i teška razaranja.Ponekad naizgled potpuno bezopasne supstance eksplodiraju. To uključuje bilo koju prašinu organskog porijekla: brašno, šećer, ugalj, kruh, papir, biber, grašak, pa čak i čokoladu.Eksplodiraju samo one vrste prašine koje sadrže tvari koje reagiraju s kisikom. Do eksplozije dolazi tek kada količina prašine u zraku dostigne određeni nivo, a čak i mikroskopska iskra može je uzrokovati.

Između ostalog Brzo sagorijevanje tvari u atomiziranom stanju se široko koristi u tehnologiji. Na primjer, ugalj se isporučuje u peći kotlovnica termoelektrana u obliku fine prašine. A tiha tutnjava automobila odjek je eksplozije mješavine benzinskih para i zraka unutar njegovog motora.

Shablovsky V. Zabavna fizika. Sankt Peterburg: Trigon, 1997. str. 101.

Između ostalog Prvi vrlo jak eksploziv sintetizirao je Ascanio Sobrero 1846. godine u Torinu (Italija). Bio je nitroglicerin - uljni bistra tečnost slatkastog ukusa. U to vreme, hemičari su kušali sve supstance. Čak mi je i od nekoliko kapi nitroglicerina lupalo srce i boljela me glava. Četrdeset godina kasnije, nitroglicerin je prepoznat kao lijek.

Razmisli

Energija sadržana u eksplozivu nije tako velika. Na primjer, sagorijevanjem 1 kg TNT-a oslobađa se 8 puta manje energije od sagorijevanja 1 kg uglja. Ali zašto je onda TNT tako destruktivan?

Odgovori
Tokom eksplozije TNT-a, energija se oslobađa desetine miliona puta brže nego sa normalno sagorevanje ugaljShablovsky V. Zabavna fizika. Sankt Peterburg: Trigon, 1997. str. 100.

Razmisli

Sklonost nitroglicerina da eksplodira je zaista nevjerovatna. Kažu da je jednom u Engleskoj jedan seljak zimi popio bocu nitroglicerina u nadi da će se zagrijati. Pronađen je mrtav na putu. Smrznuto tijelo uneseno je u kuću i stavljeno da se odmrzne blizu peći. Kao rezultat toga, tijelo seljaka je eksplodiralo, a kuća je uništena.Pitanje: Može li se vjerovati ovoj priči?Krasnogorov V. Imitiranje munje. M.: Znanie, 1977. P. 72.

Kako vatra gori u nultoj gravitaciji? Šta je sagorevanje? Ovo je kemijska reakcija oksidacije koja oslobađa veliku količinu topline i proizvodi vruće produkte izgaranja. Proces sagorevanja se može odvijati samo u prisustvu zapaljive supstance, kiseonika, i pod uslovom da se produkti oksidacije uklone iz zone sagorevanja. Hajde da vidimo kako sveća radi i šta tačno gori u njoj. Svijeća je fitilj upleten od pamučnih niti, punjen voskom, parafinom ili stearinom. Mnogi ljudi misle da sam fitilj gori, ali to nije tako. To je tvar oko fitilja, odnosno njegova para, koja gori. Fitilj je potreban kako bi se vosak (parafin, stearin) otopljen od toplote plamena uzdigao kroz svoje kapilare u zonu izgaranja. Da biste to testirali, možete provesti mali eksperiment. Ugasite svijeću i odmah donesite zapaljenu šibicu do tačke dva ili tri centimetra iznad fitilja, gdje se diže para voska. Šibica će ih zapaliti, nakon čega će vatra pasti na fitilj i svijeća će ponovo zapaliti. Dakle, postoji zapaljiva supstanca. U vazduhu ima i sasvim dovoljno kiseonika. Šta je sa uklanjanjem produkata sagorevanja? Nema problema sa ovim na zemlji. Vazduh, zagrejan toplotom plamena svijeće, postaje manje gust od hladnog vazduha koji ga okružuje i diže se prema gore zajedno sa produktima sagorevanja (oni formiraju plameni jezik). Ako produkti sagorijevanja, a to su ugljični dioksid CO2 i vodena para, ostanu u zoni reakcije, izgaranje će brzo prestati. To je lako provjeriti: stavite upaljenu svijeću u visoku čašu - ugasit će se. Sada razmislimo šta će se dogoditi sa svijećom na svemirskoj stanici, gdje su svi objekti u bestežinskom stanju. Razlika u gustoći toplog i hladnog zraka više neće uzrokovati prirodnu konvekciju, a nakon kratkog vremena neće ostati kisik u zoni sagorijevanja. Ali stvara se višak ugljičnog monoksida (ugljični monoksid) CO. Međutim, još nekoliko minuta će svijeća gorjeti, a plamen će poprimiti oblik lopte koja okružuje fitilj. Jednako je zanimljivo znati koje će boje biti plamen svijeće na svemirskoj stanici. Na tlu dominira žuta nijansa uzrokovana sjajem vrućih čestica čađi. Obično vatra gori na temperaturi od 1227-1721oC. U bestežinskom stanju, uočeno je da kako se zapaljiva tvar iscrpi, "hladno" sagorijevanje počinje na temperaturi od 227-527 ° C. Pod ovim uslovima, mešavina zasićenih ugljovodonika u vosku oslobađa vodonik H2, koji plamenu daje plavkastu nijansu. Da li je neko zapalio prave svijeće u svemiru? Ispostavilo se da su ga upalili - u orbiti. To je prvi put urađeno 1992. godine u eksperimentalnom modulu Space Shuttlea, zatim u NASA-inoj svemirskoj letjelici Columbia, a 1996. eksperiment je ponovljen na stanici Mir. Naravno, ovaj posao nije urađen iz obične radoznalosti, već da bi se shvatilo do kakvih posljedica može dovesti požar na stanici i kako se nositi s njim. Od oktobra 2008. do maja 2012. slični eksperimenti su izvedeni u okviru NASA projekta na Međunarodnoj svemirskoj stanici. Ovog puta, astronauti su ispitivali zapaljive supstance u izolovanoj komori pri različitim pritiscima i različitim sadržajima kiseonika. Tada je uspostavljeno „hladno“ sagorevanje na niskim temperaturama. Podsjetimo da su proizvodi sagorijevanja na Zemlji u pravilu ugljični dioksid i vodena para. U bestežinskom stanju, u uslovima sagorevanja na niskim temperaturama, oslobađaju se visoko toksične supstance, uglavnom ugljen monoksid i formaldehid. Istraživači nastavljaju proučavati sagorijevanje u nultom stanju gravitacije. Možda će rezultati ovih eksperimenata biti osnova za razvoj novih tehnologija, jer gotovo sve što se radi za svemir, nakon nekog vremena, nađe primjenu na zemlji.

U svemiru je izveden neobičan eksperiment. japanski astronaut Takao Doi,

koji se nalazi na američkom modulu ISS-a, lansirao je običan bumerang.

Stručnjaci su željeli vidjeti kako bi se ovaj objekt ponašao ako se baci u nultu gravitaciju.

Na iznenađenje mnogih, uključujući svjetskog prvaka u bacanju bumeranga Yasuhiro Togaija, bumerang se vratio!

Još jedan eksperiment u nultoj gravitaciji

Albert Einstein, mnogo prije svemirskih letova, razmišljao je o zanimljivom pitanju: hoće li u kabini svemirskog broda gorjeti svijeća? Ajnštajn je verovao da "ne", jer zbog bestežinskog stanja, vrući gasovi neće izaći iz zone plamena. Tako će pristup kiseonika fitilju biti blokiran, a plamen će se ugasiti.

Moderni eksperimentatori odlučili su da eksperimentalno testiraju Ajnštajnovu izjavu. Sljedeći eksperiment je izveden u jednoj od laboratorija. Zapaljena svijeća, stavljena u zatvorenu staklenu posudu, pala je sa visine od oko 70 m. Predmet koji je padao bio je u bestežinskom stanju, ako se ne računa otpor zraka. Međutim, svijeća se nije ugasila, promijenio se samo oblik plamena, postao je sferniji, a svjetlost koju je emitirala postala je manje sjajna.

Eksperimentatori su tekuće sagorevanje u bestežinskom stanju objasnili difuzijom, zbog čega je kiseonik iz okolnog prostora i dalje ulazio u zonu plamena. Na kraju krajeva, proces difuzije ne ovisi o djelovanju gravitacijskih sila.

Međutim, uslovi sagorevanja u nultoj gravitaciji su drugačiji nego na Zemlji. Ovu okolnost morali su uzeti u obzir sovjetski dizajneri koji su stvorili poseban aparat za zavarivanje za zavarivanje u uslovima nulte gravitacije.

Ovaj uređaj je testiran 1969. godine na sovjetskoj svemirskoj letjelici Sojuz-8 i uspješno je radio.

Da li ste znali?

Prva dugmad

Kako su ljudi davno pričvršćivali odjeću?
Da bi to učinili, koristili su dugmad za manžete, a češće vezice i vrpce.

Zatim su se pojavila dugmad, a često su se šivali na mnogo više nego što su se pravile petlje. Činjenica je da su dugmad u početku bila namijenjena samo bogatim ljudima, ne samo za zakopčavanje, već češće za ukrašavanje odjeće. Dugmad su napravljena od drago kamenje i skupih metala.

Što je osoba bila plemenitija i bogatija, to je više dugmadi bilo na njegovoj odjeći. Mnogi su se u to vrijeme protivili novim zatvaračima, smatrajući ih nedostupnim luksuzom. Često je to zapravo bio slučaj. Na primjer, kralj Francuske, Franjo Prvi, naredio je da svoj crni baršunasti kamizol ukrasi sa 13.600 zlatnih dugmadi.

Zašto uopšte dolazi do sagorevanja? Kada se zagreje organska materija iznad određene granične vrijednosti - temperature paljenja - počinje njihova aktivna reakcija s atmosferskim kisikom.

Glavni sastav atoma u organskim supstancama je ugljik (C) i vodik (H). Ugljik se spaja s kisikom i formira ugljični dioksid (CO2), a vodik formira vodu (H20). Reakcija, zauzvrat, oslobađa toplinu, što osigurava njen nastavak. Dakle, da bi došlo do sagorevanja u principu, potrebna su dva uslova:
1) tako da je temperatura paljenja manja od temperature sagorevanja
2) obezbediti dovoljan protok kiseonika za nastavak reakcije.

Zašto je plamen svijeće usmjeren prema gore? Prilikom sagorevanja, vazduh zagrejan plamenom juri nagore (sećate se fizike? Topli vazduh je lakši pa se diže. Tačnije istiskuje ga hladniji, a samim tim i teži.) toplim vazduhom. Očigledno, ako pokrijete svijeću, npr. staklena tegla, tada će se svijeća ugasiti dovoljno brzo - čim sav kisik reagira. Usput, još jedan interes Pitajte. Zašto, iako je ugljični dioksid nevidljiv, a vodena para vidljiva samo kada je ima puno, jasno možemo vidjeti plamen svijeće? Vidimo zagrejane čestice nesagorele materije. Upravo one koje stvaraju čađ (čađ). To možemo vidjeti ako, na primjer, držimo kašiku iznad plamena.

Sada se konačno vraćamo našim ovcama. Odnosno, na pitanje da li će svijeća gorjeti u nulti gravitaciji. Očigledno je pitanje nastalo na osnovu obrazloženja da pošto nema gravitacija, tada topli vazduh neće biti zamenjen hladnim vazduhom, a problemi će početi sa prilivom kiseonika. Međutim, ovdje u pomoć dolazi toplinsko kretanje. Zagrijani molekuli ugljen-dioksid a vodena para se kreću nekoliko puta brže od molekula kiseonika, što u principu može omogućiti da svijeća gori. Dakle, da rezimiramo, zaključujemo. U principu, svijeća može gorjeti, iako je slaba.

Inače, Albert Ajnštajn je jednom postavio ovo pitanje, a sam je odgovorio negativno. Nema strujanja vazduha, nema sagorevanja. Ali iskustvo je pokazalo suprotno.

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