На переднем крае
|
Рост скоростей полета. |
Оглянемся только на десять лет назад. За это время свершилось многое, что еще недавно казалось фантастикой. Самолеты летают быстрее звука, в аэропортах появляются все новые и новые гигантские воздушные корабли. Работает атомная электростанция, плавает атомный ледокол. С каждым годом растет число автоматических линий, в жизнь входят новые мощные двигатели, запущены искусственные спутники Земли и космические ракеты. Техника шагает вперед семимильными шагами!
Огромное значение в современной технике имеет борьба за скорость. Она идет особенно остро и упорно в авиации. В 1939 г. был установлен мировой рекорд скорости на винтовом самолете — 755 км/час. Теперь серийные машины военной авиации летают со сверхзвуковыми скоростями, а пассажирские — со скоростью до 1000 км/час.
В октябре 1959 г. в СССР установлен абсолютный мировой рекорд скорости на самолете с турбореактивным двигателем — 2504 км/час. В 1956 г. в США опытный самолет с ракетным двигателем развил скорость в 3680 км/час.
Наибольшие скорости развивают пока летательные аппараты без людей — ракеты. С их помощью были запущены первые искусственные спутники Земли, первая искусственная планета Солнечной системы, первые лунники.
Растут скорости не только летательных аппаратов, но и передвижения по суше и воде.
|
Рост скоростей полета. |
Скорость — один из важнейших показателей совершенства машин. Чем быстрее работает машина, тем больше продукции она дает. Поэтому машиностроители и ведут борьбу за скорость.
С каждым годом детали машин движутся все быстрее и быстрее. Газовая турбина авиационного двигателя совершает 15 — 18 тыс. об/мин. В небольших турбинах скорости доходят до 30—60 тыс. об/мин. Еще быстрее вращаются турбины, приводимые в движение силой сжатого воздуха. Здесь встречаются скорости в 100—200 тыс. об/мин. Одна такая крошечная экспериментальная турбинка установила рекорд — свыше 1 млн. об/мин. Несколько тысяч оборотов в минуту делают валы электромоторов, паровых турбин, станков.
|
Сверху вниз: реактивный авиадвигатель; опытная газовая турбина; рекордная турбинка. |
Со скоростью несколько тысяч метров в минуту обрабатываются сейчас на металлорежущих станках легкие сплавы. Сталь обрабатывают резцами из твердых сплавов со скоростью в несколько сот метров в минуту. За столетие скорости резания выросли примерно в 100 раз.
С высокими давлениями нам приходится сталкиваться в повседневной жизни, хотя мы этого зачастую и не замечаем. На конце иголки развивается давление в тысячи атмосфер, на конце гвоздя при ударе по нему молотком — десятки тысяч. Для обработки металлов применяются прессы, в которых рабочее давление равно тысячам атмосфер. Высокое — свыше тысячи атмосфер — давление помогает химикам убыстрять реакции и получать больше готовых продуктов. Благодаря им стали возможными изготовление пластмасс, извлечение азота из воздуха и многие другие производства. Опыты показали, что при сверхвысоких давлениях — свыше 100 тыс. атм — свойства различных веществ, в том числе и металлов, резко меняются. Оказалось, например, что можно изготовить вытягиванием под сверхвысоким давлением тончайшую проволоку, обладающую очень большой прочностью. Пока это явление изучается в лаборатории, но со временем оно найдет применение на практике.
|
Сверху вниз: прокатный стан; металлорежущий станок; сверхскоростной электродвигатель. |
Высокие давления возникают при взрывах. Направленным взрывом, когда газы не разлетаются беспорядочно в разные стороны, а двигаются в одном направлении, пользуются в технике для строительства плотин, перемычек.
Техника пользуется не только высокими, но и низкими давлениями, добиваясь разрежения в ничтожные доли атмосферы. Высокий вакуум нужен для химических производств. Чтобы получить металлы очень высокой степени чистоты, плавку ведут под вакуумом. Из стеклянных колб электронных приборов, например трубки телевизора, дно которой служит экраном, или баллона радиолампы, откачивают воздух. Нить электрической лампочки быстро перегорела бы, если бы в ней остался кислород воздуха, поэтому здесь также приходится прибегать к вакууму. Сейчас уже достигнуто разрежение в тысячемиллиардную долю атмосферы. В природе такой вакуум можно встретить лишь на границе межпланетного пространства.
В технике часто приходится встречаться и с высокими температурами — при плавке металлов, в тепловых двигателях, химических производствах. В камере сгорания жидкостного ракетного двигателя развивается температура около 4000°. Такая же температура нужна для водородно-кислородной сварки. В лабораториях были получены гораздо более высокие температуры — в десятки тысяч градусов.
С помощью электрического тока, раскалявшего проволоку, удалось получить 25 000°. При полете пули или снаряда возникают волны сжатого и сильно нагретого воздуха. В «ударной» волне получили температуру 40 000°. Сверхвысокие температуры — в сотни тысяч градусов — развиваются при взрыве. Наивысшие цифры относятся к атомному и термоядерному взрыву — миллионы градусов. В последнее время ученые сумели в лаборатории достигнуть температуры 5 000 000° — при попытках получить термоядерные реакции в сильно разреженном газе.
|
Глубокий вакуум в природе и технике |
Наряду со сверхвысокими температурами в технике создаются и используются сверхнизкие температуры. Машиностроители применяют обработку холодом. Охлаждение металлов до 70—100° ниже нуля после закалки приводит к улучшению их свойств. Оказалось, что глубокое охлаждение можно применять при штамповке: оно делает металл более прочным. Особенно полезно охлаждать изделия при сборке узлов машины. Раньше, для того чтобы получить плотное соединение, нагревали корпус, а теперь втулку или вкладыш подшипника, прежде чем запрессовать, охлаждают жидким воздухом.
Широко используются в технике жидкие воздух и газы. Для их сжижения требуются очень низкие температуры. Применяя глубокое охлаждение, ученые смогли очень близко подойти к «абсолютному нулю». От него их отделяет сейчас всего четыре десятитысячные доли градуса. Выяснилось, что при сверхнизких температурах некоторые металлы приобретают свойство проводить электрический ток без потерь на сопротивление — сверхпроводимость. Это явление нашло применение в приборах.
Технике требуются все более сильные двигатели. Мощность в несколько тысяч лошадиных сил развивают поршневые двигатели внутреннего сгорания. Авиационные газотурбинные установки на крупном самолете обеспечивают такую же мощность, как электростанция целого города. Паровые и гидротурбины создаются уже на 400 и даже 600 тыс. кет. Наивысшие показатели у ракетного двигателя. При взлете ракеты с искусственным спутником Земли он создает мощность в миллионы киловатт — больше, чем у крупнейшей в мире Волжской гидроэлектростанции им. Ленина.
|
Высокие температуры в природе и технике |
В мире машин мы встречаемся с ростом скоростей, давлений, температур, мощностей — тех показателей, которые характеризуют их работу. В мире электровакуумных приборов мы встречаемся с огромными цифрами, которые относятся уже к ничтожно малым частицам — электронам. Электромагнитными силами удается разогнать электроны почти до скорости света — 300 тыс. км/сек. В рентгеновской и электронно-лучевой трубках электроны несутся со скоростью в десятки тысяч километров в секунду. Благодаря огромным скоростям движения электронов можно измерять промежутки времени в миллионные и даже миллиардные доли секунды.
Температура внутри электронных приборов может достигать десятков и даже сотен тысяч градусов. Это объясняется огромной быстротой движения частиц внутри них. Но так как частиц этих мало и движутся они в пустоте, то ощутить столь высокий нагрев невозможно, и стеклянная колба прибора остается холодной.
Техника быстро движется вперед. То, что сейчас — рекорд, вскоре станет обычным, появятся еще более скоростные машины, совершенные приборы, в повседневный обиход войдут еще более высокие температуры и давления.