Περί της υπερήχων σύγκλισης
Η υπερήχων σύγκλιση
20 Αυγούστου 2005
Γνωρίζετε πώς πετάει ένα αεροσκάφος, φαντάζομαι. Αν όχι, διαβάστε "Αν πετούσαμε;", αλλιώς "το Ασπιρισουφλ" . Δημιουργείται ένας χαμηλός ατμοσφαιρικός πίεσης στην πάνω πλευρά του φτερού, το "εξωτερικό".
Φτερό αεροσκάφους
Τώρα, ποια είναι η τάξη μεγέθους της πίεσης που κυριαρχεί στην επιφάνεια αυτού του φτερού; Πάρτε ένα μικρό αεροσκάφος ταξιδιού, με έναν επιβάτη. Υποθέστε ότι το βάρος του είναι 300 κιλά και η επιφάνεια του φτερού είναι 18 τετραγωνικά μέτρα. Αυτό του δίνει ένα φορτίο αναλογίας 16 κιλών ανά τετραγωνικό μέτρο, δηλαδή 1,6 γραμμάρια ανά τετραγωνικό εκατοστό. Η ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο του εδάφους είναι χίλια γραμμάρια ανά τετραγωνικό εκατοστό, η μέση διαφορά πίεσης μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού του φτερού είναι της τάξης των μερικών χιλιοστοπασκάλ. Αυτό εξηγεί γιατί μπορεί να πετάει με αεροσκάφη με ύφασμα και δεν συνιστάται να βάλετε το πόδι στο φτερό, εκτός των περιοχών που προορίζονται για αυτό. Αλλιώς περνάτε μέσα.
Τι συμβαίνει στο νερό; Είναι χίλια φορές πιο πυκνό από τον αέρα. Στην ίδια ταχύτητα μπορείτε να "πετάτε στο νερό" με "φτερά" πολύ μικρότερα. Τα ονομάζουμε "φοίλς".
Φτερά και φοίλς
Αν μπορείτε να υποστηριχθείτε σε τόσο μικρές επιφάνειες, αυτό σημαίνει ότι οι μεταβολές πίεσης είναι πολύ μεγαλύτερες. Φανταστείτε ότι αυτά τα φοίλς κινούνται πολύ κοντά στην επιφάνεια του υγρού, δηλαδή σε ένα περιβάλλον όπου η ατμοσφαιρική πίεση είναι κοντά σε ένα κιλό ανά τετραγωνικό εκατοστό. Το πλοίο στα δεξιά θα υποστηριχθεί χάρη σε μεγαλύτερες διαφορές πίεσης από αυτές που μετράμε γύρω από το προφίλ ενός φτερού αεροσκάφους. Αυτό είναι το λόγο για τον οποίο τα φοίλς δεν είναι υφασματένια, αλλά κατασκευασμένα από καλό και στερεό χάλυβα.
Γιατί, τώρα, υπάρχει ένας χαμηλός ατμοσφαιρικός πίεσης στο εξωτερικό του φτερού; Στο νερό, αυτό είναι πιο εύκολο να το κατανοήσουμε. Η μάζα του ρευστού χτυπά το προφίλ στο σημείο ακινησίας και στη συνέχεια επιταχύνεται. Κατά τη διαδικασία αυτή, αποκτά υπερταχύτητα και υπόκειται επίσης στις επιπτώσεις της φυγοκεντρικής δύναμης.
Τι συμβαίνει όταν ένα υγρό υποβάλλεται σε χαμηλή πίεση; Μπορούμε να το κάνουμε με ένα κύλινδρο και ένα έμβολο. Αν τραβήξουμε το έμβολο, η πίεση στο υγρό θα πέσει σε μια τιμή χαμηλότερη από την πίεση του ικανού ατμού στη θερμοκρασία που θεωρούμε, θα σχηματιστούν φυσαλίδες (μικρές). Αυτές δεν έχουν σχέση με τις φυσαλίδες του Χαμπάνια, που δείχνουν την παρουσία αερίων διαλυμένων στο ποτό. Αυτές είναι γεμάτες ατμό νερού. Αυτό είναι το φαινόμενο της καβίτασης.
**Φαινόμενο καβίτασης
**
Αυτή είναι μια φωτογραφία του φαινομένου, προκαλούμενο σε έναν κύλινδρο.
Φυσαλίδες καβίτασης
Το 1917 το Βρετανικό Ναυτικό κάλεσε το φυσικό William Strutt, γνωστό και ως Lord Raleigh, για να του υποβάλει ένα περίεργο πρόβλημα. Τα πτερύγια από χαλκό των πλοίων της Βασίλισσας ήταν όλα φθαρμένα, καταρραγμένα με μικρά τρυπάκια, αν και ήταν σχεδόν νέα. Τα Ναύτες θεωρούσαν ότι η θάλασσα θα μπορούσε να φιλοξενήσει παράσιτα που θα επιτιθέμενο στο μέταλλο των πτερυγίων. Παρακάτω μια πιο πρόσφατη φωτογραφία που δείχνει τις καταστροφές που μπορεί να προκαλέσει το φαινόμενο της καβίτασης στα πτερύγια μιας αντλίας.
**Καταστροφές που προκαλούνται από την καβίταση, σε μια αντλία. Αρκετά εντυπωσιακό, δεν είναι; **
Αυτή είναι μια κοντινή προοπτική, που δείχνει τις "πικώσεις" που παρατηρούνται στο μέταλλο.
**Καταστροφές που προκαλούνται από την καβίταση σε ένα πτερύγιο χαλκού. **
Αντίθετα με την αρχική ιδέα των Βρετανών αδμιράλων, δεν ήταν υδρογούες άγνωστης είδους. Ο Lord Raleigh έκανε μερικούς υπολογισμούς και τους έδωσε την εξήγηση. Στα πτερύγια των προπελών τους, οι χαμηλές πιέσεις που παρήγαγαν αποδείχθηκαν αρκετά ισχυρές ώστε η πίεση να πέσει τοπικά κάτω από την πίεση του ικανού ατμού του νερού. Το νερό έτσι έπεσε τοπικά σε βρασμό. Ένας λεπτός λεπτομέρεια: ποια είναι η πίεση του ικανού ατμού του νερού στη θερμοκρασία περιβάλλοντος;
Απάντηση: μερικά πασκάλ, δηλαδή ένα εκατοστό του χιλιοστοπασκάλ. Οι χαμηλές πιέσεις που δημιουργούνται γύρω από τα πτερύγια στην υδραυλική είναι πολύ ισχυρές. Αυτό είναι το λόγο για τον οποίο μπορούμε να προωθήσουμε ένα εξωκινητήρα με ένα αντικείμενο τόσο ασήμαντο όσο ένα πτερύγιο. Αυτό είναι ένα πτερύγιο περιστροφής. Το βέλος δείχνει την παρουσία των φυσαλίδων ατμού νερού που αντιστοιχούν στο φαινόμενο της καβίτασης.
**Καβίταση κοντά στην ακμή εισόδου ενός πτερυγίου περιστροφής. **
Φαίνεται ένα στρώμα φυσαλίδων νερού που προκύπτουν από την ακμή του πτερυγίου. Ωστόσο, η πηγή τους είναι διαφορετική. Είναι η αιτία του περιστροφικού ρεύματος και θυμίζει τις στοιχειώδεις στοιχειώδεις που σχηματίζονται στο τέλος των φτερών των αεροσκαφών. Θα μιλήσουμε γι' αυτό εδώ. Ας θεωρήσουμε την εξέλιξη της πίεσης κατά μήκος του εξωτερικού του πτερυγίου:
Εξέλιξη της πίεσης κατά μήκος του εξωτερικού ενός πτερυγίου.
Η καμπύλη είναι μόνο σχεδιαστική. Παρατηρούμε ότι κατά μήκος της χορδής του προφίλ η πίεση πέφτει γρήγορα. Όταν γίνει χαμηλότερη από την πίεση του ικανού ατμού του υγρού, το νερό, φυσαλίδες εμφανίζονται, οι οποίες αυξάνονται καθώς η πίεση συνεχίζει να πέφτει. Ακόμα και αν το υπόλοιπο του προφίλ παραμένει, σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση, σε χαμηλή πίεση, η πίεση τελικά ανεβαίνει και γίνεται ξανά υψηλότερη από την πίεση του ικανού ατμού στο νερό. Τότε ο ατμός νερού τείνει να εξαφανιστεί, κάτι που φαίνεται στη φωτογραφία.
Όλοι γνωρίζουν ότι στη μηχανική των ρευστών τα φαινόμενα της διαστολής δεν εκτελούνται με τον ίδιο τρόπο όπως τα φαινόμενα της επανασύστασης (ή της επανασύστασης). Όταν η πίεση αρχίσει να αυξάνεται, το τοίχωμα της φυσαλίδας συμπεριφέρεται ως ένα σφαιρικό έμβολο που ενεργεί σε ένα αέριο, σε ανταγωνισμό με τον ατμό νερού. Αν η ταχύτητα της εκρηκτικής καταστροφής της φυσαλίδας είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου στη μάζα του ατμού (και είναι), τότε θα προκύψει μια σφαιρική κύματος συγκρούσεως, που θα συγκεντρωθεί στο κέντρο του αντικειμένου, μεταφέροντας μαζί της μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας, αρκετή για να δημιουργήσει αυτές τις "πικώσεις" στο μέταλλο του πτερυγίου και, στο τέλος, να προκαλέσει καταστροφές τόσο σημαντικές όσο αυτές που είδαμε στα πτερύγια της αντλίας, παραπάνω.
**Εξήγηση των καταστροφών που σχετίζονται με το φαινόμενο της καβίτασης. **
Γνωρίζουμε τα συστήματα που ονομάζονται "με κενό φορτίο". Τότε τοποθετούμε ένα εκρηκτικό υλικό σε όλη την επιφάνεια μιας κωνικής τοιχοποιίας (χρησιμοποιώντας ένα ισχυρό εκρηκτικό υλικό με υψηλή ταχύτητα διάδοσης). Η επιφάνεια του κώνου εκπέμπει τότε μια πολύ ισχυρή κύματος συγκρούσεως, η ενέργεια της οποίας συγκεντρώνεται κατά μήκος του άξονα του συστήματος. Τότε δημιουργείται ένα "πρόβολο", που μπορεί να διατρήσει ένα χάλυβα πάχους της τάξης του διαμέτρου του κώνου (αλλά το πρόβολο δημιουργεί ένα τρύπημα πολύ μικρότερης διαμέτρου). Η εκρηκτική καταστροφή της φυσαλίδας θυμίζει, όπως μου έδειξε ο Christophe Tardy, τη συγκέντρωση της ενέργειας που μεταφέρει ένα σφαιρικό κύμα συγκρούσεως. Αν σχεδιάζατε φορτία με κενό που κατασκευάζονται γύρω από κοιλότητες όχι κωνικές αλλά σφαιρικές, θα μπορούσατε να συγκεντρώσετε στο κέντρο αυτής της σφαίρας, στο σημείο συγκέντρωσης, μια πολύ μεγάλη ενέργεια. Αυτό συμβαίνει με την καβίταση.
Όπως είπαμε, το φαινόμενο της καβίτασης ανακαλύφθηκε το 1917. Το 1930 έγινε δυνατό να παραχθούν υπερήχοι αρκετά ισχυροί. Ένα νέο φαινόμενο εμφανίστηκε το 1934 στην Πανεπιστημιακή Αντλία της Κολωνίας, το οποίο εκπλήρωσε σημαντικά τους φυσικούς. Όταν ένα υγρό υποβαλλόταν σε υπερήχους, όπως το νερό για παράδειγμα, το ρευστό εκπέμπει ... φως. Αυτό το φαινόμενο το ονόμασαν υπερηχοφωτισμός.
Την εποχή εκείνη, κανείς δεν κατάλαβε ποια ήταν η αρκετά ικανοποιητική αιτία αυτού του φαινομένου. Είναι, εμπειρικά, χωρίς μυστήριο, καθώς μπορείτε ακόμα να ελέγξετε το πειραματικό σύστημα σε σετ:
**Το σετ των ΗΠΑ για πειράματα υπερηχοφωτισμού ( http://www.sonoluminescence.com ) **
Αυτή η εκπομπή φωτός, φωτογραφημένη:
Επιδράσεις υπερηχοφωτισμού
Φυσαλίδες σχηματίζονται, οι οποίες διευρύνονται και συστέλλονται σύμφωνα με την εκπομπή των υπερήχων. ( εδώ υπό 28 χιλιοκύκλους ). Το μέγεθός τους είναι της τάξης του μικρονίου. Το φαινόμενο είναι καλά γνωστό και οι μετρήσεις είναι ακόμα πολύ δύσκολες. Οι συγγραφείς δεν είναι όλοι σύμφωνοι στις κορυφές πίεσης και θερμοκρασίας που επιτυγχάνονται στο κέντρο της φυσαλίδας στο τέλος της συμπίεσης, αλλά σε κάθε περίπτωση οι θερμοκρασίες υποτίθεται ότι υπερβαίνουν τα δέκα χιλιάδες βαθμούς. Αυτό εξηγεί την εκπομπή φωτός. Σε τέτοιες θερμοκρασίες οι μόρια διασπώνται και ακόμα και ιονίζονται. Υποτίθεται ότι ο υπερηχοφωτισμός συνοδεύεται από τη δημιουργία ενός μικρού πλάσματος. Τα τελευταία χρόνια έχει γίνει δυνατό να παραχθεί ο υπερηχοφωτισμός σε μία φυσαλίδα, παγιδεύοντάς την μέσω φαινομένου ακουστικής έλξης. Τα σπινθήρες που εκπέμπονται είναι πολύ σύντομα ( τάξης δεκάδων πικοδευτερολέπτων ). Η εκτίμηση της θερμοκρασίας βασίζεται στο μήκος κύματος των εκπεμπόμενων ακτινοβολιών, τα οποία αντιστοιχούν σε ενέργεια ενός ηλεκτρονιοβόλτ. Επειδή η ακτινοβολία μπορεί να φτάσει στο υπεριώδες, υποτίθεται ότι οι θερμοκρασίες που επιτυγχάνονται υπερβαίνουν τα δέκα χιλιάδες βαθμούς ( 1 eV ) και κάποιοι πάντα υποστηρίζουν ότι μπορούν να είναι πολύ μεγαλύτερες ( έως ένα εκατομμύριο βαθμούς, ίσως περισσότερα ). Αυτό είναι ένα φαινόμενο φωτισμού "συσσωρευτικό" ( όπου οι μικροφυσαλίδες εμφανίζονται οπουδήποτε ):
Υπερηχοφωτισμός
Πολλοί αναρωτιούνται σήμερα αν χρησιμοποιώντας την καταστροφή των μικροφυσαλίδων θα μπορούσαμε να φτάσουμε σε συνθήκες, στο τέλος της συμπίεσης, που θα οδηγούσαν σε πυρηνικές αντιδράσεις συγκόλλησης. Έχουμε συμβουλευτεί ένα άρθρο από την επιθεώρηση Scientific American, που φέρει τη θέση των αμφισβητών. Προσωπικά νομίζω ότι πρόκειται για ένα "ανοιχτό" πρόβλημα. Τα γεγονότα είναι εκεί. Το φαινόμενο της καβίτασης και του υπερηχοφωτισμού δείχνουν ότι αυτή η συμπίεση των φυσαλίδων επιτρέπει την επίτευξη πολύ υψηλών πιέσεων και θερμοκρασιών. Το τεύχος Αυγούστου 2005 του ιστότοπου της Scientific American αναπαράγει "απαντήσεις ειδικών". Το ερώτημα που έθεσε ένας αναγνώστης ήταν:
*- Οι φυσαλίδες που παράγονται από τους υπερήχους στο νερό ( υπερηχοφωτισμός ) φτάνουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις για σύντομο χρονικό διάστημα. Μπορούν αυτές οι συνθήκες να ξεκινήσουν ή να ευνοήσουν πυρηνικές αντιδράσεις συγκόλλησης, όπως προτείνεται πρόσφατα στην ταινία " Αλυσιδωτή Αντίδραση "? *
- Οι φυσαλίδες που παράγονται από τους υπερήχους στο νερό ( υπερηχοφωτισμός ) επιτρέπουν την επίτευξη πολύ υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων. Μπορεί αυτό το σύστημα να επιτρέψει την έναρξη ή την ευνοία των αντιδράσεων συγκόλλησης, όπως προτείνεται πρόσφατα στην ταινία " Αλυσιδωτή Αντίδραση "?
Σημείωση: Είναι αληθές ότι όταν έκαναν για πρώτη φορά εκρηκτική επίθεση μιας βόμβας H στο νερό, οι επιστήμονες θα ήθελαν να ξεκινήσουν μια αλυσιδωτή αντίδραση στα όλα τα θαλάσσια.
Αυτή είναι η απάντηση του ειδικού :
http://www.sciam.com/askexpert_question.cfm?articleID=000950E3-6815-1C71-9EB7809EC588F2D7&pageNumber=3&catID=3
*- Όταν το πεδίο πίεσης αντιστραφεί, η πίεση γίνεται τότε υψηλότερη από την πίεση του ικανού ατμού ( ικανού ) και ο ατμός συμπυκνώνεται γρήγορα και όλη η ενέργεια που είχε δοθεί στη φυσαλίδα κατά τη φάση της διαστολής είναι τώρα διαθέσιμη για να συγκεντρωθεί σε μια μικρή περιοχή, καθώς η φυσαλίδα υποστηρίζει μια εκρηκτική καταστροφή. Αυτό ονομάζεται καβίταση. Αυτή η εκρηκτική καταστροφή είναι κυριαρχούμενη από τις δυνάμεις αδράνειας του υγρού που περιβάλλει τη φυσαλίδα. Η μικρή ποσότητα ατμού που παραμένει στη φυσαλίδα συμμετέχει σε αυτή τη διαδικασία. Έτσι, η πυκνότητα ενέργειας που επιτυγχάνεται μπορεί να γίνει υψηλότερη από αυτή του αρχικού περιβάλλοντος. Από εκεί προέρχεται αυτή η ηλεκτρομαγνητική εκπομπή, η οποία γίνεται με ενέργειες της τάξης του ηλεκτρονιοβόλτ ( 10.000° ). Αυτό ονομάζεται υπερηχοφωτισμός. Αυτή η θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή για να προκαλέσει χημικές αντιδράσεις. Η επιθεώρηση δημοσίευσε ένα άρθρο σχετικά με αυτό το θέμα των χημικών επιπτώσεων των υπερήχων: ( "The Chemical Effects of Ultrasound," by Kenneth S. Suslick in Scientific American, Vol. 260, No. 2, pages 8086 [or 62-68 for non-U.S. readers]; February 1989). Αν θέλουμε να θεωρήσουμε διεργασίες πυρηνικές, πρέπει να θεωρήσουμε κλίμακες που βρίσκονται γύρω από το μέγεθος των πυρήνων και τις ενέργειες που είναι τυπικά της τάξης των Mev. *
Σύντομη σημείωση για την ισοδυναμία μεταξύ ενέργειας μετρημένης σε ηλεκτρονιοβόλτ, απόλυτη θερμοκρασία και μήκος κύματος. Γράφουμε:
e V = k T = h ( ν )
e = 1,6 10 -19 κουλόνια ( μοναδιαία φορτίο ) V = μέτρηση της ενέργειας σε "ηλεκτρονιοβόλτ" k = 1,38 10-23 ( σταθερά Boltzmann ) T = απόλυτη θερμοκρασία h = σταθερά Planck ( 6,63 10 -34 ) ν ( περικοπή ) = συχνότητα = c / λ. λ : μήκος κύματος, σε μέτρα. c = ταχύτητα του φωτός, σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο: 3 108 m/s
Ένα ηλεκτρονιοβόλτ = ( e/k ) ° Kelvin = 11.594 °K
Το μήκος κύματος που συνδέεται με μια ενέργεια ίση με ένα ηλεκτρονιοβόλτ είναι: λ = ( h c ) / e = 1,24 10-6 μέτρα = ένα μικρόνιο.
Αν υπάρχει εκπομπή υπεριώδους φωτός, θα σημαίνει ότι η μέγιστη θερμοκρασία που επιτυγχάνεται από την υπερηχοφωτισμό φτάνει μέχρι 15.000°K. Αλλά δεν θα προβληματιστούμε για μερικά χιλιάδες βαθμούς.
Ο ειδικός απαντά αμέσως στο ερώτημα που έθεσε ο αναγνώστης, λέγοντας ότι σύμφωνα με την άποψή του, είναι απίθανο να θεωρηθεί ότι ο υπερηχοφωτισμός μπορεί να προκαλέσει συγκόλληση και ότι χρειάζεται έξι τάξεις μεγέθους ( το λόγο μεταξύ του ηλεκτρονιοβόλτ : δέκα χιλιάδες βαθμούς, και του Mev, δέκα εκατομμύρια βαθμούς, ένα εκατομμύριο φορές περισσότερο ). Προσθέτει:
*- Υπήρχε μια μικρή φωνή ελπίδας όταν υπήρχαν δείγματα ότι η εκρηκτική καταστροφή της φυσαλίδας μπορεί να συνοδεύεται από την εμφάνιση μιας κύματος συγκρούσεως που θα ξεκινούσε στο αέριο που περιέχεται στη φυσαλίδα. Αυτό το κύμα συγκρούσεως μπορεί να συμπιέσει αυτό το αέριο και ο William C. Moss και οι συνεργάτες του από το Εργαστήριο Επιστημών Ενέργειας Lawrence Livermore έχουν προσδιορίσει θεωρητικές εκτιμήσεις ότι οι τιμές που επιτυγχάνονται μπορεί να πλησιάσουν τις απαιτούμενες για τη συγκόλληση. Ο Putterman και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια έχουν μετρήσει την ταχύτητα της διαχωριστικής επιφάνειας της φυσαλίδας και έχουν δείξει ότι είναι τάξης τέσσερις ή πέντε φορές υψηλότερη από την ταχύτητα του ήχου στον ατμό που περιέχεται στη φυσαλίδα. Έτσι, αυτά τα αποτελέσματα φαίνονται αρκετά χρήσιμα. Ο Andrea Prosperetti, σε μια προηγούμενη "απάντηση ειδικού", έχει διευκρινίσει ότι για να είναι η συμπίεση αποτελεσματική, η κύματος συγκρούσεως πρέπει να διατηρεί σφαιρική συμμετρία. Ωστόσο, πρόσθεσε ότι αμφιβάλλει ότι αυτό είναι δυνατό. *
Σημείωση: Απόφαση χωρίς αιτιολόγηση. Παρακαλώ δείτε παρακάτω.
Ο ειδικός της Scientific American συνεχίζει :
- Ο Tom Matula και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο της Βορειοαμερικανικής Επιστήμης παρατήρησαν ένα κύμα συγκρούσεως μετά την εκρηκτική καταστροφή της φυσαλίδας, το οποίο μπορεί να είναι ένα αντίδραση της εκρηκτικής καταστροφής ενός κύματος συγκρούσεως.
Η τελική σχόλιο, που φαίνεται να αναφέρεται στη συνέχεια σε ένα ταινία που έχει περισσότερο να κάνει με την επιστήμη της φαντασίας παρά άλλο, δεν έχει πολύ ενδιαφέρον. Ωστόσο, πρέπει να τονιστεί ότι το φαινόμενο της κύματος συγκρούσεως. Αυτό, και όχι το κίνημα της υγρής μάζας, είναι πιθανό να δημιουργήσει μια συγκέντρωση ενέργειας αρκετά ισχυρή.
Παρατηρείται επίσης ότι ο ειδικός ( και ο αναγνώστης ) αναφέρονται μόνο σε πειράματα υπερηχοφωτισμού που έγιναν στο νερό. Ωστόσο, μπορεί να γίνει αυτό με οποιοδήποτε υγρό. Το τεύχος του Αυγούστου της Science et Vie αναφέρει πειράματα που έγιναν σε ακετόνη. Αν και είμαι τελείως ανίκανος στη χημεία ( το αναγνωρίζω: δεν υπάρχει ένας Lanturlu για τη χημεία, εργασία για την οποία απευθύνω τη βοήθεια των αναγνωστών ) φαντάζομαι ότι η ακετόνη είναι πιο ευκολοδιάλυτη από το νερό. Η πυκνότητά της είναι κοντά στην πυκνότητα του νερού ( 0,79 αντί για 1 ). Διαβάζουμε ότι η πίεση του ικανού ατμού της ακετόνης είναι 178 mm υδραργύρου στους 20°, αντί για μερικά εκατοστά του υδραργύρου για το νερό. Και τα δύο είναι σε ένα λόγο που είναι της τάξης των δέκα χιλιάδων. Ο Hervé Lemonnier, από το Εργαστήριο Εργαλείων και Εξοπλισμού ( LIEX ) του CEA, στο Grenoble, λέει "για πολλούς, η πορεία της υπερηχοφωτισμός ήταν υποδειγματική ή ψεύτικη".
Η ομάδα του Rusi Taleyarkan ( από το Purdue, Indiana ) και του Lahey ( Ινστιτούτο Rensselaer του Troy, κοντά στη Νέα Υόρκη ) ισχυρίζεται ότι έχει φτάσει σε θερμοκρασίες δέκα εκατομμυρίων βαθμών κατά τη διάρκεια πειραμάτων που έγιναν στο Oak Ridge, στο Τενεσί. Η δημοσίευση, που έγινε το 2002, προκάλεσε έντονη αντιδράση την εποχή εκείνη. Ωστόσο, δύο χρόνια αργότερα, οι δύο αμερικανικοί ερευνητές χρησιμοποίησαν ακετόνη με δευτέριο. Παρατηρούν ότι οι φυσαλίδες που σχηματίζονται διευρύνονται από παράγοντα 100.000, αντί για παράγοντα 100 στο νερό. Όλα αυτά φαίνεται να υποδεικνύουν ότι στο τέλος της εκρηκτικής καταστροφής αυτά τα συστήματα θα οδηγήσουν σε πιέσεις της τάξης του γιγαπασκάλ, ικανές να πλησιάσουν αρκετά τους πυρήνες για να προκαλέσουν τη συγκόλλησή τους. Τα πειράματα, όπως δήλωσαν οι ερευνητές, έδειξαν εκπομπή νετρονίων στα 2,5 Mev και ... τρίτιο!
Επιστήμονες είναι αμφίβολοι για αυτό το αποτέλεσμα. Στην Scientific American διαβάζουμε ότι για να μπορούσε αυτό το πείραμα να λειτουργήσει, θα έπρεπε οι ερευνητές να καταφέρουν να εξασφαλίσουν την κανονική συγκέντρωση ενός σφαιρικού κύματος συγκρούσεως. Και προσθέτουν: "ότι είναι αδύνατο, καθώς δεν το καταφέρνουν στην επανασύσταση με λέιζερ". *
Υπάρχει σχέση μεταξύ των δύο φαινομένων. Στην επανασύσταση με λέιζερ, η εξωτερική επιφάνεια μιας στρώσης που ονομάζεται "πιστωτικό", "πιστωτικό", περιβάλλει μια στόχο που αποτελείται από μίγμα συγκόλλησης ( δευτέριο και τρίτιο ).
**Συγκόλληση με λέιζερ με ηλιακή θέρ
Η εμπειρία θα πρέπει να επαναληφθεί. Μερικοί ίσως μου πουν ότι, λαμβάνοντας υπόψη τη μικρή ποσότητα που παράγεται (πιθανώς μικρογράμματα), αυτό το χρυσό ίσως να βρίσκεται ήδη στα δείγματα αργύρου και γύψου (που αγοράστηκαν από εταιρεία που προσφέρει καθαρά υλικά για εργαστήρια). Πιθανό. Όμως, θα πρέπει να εξηγηθεί πώς η έκρηξη κάνει το χρυσό να εμφανιστεί στην επιφάνεια των φυσαλίδων του κολοκύθου μας, κάτι που παραμένει μια όμορφη εμπειρία.
Παρακάτω, αυτό που έχω διηγηθεί πριν από μερικά χρόνια, σε μορφή νουβέλας. Αντικαταστήστε τον Peter Small με τον Jean-Pierre Petit, τον Morgan με τον Alain D και τον Caw με τον Albert Cau (αυτός είχε ένα ιστότοπο, στο παρελθόν. Κάποιος ίσως τον βρει ξανά).
Όπως στην "Έτος της Επαφής":
Η ομοιότητα με πρόσωπα φαντασίας είναι καθαρά τυχαία.
Ως συμπέρασμα:
Σε αυτό το αρχείο αναφέραμε ένα "ειδικό γνώμη", που προήλθε από έναν συνεργάτη της "επιφανούς" αμερικανικής επιθεώρησης Scientific American. Προέκυψε από την ανάλυσή μας ότι αυτή η απόλυτη γνώμη ήταν πολύ επιφανειακή. Θα πάω ακόμη περισσότερο, ως ειδικός στα πλάσματα (που είμαι ακόμη, ακόμη κι αν έχω αφήσει αυτό το πεδίο μελέτης το 1986). Είναι εξαιρετικά κινδυνερό να βγάζεις συμπεράσματα για πυκνά, ακόμη και υπερπυκνά μέσα. Διαπιστώσαμε ότι το 1917 είχαμε τη μεγάλη έκπληξη να δούμε ότι απλές φυσαλίδες ατμού μπορούσαν να καταστρέψουν με ευχάριστο τρόπο βελονικές σπείρες από χαλκό. Το 1934 οι φυσικοί διαπίστωσαν, τυχαία, ότι μπορούσαν να φτάσουν θερμοκρασίες 15.000 °C εφαρμόζοντας υπέρηχους σε νερό. Τι μας λέει ότι η σύντηξη δεν είναι πλησίον με τέτοιες απλές τεχνικές; Υπάρχουν όμως υποψίες. Το φαινόμενο έχει λογική. Επιπλέον, αυτές οι έρευνες είναι σχετικά φθηνές.
Επιπλέον, μια κρουστική κύμα είναι ένα φαινόμενο που τοποθετεί ένα μέσο σε ένα πολύ έντονο κατάσταση εκτός ισορροπίας (θερμοδυναμική). Είχαμε ανακαλύψει αυτό το είδος φαινομένου τυχαία, στα έξιτα, με ένα μεγάλο αριθμό ερευνητών που διεξήγαγαν πειράματα τέτοιου είδους. Εκείνη την εποχή δημιουργούσαμε θερμοκρασίες αερίων της τάξης των δέκα χιλιάδων βαθμών στην έξοδο μιας κρουστικής κύματος που περνούσε από κάτι που ονομάζαμε "σωλήνα κρουστικής κύματος" (shock tube). Η διέλευση της κρουστικής κύματος συνοδευόταν από μια αύξηση της πίεσης από δέκα χιλιοστά του εμβρύου σε τιμές της τάξης της ατμόσφαιρας. Με διάφορες τεχνικές μετρούσαμε τι συνέβαινε στην έξοδο της κρουστικής κύματος. Για παράδειγμα, οι μετρήσεις της πυκνότητας γίνονταν με οπτική μέθοδο, με επέμβαση, χρησιμοποιώντας το γεγονός ότι ο δείκτης διάθλασης του μέσου εξαρτάται απευθείας από την πυκνότητά του. Αυτή η αύξηση της πυκνότητας αποτελούσε τη σημαία της διέλευσης της κρουστικής κύματος, η οποία διέτρεχε τον σωλήνα με μία μίλη το δευτερόλεπτο.
Μετρούσαμε την αύξηση της θερμοκρασίας εκτιμώντας τη ροή θερμότητας στην επιφάνεια. Για να το κάνουμε αυτό, εφαρμόσαμε πάνω σε έναν αισθητήρα προσκόλλησης, με κενό, ένα λεπτό μεταλλικό φιλμ του οποίου η ηλεκτρική αντίσταση άλλαζε σύμφωνα με τη θερμοκρασία. Η λεπτότητά του έκανε τη θερμική αδράνειά του να μπορεί να θεωρηθεί αμελητέα. Ωστόσο, η αύξηση της θερμοκρασίας εμφανίστηκε με κάποια καθυστέρηση των μερικών μικροδευτερολέπτων. Αφού η κρουστική κύμα διέτρεχε τον σωλήνα με 1700 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, αυτό σήμαινε ότι η αύξηση της θερμοκρασίας παρατηρήθηκε δύο εκατοστά πιο κάτω. Για να κατανοήσεις αυτή τη φαινομενική άβολη κατάσταση, χρειαζόταν να έχεις μερικές γνώσεις στη θεωρία της κινητικής θεωρίας των αερίων, πράγμα που δεν είχαν οι συνάδελφοί μου, οι οποίοι έκαναν μόνο χρήση των διαφορικών εξισώσεων των κυρίων Navier και Stokes.
Τι είναι μια κρουστική κύμα; Είναι μια διεγέρση που διαδίδεται σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, ένα "χτύπημα" εφαρμοσμένο σε μόρια ή άτομα. Αυτό το χτύπημα μπορεί να προκληθεί από άτομα ενός στερεού (τα κομμάτια μιας βόμβας που εκρήγνυται) ή από ένα υγρό που αιφνιδιαστικά τεθεί σε κίνηση (η επιφάνεια της φυσαλίδας που, στο νερό, συστέλλεται αιφνιδιαστικά). Η διάδοση της κρουστικής κύματος αντιπροσωπεύει το γεγονός ότι αυτό το "χτύπημα" ανακλάται, ένα μόριο μετά το άλλο. Είναι μονοδιάστατη και προσανατολισμένη σε μια δεδομένη κατεύθυνση.
Στον σωλήνα κρουστικής κύματος αυτή η διέγερση μεταφέρεται στα άτομα (ήταν αργόν) μια διεγέρση που είναι κατευθυνόμενη κατά μήκος του άξονα του σωλήνα, κατά τη διεύθυνση της ταχύτητας. Η θερμοκρασία σε ένα αέριο είναι μέτρο της ταχύτητας της δραστηριότητας των μορίων που το αποτελούν. Αυστηρά, υπάρχει μια θερμοκρασία για κάθε είδος σε ένα αέριο που είναι μίγμα (και για παράδειγμα ένα πλάσμα είναι ένα μίγμα αερίων ιόντων και "αερίου ηλεκτρονίων"). Η ορισμένη απόλυτη θερμοκρασία του είδους i σε ένα μίγμα πολλών ειδών δίνεται από τον τύπο (είναι μια ορισμένη τιμή):
όπου k είναι η σταθερά Boltzmann (1,38 × 10⁻²³) και mi είναι η μάζα του στοιχείου του είδους που εξετάζεται (άτομο, μόριο ή ηλεκτρόνιο). Οι συγκρούσεις τείνουν (πολύ γρήγορα) να κάνουν τις θερμοκρασίες των ειδών ενός μίγματος ίσες, πράγμα που αντιπροσωπεύει κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Αλλά υπάρχει, στην κουζίνα σας, ένα αέριο μέσο πολύ εκτός ισορροπίας. Είναι το περιεχόμενο του σωλήνα νεόν, όπου τα ιόντα είναι κρύα (μπορείτε να το επαληθεύσετε ακουμπώντας τον σωλήνα), αλλά τα ηλεκτρόνια είναι σε 10-15.000°C. Για να μάθετε περισσότερα, δείτε το "Για λίγα αμπέρ παραπάνω" στο CD Lanturlu1. Το 1966 ήμουν ο πρώτος στον κόσμο που επέτυχα να κάνω λειτουργεί ένα MHD γεννήτρια με δύο θερμοκρασίες (έξι χιλιάδες για το αέριο, δέκα χιλιάδες για τα ηλεκτρόνια), αυτή τη φορά σε υψηλή πυκνότητα (πίεση αερίου: ένα bar), αποτέλεσμα που παρουσιάστηκε το 1967 σε διεθνή συνέλευση MHD στη Βαρσοβία και επέτρεψε σε έναν από τους φοιτητές μου, του οποίου δεν θα αναφέρω το όνομα, να κάνει μια πολύ ωραία καριέρα στο CNRS και να αξιοποιήσει τη δουλειά για τον εαυτό του, μετά την αποχώρησή μου από το Ινστιτούτο Μηχανικής Ρευστών της Μασσαλίας, όπου αυτή η δουλειά έγινε τη διδακτορική του διατριβή, αλλά για την οποία δεν υπέγραψε ποτέ μια δημοσίευση με το μόνο του όνομα. Έρευνες για τις οποίες του απονεμήθηκε το βραβείο Worthington, που του επέτρεψαν να γίνει διευθυντής του εργαστηρίου αεροθερμοδυναμικής στο Meudon, στη συνέχεια διευθυντής περιφέρειας του CNRS στην περιοχή PACA, και τώρα, ακόμη, διευθυντής περιφέρειας στη νότια Περιφέρεια Île-de-France. Αυτό για να υπογραμμίσω ότι οι ανακαλύψεις που κάνουν ορισμένοι μπορεί να ωφελήσουν άλλους. Φαίνεται λίγο παράλογο, 40 χρόνια αργότερα, το ξέρω. Αλλά είναι καλό να θυμόμαστε από καιρό σε καιρό πώς λειτουργεί το πεδίο της έρευνας, και είναι δυστυχώς πάντα επίκαιρο.
Επιστρέφοντας σε αυτές τις καταστάσεις εκτός θερμοδυναμικής ισορροπίας. Η καμπύλη παραπάνω αντιπροσωπεύει μια κατανομή που ονομάζεται Maxwell-Boltzmann και αντιπροσωπεύει την κατάσταση προς την οποία το αέριο τείνει, λόγω συγκρούσεων.
Μια κρουστική κύμα δημιουργεί μια πολύ έντονη ανισότροπη κατάσταση στο αέριο, η οποία εκτείνεται σε μικρή απόσταση: μερικά "μέσα διαδρομής". Ζούμε σε ένα πολύ εκτός ισορροπίας θερμοδυναμικής κατάστασης που λέγεται ... μια γαλαξία, όπου το ρευστό είναι ένα αέριο αστέρων, ή περισσότερο ένα μίγμα "αερίων αστέρων διαφορετικών". Με "αέριο αστέρων" εννοούμε ένα ρευστό στο οποίο τα άτομα είναι ... αστέρες. Η ανισότροπη κατάσταση είναι πολύ έντονη (παράγοντας 2 στους λόγους των μέσων ταχυτήτων θερμικής δραστηριότητας, στις κατευθύνσεις όπου είναι μέγιστη και ελάχιστη). Είναι μια φυσική κατάσταση στο αστρικό περιβάλλον, το οποίο είναι μη-συγκρουστικό και δεν μπορεί επομένως να συγκλίνει προς μια κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας λόγω συγκρούσεων. Ονομάζουμε συγκρούσεις όχι μια πρόσκρουση αντικριστή μεταξύ αστέρων, αλλά ένα απλό συνάντηση όπου οι τροχιές αλλάζουν μεταξύ τους (οι αγγλοσαξόνες χρησιμοποιούν τη λέξη πιο κατάλληλη "encounter": "συνάντηση"). Αυτές οι "συναντήσεις" μεταξύ αστέρων είναι τόσο σπάνιες που μπορούμε να υποθέσουμε ότι δεν έχουν συμβεί σχεδόν καθόλου στη γαλαξία μας, από την εποχή των δισεκατομμυρίων ετών. Εκτός από στην περίπτωση των συμπλέγματων, όπου γεννιούνται νέοι αστέρες. Αφού αυτές οι αλληλεπιδράσεις τείνουν να δημιουργήσουν μια "κατανομή των ταχυτήτων Maxwell-Boltzmann", αυτό προσδίδει στους αστέρες αρκετά μεγάλες ταχύτητες ώστε να ξεπεράσουν την ταχύτητα διαφυγής του συμπλέγματος. Έτσι, αυτά τα συμπλέγματα που περιέχουν μερικές εκατοντάδες αστέρες "εξατμίζονται" αρκετά γρήγορα. Εκείνα που λέγονται "σφαιρικά συμπλέγματα", όπως το συμπλέγμα του Ηρακλή, που περιέχουν εκατοντάδες χιλιάδες (γηραιών) αστέρες, είναι πολύ λιγότερο συγκρουστικά και χάνουν συνεχώς αστέρες, αλλά με τόσο αργό ρυθμό που τους επέτρεψε να επιβιώσουν για περισσότερα από δέκα δισεκατομμύρια χρόνια (είναι τα παλαιότερα αντικείμενα στη γαλαξία). Ωστόσο, δεν είναι σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας και οι κατανομές των ταχυτήτων παρουσιάζουν μεγάλη ανισότροπη κατάσταση.
Αυτή η αστροφυσική απομάκρυνση μπορεί να φανεί εκτός θέματος. Εξαπατηθείτε. Πριν δέκα ή είκοσι χρόνια, οι "ειδικοί ασ