Этого не случится, если в 1 верхнюю часть цилиндра над поршнем тоже налить воды.
Теперь при быстром рывке за рукоятку в цилиндре образуются пузыри, а при ее отпускании раздастся щелчок — признак кавитации.
Благодаря прозрачным стенкам описанный прибор (или стеклянный шприц) можно установить в проектор и показывать опыты на экране целому классу. В частности, можно очень эффектно показать, что кавитация способна очищать поверхность загрязненного предмета (рис. 2).
Рис. 2
Смажьте вазелином маленький болтик и бросьте его на дно прибора. После первого же щелчка он окажется окутан белесым мутноватым облаком. Это благодаря микровзрывам кавитационных пузырьков жир срывается с поверхности предмета. При этом он дробится на мельчайшие капельки и образуется устойчивая смесь воды и масла. Еще несколько щелчков — и деталь станет чистой. Вазелин можно заменить керосином или бензином. Результат будет тот же — получится эмульсия.
Доказано, что водно-топливная эмульсия может значительно улучшить работу автомобильных двигателей — получить чистый выхлоп, сэкономить нефть. Надо лишь научиться делать ее в достаточных количествах.
Но вернемся к кавитации. Что же происходит при схлопывании пузырька? Упрощенную теорию явления предложил в 1919 году лорд Рэлей. В основе ее допущение, что в идеальной сплошной жидкости образуется абсолютно пустая полость. Под действием давления стенки ее надвигаются друг на друга (рис. 3).
Рис. 3
Можно доказать, что по мере сжатия полости скорость их сближения возрастает и к моменту столкновения становится бесконечно большой. Таким же будет и давление, вызванное соударением.
Однако в реальных условиях кавитационная полость содержит пары и газы. В процессе схлопывания они должны от сжатия нагреваться. Бесконечно больших скоростей и давлений уже не получится. И такой, казалось бы, простой процесс может развиваться по самым различным сценариям. Например, образующееся при сжатии газовой полости тепло может успеть полностью или частично перейти к жидкости и истрачено на химические реакции, идущие с поглощением тепла.
Попытки измерить параметры процессов, происходящих в реальности, приносят довольно неожиданные результаты. Скорость движения стенок полости от 600 до 2500 м/с, температура от 6000 до 11 000 градусов. Удивительные результаты дает измерение давления. Вполне серьезные авторы оценивают его по-разному — от 12 000 до 450 000 атмосфер! Так что не удивительно, что ни один материал не может противостоять кавитации.
Однако мы не знаем, что происходит на самых последних, заключительных стадиях схлопывания пузырьков.
Мы даже не знаем, как приступить к их изучению. Судите сами. До определенных пределов кавитационные процессы можно рассматривать под микроскопом и снимать кинокамерой. Но и здесь уже приходится производить съемку с частотой около миллиона кадров в секунду. Изучать кавитацию на этапе сжатия полости, когда она уже не видна даже в оптический микроскоп, и совсем трудно. Согласно некоторым гипотезам температура на заключительных стадиях может достигать десятков миллионов градусов при давлении в сотни миллионов атмосфер. Это параметры, при которых могут начаться процессы слияния атомных ядер.
Первой ласточкой, указавшей на такую возможность, была работа, проведенная в нашей стране в 1977 году, когда было зарегистрировано рентгеновское излучение, сопровождавшее кавитационный процесс. В начале 90-х годов в США и в нашей стране были проведены работы, уверенно показавшие появление в кавитационных процессах энергии неизвестного происхождения. Эти опыты отличались в основном способами получения кавитации. Один из них заключался в прерывании потока жидкости, текущей по трубе, например, при помощи крана. В результате под действием сил инерции столб текущей жидкости разрывается. В нем образуются полости, которые схлопываются при вытекании жидкости в сосуд.
Изобретатель А.Ф.Кладов (патент РФ № 2054604) весьма остроумно объединил устройство для прерывания потока с ротором центробежного насоса, формирующего этот поток. В результате получилось устройство, создающее кавитационную энергию с плотностью до 1000 кВт на кубический метр. (В отдельном пузырьке она в тысячи раз выше.)
А.Ф.Кладов обнаружил, что количество тепла, выделяющееся при работе устройства, значительно превышает электроэнергию, подведенную к его двигателю. Изобретатель обнаружил, что оно зависит от химического состава применяемой жидкости. В некоторых случаях (5 %-ная суспензия алюмосиликата) получался одиннадцатикратный выигрыш. Иногда жидкость приобретала слабую радиоактивность.