Откуда же шел звук? Как он возник?
Как потом выяснилось, профессор повторил на моих глазах классический опыт немецкого исследователя К.Рикке, впервые поставленный еще в 1859 году.
А вот почему трубочка поет, ответа не знал ни Вадим Николаевич, ни сам Рикке. Лорд Релей знал о подобном эффекте с водородным факелом, помещенным в трубку, знал также сам Майкл Фарадей, автор знаменитой «Истории свечи». В 1818 году он записал: «Такое явление характерно не только для водорода, но и для других газов, хотя и в меньшей, чем для водорода, степени». Но в чем причина, также не объяснил.
— Сегодня мы можем отметить лишь то, что это явление очень похоже на наблюдаемое нами в камерах сгорания ракет, — пояснил профессор. — Они, как известно, ревут, хоть уши затыкай, примерно шестая часть их мощности уходит в звук. А вот почему? Понятно лишь, что происходит двойное преобразование энергии — сначала химическая энергия топлива превращается в тепловую, а та уж — в механическую энергию акустических колебаний…
И это явление не единственное, которое пока не поддается точному описанию. Есть немало и других. Одно из величайших открытий в истории человечества — огонь — и по сей день упорно не желает открывать все свои тайны.
Между тем, как отмечал тот же Фарадей, «явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который бы не был при этом так или иначе затронут».
Кстати, интересна история создания его знаменитой книги «История свечи». Она представляет собой запись лекций, которые были прочитаны замечательным английским физиком-экспериментатором для юношества в период с 1827 по 1860 год. А уже в 1861 году были изданы отдельной книгой. Впоследствии она неоднократно переводилась на многие языки. На русском эта книга первый раз была издана в 1866 году, еще при жизни Фарадея. Последнее из попадавшихся на глаза изданий датировано 1980 годом.
Фарадей обстоятельно и доходчиво постарался изложить все известные в его время научные сведения о процессе горения. Книгу читали многие из ныне известных ученых. В их числе и профессор Гладышев. И лично его она заинтересовала вот с какой стороны.
— Ни Фарадей, ни кто-либо другой словом не обмолвились, почему горение имеет неустойчивый характер, — пояснил Вадим Николаевич. — Между тем всем хорошо известно: пламя свечи, костра, даже керосиновой лампы, казалось бы, надежное прикрытое стеклом, все равно колеблется. Почему?
Заинтересовавшись этим вопросом еще в школьные годы, будущий профессор довольно скоро пришел к выводу, что перед ним один из случаев автоколебательной системы.
В наши дни подобные системы довольно широко используются, например, в радиоэлектронике, где применяют автогенераторы электромагнитных волн. Что же касается самого процесса горения, то он широко используется в технике — в разного рода моторах, начиная от обычных двигателей внутреннего сгорания и кончая ракетными.
Над вопросом, почему пламя колеблется, как его можно обуздать, десятилетиями бились лучшие умы. Среди них академики Л.Капица, Л.Ландау, Л.Арцимович, Б.Раушенбах и многие другие. Вместе с зарубежными коллегами они выдвинули не менее двух десятков теоретических объяснений неустойчивости фронта горения, что помогало решать те или иные практические задачи.
Скажем, уже упоминавшийся нами Релей сформулировал критерий, определяющий соотношение между изменением давления и подводом тепла. «Если теплота сообщается воздуху в момент наибольшего сжатия или отнимается от него в момент наибольшего разрежения, то это усиливает колебания, — писал он. — Напротив, если теплота сообщается в момент наибольшего разрежения, то колебание этим ослабляется». И даже нашел этому соответствующее математическое выражение.
Критерием Релея пользуются все специалисты по тепловым системам, но он, к сожалению, не охватывает все случаи. Когда, например, появились первые двигатели внутреннего сгорания, пришлось вносить исправления. То же самое пришлось делать и в 20-е годы XX века, когда стали конструировать первые ракеты.
При решении частных задач многочисленные теории помогают найти тот или иной выход. Скажем, широко известно: чтобы уменьшить детонацию в цилиндрах ДВС, научились добавлять в бензин тетраэтилсвинец. Он крайне ядовит, от него сильно страдает экология. Но другого способа утихомирить двигатель, увы, пока никто не придумал.
В какой-то мере усмирить ракетные двигатели удалось, подобрав соответствующую форму ракетных дюз. Ракеты ныне летают не только на орбиту, но и к далеким планетам.