Виктор Финкель - Портрет трещины
И все-таки, это возможно, но совершенно иными средствами. Предположим, что мы располагаем методом, с помощью которого можем нагреть устье трещины. Тогда материал в окрестностях вершины должен
расшириться. Но окружающая матрица металла воспрепятствует этому. Иначе говоря, очаг, в котором разрываются межатомные связи, окажется сжатым тем больше, чем выше температура нагрева и значительнее перепад между нею и температурой окружающего пространства. Понятно, каким образом возникающие термические напряжения повлияют на разрушение: они станут мощно его тормозить.
Но здесь человек может достичь и большего. Допустим, мы не остановились на достигнутом, а продолжаем нагревать металл и доводим участок при вершине трещины до температуры плавления. Жидкий металл вытечет, в устье образуется отверстие. Упирающаяся в него трещина будет надежно остановлена. Во-первых, потому, что напряжения по контуру отверстия в сотни раз меньше, чем на трещине. Во-вторых, поверхность его раскалена, следовательно, сжата окружающим холодным металлом.
А как осуществляется все это на деле? Нам, к примеру, нужно предохранить от катастрофы большой лист металла, растянутый какими-то совершенно произвольными силами. Поставим неподалеку батарею конденсаторов большой емкости. В ней запасен значительный электрический заряд. Посредством быстродействующего
включателя подключим батарею к защищаемому металлу.
Другим элементом антиаварийной системы служит рецептор – датчик, внимательно «прислушивающийся», не появится ли трещина. Он может быть любым, в частности звуковым. Здесь, однако, пришлось бы потребовать от него быть глухим ко всем звукам, кроме тех, которые издает трещина. В этом ему можно помочь. Любые случайные возбуждения, как правило, имеют низкочастотный спектр – слышимый. Другое дело трещина – она «работает» в неслышимой, ультразвуковой области. Вот и надо научить датчик реагировать только на ультразвук, а на остальные не обращать внимания.
Но это лишь один из принципов датчика. Имеет он и другой, не менее важный, который можно выразить латинским изречением: «Зетрег рагахиз», что значит «всегда готов». Датчик все время должен находиться в состоянии «боевой готовности», как радары, управляющие самолетами-перехватчиками и ракетами ПВО. Металл служит, спокойно «несет свой крест» – датчик настороже. И так все время, пока работает конструкция – и днем, и ночью, и в холод, и в жару.
Но вот «Смерть проснулась около полудня». Появилась и побежала в металле трещина. Вечно бодрствующий рецептор только этого и ждал – он сразу же услышал ее и подал сигнал включателю, отделяющему электрический заряд конденсаторов от конструкции. Тот немедленно открылся, и поток электрической энергии в виде короткого электрического импульса большой мощности хлынул в защищаемый металлический лист.
И тут проявились удивительные качества высокочастотного электрического тока. Он стремится распространяться не по массиву металла, а по тонкому поверхностному его слою. Это явление так и называют скин-эффект1. Импульсу этому не надо знать, где находится трещина, – он ее сам мгновенно обнаружит. Ни к чему ему и сведения о скорости разрушения – все равно скорость эта ничтожна в сравнении с быстротой распространения электромагнитного сигнала или света. Словно бы широкая сеть поиска накинута на конструкцию. Мгновенно сосредоточивает она на трещине едва ли не всю энергию разряжающегося конденсатора. Дело прежде
1 5кт – кожа, шкура (англ.).
всего в том, что трещина – это поверхность. Но не менее важно, что она рассекает живое сечение металла, по которому течет высокочастотный ток. Он обтекает трещину сначала по одной ее стороне, затем ныряет в острую вершину, потом бежит по другому берегу. Самое интересное происходит в острие трещины. Радиус быстрого разрушения ничтожен и плотность тока «всплескивается» до огромных значений, причем тем больших, чем более хрупким и опасным было разрушение. Огромный ток выделяет в крохотном пространстве устья трещины титаническое количество джоулева тепла. Металл за считанные микросекунды разогревается, расплавляется и испаряется. Из вершины трещины буквально фонтанирует поток вещества – от частичек и капелек металла до плазмы; острейшая вершина превращается в оплавленное по краям отверстие в доли миллиметра и целые миллиметры. Получается совсем как в персидской пословице: «Вы покажите нам отверстие, а мы из него сделаем ворота». Эти-то ворота – непреодолимый барьер на пути трещины. Прорваться сквозь них она не в состоянии. Таким образом, разрушение безнадежно проигрывает безжалостному термическому разгрому, как это ни странно, несущему металлической конструкции добро. Совсем как у М. Волошина
И зло в тесноте сражений Побеждается горшим злом.
Счастливое отличие этого метода от других способов торможения трещины заключается в том, что металл с остановленной трещиной может служить долго. Причина в том, что возникшее отверстие полностью парализует любые попытки трещины подрасти. Тем более что не составляет труда сделать это «сверление» каким угодно большим.
И жизни ключ взыграл из разрушенья…
И.-В. Гете
РАЗРУШЕНИЕ – ДРУГ
Тут целый мир, живой, разнообразный…
Ф. ТютчевКакие бы плохие события не происходили на Земле, в этой главе мы будем говорить только о хороших. Поэтому и на трещину посмотрим через «розовые очки». И тогда окажется, что часто она полезна.
На поверхности и в глубине нашей планеты – обилие гигантских трещин и трещиноподобных оврагов. Нередко их используют в народнохозяйственных целях, например при проектировании каналов, при выборе места для открытых горных разработок.
Альпинисты знают, как важны мелкие трещины при подъеме по гладкой скале – есть за что зацепиться! Пользуются ими и растения, способные жить в неуютных горных местах, на самой круче.
А разрушение? В повседневной жизни с его благотворными последствиями мы сталкиваемся буквально на каждом шагу.
Возьмем хотя бы такой трудоемкий процесс, как обработка почвы под посев. Плуг, пашущий землю, лопата, вонзающаяся в нее, мотыга, кетмень – все это инструменты созидания через разрушение!
А экскаваторы, «перелопачивающие» поверхность нашей планеты? А многочисленные горнодобывающие комбайны, разгрызающие ее, а многокилометровые буры, сверлящие нефтеносные скважины?
Разрушение, разрушение, разрушение… Но полезное, несущее нам благополучие, процветание и добро в самом широком смысле слова.
Это то, что «лежит сверху». Но сколько мелких, незаметных на первый взгляд, но таких интересных ролей играет разрушение на гигантской сцене нашей планеты. Оказывается, например, что в своем саду вы можете вырастить опята. Для этого, в частности, на пеньке старого дерева нужно топором насечь побольше трещин…
Итак, трещина, к которой мы привыкли, как к символу беды и непоправимости, подчас трагической, может быть поставлена на службу человеку. Помните, как писал С. Надсон:
….С тобою связь Нам закрепить давно пора:
Я гений зла, я мрака князь, А гы – ты Дон-Кихот добра…
Вспомним работу стекольщика. Вначале алмазом он надрезает стекло. Затем, легко постукивая под надрезом, создает в нем трещину. Положив стекло на стол так, чтобы надрез точно соответствовал кромке стола, он нажимает висящую часть. При этом трещина пробегает по концентратору напряжений, разделяя лист стекла на две части. На стеклодувных фабриках стеклянные сосуды от трубки отделяют по-другому. По словам известного советского специалиста по стеклу Н. Качалова, «…отделение или, как говорят стекольщики, «отшибание» сосуда производится при помощи прикосновения к соответствующему месту мокрой железной полосой. От резкого местного охлаждения в стекле возникает опоясывающая трещина, при легком постукивании по которой происходит отделение отформованного сосуда от выдувательной трубки»1.
Физики-экспериментаторы используют для этой же
1 Качалов Н. Счекло.- М.: Изд-во АН СССР, 1959, с. 73.
цели паяльник. Им разогревают стекло непосредственно перед надрезом. При этом в очаге нагрева материал расширяется и рвет стекло по надрезу. Затем паяльник ведут перед трещиной, создавая тем самым в ее вершине растягивающие напряжения. Направлением трещины мы можем «руководить» как угодно.
Обратим внимание на то, что, о каком бы методе разделения стекла мы не говорили, всегда речь идет о трещине, используемой в качестве режущего инструмента. В этом же качестве «трудится» трещина и при обработке драгоценных камней.
Ж- Бержье1 пишет, что с доисторических времен люди пытались выведать друг у друга промышленные секреты, в частности секреты обработки камня. Это очень сложная техника, которую современные исследователи с большим трудом открыли вновь лишь частично. Не менее сложен, например, способ раскалывания одним ударом прямоугольной кремниевой пластины на четыре куска для выделения желвака. Эта работа требует очень большой сноровки. Шпионы охотились за этими секретами и, вероятно, похищали их не раз за 10 или 20 тысяч лет назад.
