Но изобретательность изобретательности рознь. Расскажу эпизод, случившийся в одном институте другого ведомства. Механик поспорил с приятелем, что вынесет незаметно через проходную пятидесятикилограммовую наковальню. И вот двое повели под руки через проходную заболевшего товарища, едва передвигавшего ноги, видимо, с высокой температурой — багровое лицо было все в поту. Их незамедлительно пропустили в медсанчасть. По выходе с территории товарищ сразу выздоровел, как только с его шеи сняли подвешенную на канате и пропущенную между ног тяжеленную наковальню. Обратно ее несли уже втроем. Польза от такой «изобретательности» никакая, разве что дала пищу для остряков и «информацию к размышлениям» для вахтеров.
Описанный мною в начале метод измерения размера капель с помощью радуги обладал невысокой точностью. На смену ему пришли различные способы улавливания капель, в частности разработанный группой исследователей во главе с инженером К. Н. Ерастовым способ получения отпечатков капель на слое сажи, покрытом парами магния — магнезии. Яркая многоцветная радуга — и прозаическая черная сажа. Что поделаешь: когда речь идет о точности эксперимента, вопросы эстетики отодвигаются на задний план.
Ударяясь о пластичное покрытие сажи с парами магнезии, капли жидкости не разрушались, оставляя на саже аккуратный кружочек — след. Мягкость покрытия сочеталась с прочностью, сажа не сдувалась потоком. После эксперимента в окуляре микроскопа была видна четкая контрастная картина — черные кружки на серебряном фоне магнезии, что облегчало кропотливые измерения: ведь в пробе иногда приходилось обрабатывать до 2000—3000 отпечатков.
Применение этого метода позволило ответить на самые неотложные вопросы, но вообще — и этот вопрос встает для каждого метода — оставалось неясным, какое число частиц нужно измерять, чтобы знать, «сколько кого» в общей массе капель? Другими словами, какая проба уловленных частиц представительна, чтобы верно судить о всем спектре? Проще всего сказать: берите пробу побольше, подойдете к истине ближе. Но попробуйте просидеть, склонившись над окуляром микроскопа, неделю за неделей, измеряя и подсчитывая десятки тысяч капель, до боли в глазах! И вот некоторое время спустя инженеры одной из английских нефтяных фирм предложили метод парафинового моделирования (затем усовершенствованный у нас).
Метод в своем роде уникален, поскольку позволяет оперировать не с выборочной пробой, а со всем необозримым множеством капель, вылетающих из форсунки, скажем, за секунду.
Взамен исследуемого керосина распыливают парафин, который в расплавленном состоянии при определенной температуре нагрева очень близок к керосину по ряду физических констант (удельный вес, поверхностное натяжение, вязкость). Вылетающие частицы быстро охлаждаются, и все их можно уловить. Но что дальше делать с ними? Частички, во-первых, слипнутся друг с другом; во-вторых, как их рассортировать по размерам? В специальных опытах подобрали жидкость — раствор этилового спирта,— где парафиновые капли, окутанные тонкой пленкой, практически не слипаются. Затем спирт с каплями пропускали через «этажерку» пронумерованных сит с ячейками известных размеров — от самой крупной в верхнем сите до самой мелкой в нижнем. Сита с каплями просушивали, взвешивали, находя для каждого сита массу задержанных им частиц (число измеряемых капель составляет несколько миллионов при общем их весе всего около десяти граммов).
В результате отнесения веса частиц на каждом сите к суммарному их весу оказывается возможным построить распределение капель в спектре по размерам в зависимости прежде всего от давления подачи.
Метод парафинового моделирования позволил управиться со всем множеством капель и подтвердил представительность выбиравшейся ранее пробы частиц в наших опытах. Из-за своей сложности он не мог применяться повседневно, но остался как эталонный, дающий «истинную каплю в последней инстанции».
Глава III
КАПЛЯ ИСТИНЫ
Размножение капель
Для измерений в газовом потоке оказался удобным метод сажевых отпечатков. Хотя он являлся выборочным, это уже не пугало. Метод парафинового рассева всегда мог указать нужную величину выборки. Экспериментаторы дружно ухватились за методику, не дожидаясь полного ее обоснования (это шло параллельно). Точное число, а с ним успех исследований вошли в мир капель. Там, где пока пасовала теория, опыт принес первые результаты, наводя порядок в хаосе жидких частиц.
Измерение множества однородных, но разновеликих объектов имеет свои особенности. После опыления каплями в потоке специальный стержень или пластинка, покрытая улавливающим сажевым слоем, ставились под микроскоп. Размеры отпечатков определялись в поле зрения на шкале окулярмикрометра с точностью до деления шкалы. Оставалось лишь отразить в таблицах и графиках распределение капель по весам и размерам, чтобы получить их спектр.
Впоследствии, обобщив результаты анализа экспериментально полученных спектров, удалось найти способ построения спектра форсунок без кропотливых подсчетов капель для различных размеров форсунки и параметров процесса распыливания: давления подачи, скорости воздуха, физических констант жидкости и газа. Конструктор получал спектр раньше, чем он «рождался в железе», и мог заглянуть в будущее двигателя, имея перед собой не реальную форсунку камеры сгорания, а всего лишь ее чертеж.
Но все это возникло значительно позже. А пока мы занимались кропотливой сортировкой капель по их размерам, тратя на это бесчисленное количество часов и сил.
Наши тогдашние мечтания об автоматизации нудного счета капель (мы даже схватились за примитивный счетчик эритроцитов при анализе крови) реализовали современная оптика и электроника, придя на помощь утомленным глазам экспериментатора. Сейчас создано (у нас и за границей) сложное и совершенное устройство — комбинация микроскопа, фотоэлемента и миниатюрной ЭВМ. Проба частиц, отпечатков или вообще любых микрообъектов отображается на экране с нужным увеличением. Наблюдатель находит интересную ему область и включает счет. Сканирующий луч молниеносно обегает указанную зону, измеряя и подсчитывая по 10000 объектов за несколько минут. Результат — готовая таблица спектра. Хитрый прибор может измерять и некруглые объекты, давая средний размер по их площади или между наименьшим и наибольшим радиусами (например, для овалов). Открылась новая эра в исследовании полидисперсных систем. Устройство такого типа («Квант») применили биологи и гистологи для изучения живых клеток, его «обучили» ловить и фотографировать «интимный» процесс—момент таинства природы, когда начинает делиться одна какая-то клетка среди множества обычных, неделящихся. Такой прибор обещает также прогресс и в технологии металлических порошков (порошковая металлургия), цементов (строительное дело) и других сыпучих тел.
Но все-таки первые измерения и исследования по распыливанию были проведены в «мансардах» старых, сравнительно примитивных лабораторий. Тогда наш метод улавливания на сажу нуждался в более строгом обосновании: отпечаток — еще не капля, она деформируется при ударе, и диаметр отпечатка отличается, естественно, от диаметра капли. Чтобы выяснить это, у нас решили построить специальную опытную установку. Работа мне представлялась скучной и хотелось ее скорее завершить. Я никак не мог предположить, куда она меня неожиданно заведет.
Пуск установки задерживался. Заготовив серию ртутных капель, измеренных под микроскопом, я забрался на антресоли, под потолок самого высокого нашего цеха, и стал оттуда прицельно сбрасывать капли на сажевый экран — «сковородку», лежащую на полу. О вредности ртути я имел тогда весьма туманное представление. Кто-то проявил вполне разумную осмотрительность, прибежали пожарные и представитель охраны труда. Возник скандал, пожарник размахивал багром, угрожая стащить меня вниз.
Вскоре подоспела установка, и опыты были продолжены: капли ртути сбрасывались в поток воздуха у среза сопла и улавливались на экраны, потом сравнивались диаметры капли и отпечатка. Монотонная, порядком надоевшая работа подходила к концу (опыты повторялись многократно для надежной статистики), как вдруг обнаружилась странная аномалия. При большой скорости воздушного потока на экране появился парный отпечаток. Может, техник по ошибке положил в чашечку для сбрасывания две слипшиеся капли вместо одной или взял случайно уже использованный экран? Я тщательно все проверил и повторил опыт — все тот же результат. Не двоится же у нас обоих в глазах!
