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LABORATORIO SCIENTIFICO PER BAMBINI
Dietro la poppa, in un ruscello schiumoso. Laboratorio di scienze per bambini
Elenco / Laboratorio di scienze per bambini Un agile scooter da corsa e una nave cisterna lunga mezzo chilometro, un sottomarino nucleare e un rimorchiatore fluviale: queste navi dissimili e dozzine di altre si muovono dentro e sott'acqua con l'aiuto di un'elica. Nove navi semoventi moderne su dieci sono azionate da un'elica.
Gli idrobiologi hanno studiato centinaia di abitanti di fiumi, laghi e oceani, dai gamberetti ai calamari, dallo spratto alla balena, e hanno studiato attentamente i loro metodi di movimento nell'acqua. La natura non ha dotato nessuno di loro di qualcosa che assomigli a un'elica. Come la ruota, il principale dispositivo di propulsione della flotta moderna non ha analoghi in natura. L'elica della nave è una discendente dell'elica creata dal geniale Archimede per sollevare l'acqua. Se ricordiamo anche la legge di Archimede, si scopre che la navigazione oggi è due volte debitrice al grande siracusano... Nel 1793, il matematico francese Ponton propose di utilizzare un'elica per spingere le navi. Tre decenni dopo, l'inventore ceco I. Ressel creò il primo modello di vite: la coclea. E nel 1836, un incidente accidentale portò al fatto che la coclea cedette il posto alla vite dalla forma odierna: quella a pale. Durante le prove, una lunga vite, come un tritacarne, si è rotta e la nave è andata più veloce. Nel 1849 i vantaggi dell'elica furono dimostrati in un combattimento leale. Le navi a vapore inglesi: l'elica "Niger" e la ruota "Basilisk", entrambe con motori da 400 CV, collegate da cavi, andavano in direzioni opposte. Era qualcosa come una gara di tiro alla fune. Per più di un'ora, la nave a elica ha trascinato il suo avversario ad una velocità di 1,5 nodi. È vero, dopo questa competizione, per decenni furono costruiti piroscafi a ruote. Ma molto probabilmente, a causa dell'inerzia... Il leader della flotta mondiale di navi cisterna, Globtic Tokyo, ha a bordo motori con una potenza totale di 45 CV. s., potenza del motore della rompighiaccio "Ermak" - 000 42 l. s., nave passeggeri "Queen Eliabeth-0" - 2 l. Con. Ma procurarsi energia non è tutto: occorre utilizzarla. La nave si muove, gettando via corsi d'acqua, in altre parole, tutte le navi semoventi sono idrometeore. Le ruote buttano via l'acqua premendola con una lama: un piatto. Con una vite questo processo è più complicato. Ciascuna delle sue lame funge da specie di ala. Quando la pala ruota nella colonna d'acqua, su una superficie dell'ala si forma una zona di rarefazione e sull'altra una zona di compressione. La differenza di pressione crea la forza di sollevamento e la somma delle forze di sollevamento delle pale crea la spinta dell'elica. A differenza di una normale vite, la cui testa si muove un passo alla volta ad ogni rotazione del perno della vite, l'elica, per così dire, rimuove la filettatura, respingendo una massa d'acqua. Maggiore è questa massa, più forte è l'arresto e migliore è la vite. Sembrerebbe che per aumentare l'enfasi sia sufficiente aumentare la velocità. Ma in questo caso non si tratta più di uno schiacciamento, ma di una rottura del filo invisibile dell’acqua. La pressione sul bordo anteriore della lama diminuisce ancora di più e l'acqua bolle formando numerose bolle. Non appena la bolla esce dalla zona di bassa pressione, collassa: viene compressa dalla colonna d'acqua. La morte di ogni bolla è accompagnata da una microesplosione. Gli impatti esplosivi delle bolle sulla pala di un'elica causano molto più che semplici rumori e vibrazioni. La pellicola protettiva di ossido viene strappata dal metallo e inizia l'erosione da cavitazione. La pala di un'elica soggetta a cavitazione assomiglia a un bersaglio crivellato di proiettili. La cavitazione si verifica a determinate velocità dell'elica. Per eliminare questo fenomeno estremamente spiacevole, è necessario ridurre la velocità. Ma poi la vite si fermerà e la sua spinta cadrà. La lotta contro l'erosione del metallo durante la navigazione ha portato a una soluzione tecnica paradossale: si è deciso di aumentare la cavitazione. Sono state create eliche con pale a profilo speciale. A velocità elevatissime, le bolle di navigazione hanno iniziato a coprire l'intera superficie di lavoro della lama, formando un'enorme bolla di vapore. Aumentando la velocità di un'elica di questo tipo quasi non cambia la pressione nella bolla di vapore, ma aumentano la pressione dietro la pala e la spinta complessiva. Tali eliche sono chiamate supercavitanti. Per le navi ordinarie sono inefficaci, ma sono insostituibili quando è necessario raggiungere velocità superiori ai 40 nodi. Ad esempio, l'aliscafo a turbina a gas sovietico "Typhoon" è dotato di un'elica supercavitante. Le lame girano in una danza continua. È sufficiente che uno di essi “esca dal passo” perché tutta l'elica vibri, e dietro di essa tutta la poppa. Accadde che a causa delle vibrazioni dell'elica fu necessario ricostruire la nave. Per questo motivo le eliche vengono bilanciate con particolare cura, la forma delle pale e la loro inclinazione vengono controllate con apposite dime e la superficie viene lucidata a specchio almeno una volta all'anno. Se, dopo aver ispezionato una vite che ha funzionato per qualche tempo, sulla sua superficie si trovano buche più profonde di un millimetro, queste vengono stuccate con composti epossidici e nuovamente rettificate fino a ottenere una finitura a specchio. Un problema particolare è la scelta del metallo per la vite. A causa della forte corrosione dell'acqua di mare, gli acciai convenzionali sono praticamente inadatti. Basti pensare che sul rompighiaccio di Murmansk, in due anni di funzionamento, ciascuna lama dell'elica ha perso 200 chilogrammi di peso. Questo è realizzato con acciai legati speciali! Negli ultimi anni, le eliche delle navi sono state realizzate sempre più in ottone o bronzo. La resistenza alla corrosione dell'ottone è cento volte maggiore di quella dell'acciaio comune. Ma nell'acqua di mare, anche l'ottone è suscettibile alla corrosione: lo zinco ne viene lavato via. Le aree a basso contenuto di zinco si ricoprono di crepe e la resistenza delle lame diminuisce. Ad ogni giro di vite si apre e si chiude una piccola fessura; i prodotti della corrosione ne lucidano i bordi e la espandono. E poi arriva un momento in cui il metallo non resiste e si rompe... L'ottone non è un metallo molto resistente. Per le eliche ad alta velocità viene spesso utilizzato alluminio al manganese o bronzo al nichel-alluminio, la cui resistenza è vicina a quella degli acciai legati e la sua resistenza in acqua di mare è molte volte superiore a quella dell'ottone. Da tali bronzi vengono realizzate eliche che pesano più di 50 tonnellate per le moderne navi portacontainer e le superpetroliere. Tuttavia, tali leghe non possono resistere alle collisioni nemmeno con il ghiaccio leggero. Pertanto, per i rompighiaccio è necessario realizzare eliche in acciaio inossidabile legato, che comprende rame, manganese, nichel, titanio e una serie di altri additivi. Una storia sui materiali moderni per le eliche delle navi sarebbe incompleta senza menzionare la plastica. Le navi stanno già utilizzando eliche in nylon fuso. Ma solo su piccole navi. Persino le pale in nylon bordate con fogli di acciaio non possono sopportare gli enormi carichi meccanici che sopportano le eliche delle grandi navi. Ma l’elica esiste da cento anni e mezzo, e i primi esperimenti con le pale di plastica sono iniziati solo dieci anni fa... Autori: M. Korotky, M. Naiding
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