[вернуться к содержанию сайта]

Д. Румянцев, В. Околотин
ОПЫТЫ ГРАНО: СИЛА № 4 ИЛИ ФОКУСЫ?
(напечатано в журнале "Техника и наука" №11, 1983)

    Статья Грано под интригующим названием “Электромагнитная тяга вдоль тока” появилась в лондонском журнале “Нейчур” в прошлом году. В ней две части: теоретические обоснования, из которых следует надеяться на существование новых электромагнитных сил, и описание опытов, якобы подтверждающих эти надежды. Грано так и пишет: “Кажется, что эти опыты соответствуют старому и забытому закону Ампера, потому что ни количественно, ни качественно полученные результаты нельзя интерпретировать с помощью лоренцевых сил и обусловленных ими МГД-эффектов”.

    Это очень сильное заявление, потому что Грано – известный учёный, и потому, что науке известны только три электрические силы. Среди них сила Кулона, по которой оценивается взаимодействие покоящихся зарядов, сила Лоренца для заряда, смещаемого в постоянном магнитном поле или покоящегося в смещаемом поле, и, наконец, сила Фарадея для заряда в поле, которое переменно во времени. Грано решился завести разговор о силе № 4. Речь идёт о возможном существовании продольных сил между двумя элементами тока, лежащими на одной прямой.

    Разговор на эту тему тлеет в научной литературе давно, но пока ещё нет убедительных теоретических предсказаний, бесспорных экспериментов. Ещё никто и никогда не фиксировал сил такого рода, хотя они очень возможны. Но если они реальны, отчего же их никто никогда не замечал? Если эти силы существуют, должен существовать какой-то не менее сильный маскирующий физический механизм. И вот, на радость ожидающим, грянула работа Грано...

    От Грано можно было ждать чего-то оригинального. Он, как и мы, много лет потратил на создание кабелей нового типа. В конструкции Грано ток пропускается по трубам, а сами трубы охлаждаются жидким азотом и электроизолируются высоким вакуумом. Здесь много нового: и низкие температуры, и электрический пробой вакуума, и большая экономичность. Со всеми этими проблемами Грано справился блестяще, читать его статьи, рапорты – одно удовольствие.

    О многогранности Грано говорят так: он соображает и по электричеству и по теплу; по происхождению он француз, печатается в Англии, а работает в США. Кстати, недавно из компании “Простейшие провода и кабели” он перешёл во всемирно известную старую Национальную магнитную лабораторию “Френсис Биттер”, где включился в программу “широких исследований по электродинамике Ампера-Неймана и её влиянию на современную науку и технику”.

    Мы повторили опыты Грано. Через ртуть пропускался постоянный или переменный ток плотностью около 1 А/мм². Медный проводник длиной 2–3 см при включении тока действительно погружался и плыл к электроду. В публикации “ТиН” всё описано точно и исчерпывающе, но сверх того мы заметили кое-что новое. Так, если жёлоб – проводящий (из нержавейки), то проводничок тонет, как батискаф, и прилипает ко дну. Пока он тонет, его можно немного толкнуть вперёд, включая-выключая ток. Если ж проводничок обмотать поливинилом, он не погружается, а, будто глиссер, мчит по поверхности. Зато гвоздь хорошо “ныряет” и становится поперёк жёлоба со ртутью.

    Можно добавить, что для движения нужны большие токи (200–1000 А), а ванна не должна быть глубокой (1–3 см). Перемещению мини-судна сильно мешают кипение ртути, её окисление и вязкая амальгама вокруг провода. Чтобы подлодка или глиссер плыли, их хвосты надо заострять. Суда плывут тупым носом вперёд, с ним вместе движется носовая ртутная волна с гребнем 3–4 мм, а хвостовая волна много слабее.

    Если провод отрезан ровно и заострений нет, такой обрубок двигаться не может. Впрочем, если его воткнуть в ртуть под углом, то он отлично мчится туда, куда клонится носом. Вот, пожалуй, и все экспериментальные хитрости. Добавим только, что практически использовать такое море с судном нелегко, ибо работы с ртутью вредны, нужны большие токи и мелкие желоба, ртуть кипит и окисляется. Хорошо бы заменить ртуть на солевые электролиты, но через них большие токи не пропустишь.

    Теперь остаётся ответить на призыв Грано и редакции – объяснить, почему в ртутном море погружаются медные подлодки, мчатся глиссеры и тонут батискафы? Почему суда движутся тупым носом вперёд независимо от направления постоянного тока и даже на переменном токе? Почему непременно нужен острый хвост, а без него суда не в силах шевельнуться?

    Наконец, отчего один и тот же медный корпус может быть подлодкой, батискафом или глиссером? И самое главное, какова природа тянущих сил, откуда они берутся и как их рассчитать?

    Проще всего начать с погружения. Здесь совершенно точно срабатывает объяснение, приведённое в “ТиН”: ток, пропускаемый через ртутную ванну, ответвляется через корпус судна. Два параллельных тока притягиваются, и судно тонет до тех пор, пока его ось не совместится с осью тока. Положение подлодки должно соответствовать центру тока, распределённого в ртути,– только в этом случае исчезают центрующие электродинамические силы. Указатель токовой сердцевины – это неплохо, но как заставить подлодку глиссировать?

Магнитное давление сверху притапливает медный цилиндр до середины ванны

    Если жёлоб со ртутью сам по себе проводит ток, то все три цепи (корыто, ртуть и ртуть с медной вставкой) шунтируют друг друга, и ток растекается по параллельным ветвям. Вот почему “судно” погружается и прижимается ко дну: ток притягивает ток в проводничке.

    Когда жёлоб выполнен из картона, дерева или стеклопластика, легко сделать медяшку непотопляемой, обмотав лёгким покрытием. Если архимедова сила выталкивания больше гравитационной и магнитной сил, которые притапливают цилиндрик, то поперечные смещения исчезают и игру ведут только силы толкающие (электромагнитно-реактивные, как назвал их Грано). Разумеется, что через проводок обязательно должен протекать ток, а для этого кончики изолированного корпуса должны непременно смачиваться ртутью. Понятное дело, что “глиссер” может остаться “подлодкой”, если выталкивающие силы малы при тонком и плотном слое изоляции.

    Теперь о хвосте. Понятное дело, что тяга рождается именно заострённым концом судёнышка, ибо она исчезает, если хвост отпилить или откусить. А связать тягу с хвостом легко и просто, и Грано, по всей видимости, немного слукавил, удержавшись от разгадки. Нет, он честно указал в своей статье, что “провод едет тупым концом вперёд” и что “у субмарины длиной 5 см один конец заострён”, но будто случайно утопил эти слова в весьма насыщенном тексте, не акцентировал на них внимания читателей, и можно даже прозевать этот “ключ” ко всему прочему.

    Итак, пусть ток из ртути входит в цилиндрик, а потом выходит из хвоста в ртуть, причём токовые нити, как известно, нормальны поверхности, разделяющей ртуть и металл. По правилу левой руки ртуть гонится силой, нормальной и току, и магнитному полю, который этим током создаётся. Другими словами, сила направлена по образующей хвостового конуса, возрастая по мере приближения к острию. Вот почему ртуть обязана обтекать хвост и обжимать его, выталкивая медное тельце из своих жидкометаллических объятий. Именно так мы “стреляем” вишневыми косточками, сжимая их пальцами. Смешно, но в статье Грано об этом прямо говорится: “Если закрепить медный кораблик неподвижно, то из-под него, будто из-под винта, побегут ртутные струи. Струи так сильны, что вместе с собой относят медные крошки, насыпанные на ртутное зеркало”.

Лоронцовы силы отбрасывают ртуть назад и выдавливают “подлодку” а обратную сторону.

    Ничего не изменится, если ток будет втекать в хвост, вместо того чтоб вытекать из него. Ведь одновременно поменяются направления как тока, так и порождаемого током магнитного поля, но сила, зависящая от их векторного произведения, остаётся той же по направлению и величине. По той же причине переменный ток действует не хуже постоянного, что инженерам хорошо известно,– это обычное явление для электромагнитных сил, действующих со стороны тока.

    Таким образом, и количественно, и качественно опыт с корабликами в ртутном море полностью объясняется действием сил Лоренца, являясь одной из разновидностей МГД-явлений, хотя сам Грано отчего-то решил иначе. Но как же быть с пророчеством Ампера, на которое пытался сослаться экспериментатор, мотивируя разговор о продольных силах?

    Действительно, формула Ампера (она обычно в учебниках приводится нечасто, а под её названием обычно пишется формула Грассмана) в её первоначальной и давно уж отвергнутой записи допускает наличие сил, расталкивающих соосные элементы тока. По “старому” Амперу действительно надо ожидать появления сил, толкающих часть тока вдоль оси. Этот математический “фантом” живёт уже много лет, порождая время от времени дискуссии, неожиданные опыты и странные изобретения. Мало того, совершенно неминуемо эти старые забываемые и вновь вспоминаемые “новинки” будут и впредь регулярно, каждые 10–20 лет, порождать “сенсации” типа обсуждаемого опыта Грано. Так будет до тех пор, пока этот электродинамический “закуток” электромагнетизма не будет проанализирован до конца.

    И в нашей стране парадоксы электродинамики волнуют многих. Ещё помнится сделанная лет десять назад серьёзная работа ферганских физиков во главе с Р. Сигаловым. Но всё же до сих пор нет ясности, надо ли дорабатывать вопросы магнитостатики или пора её увековечить на сегодняшнем уровне знаний? Академическая наука “забыла” о классической электродинамике, отдав её в распоряжение наук технических, но не пора ли просмотреть истоки сегодняшних трудностей где-то там, лет двести назад?

    Как бы то ни было, работа Грано вроде бы никакой научной новизны не внесла. “Ртутомёт”, придуманный и реализованный им,– это всё же безделушка, вряд ли имеющая значение для техники. Поучительно повозиться с ним на уроках или лекциях, чтобы проиллюстрировать области “применения сил Лоренца, сил старых и прекрасно себя зарекомендовавших. Однако не следует исключать и такой возможности, когда при оригинальном варианте опыта Грано учёные смогут открыть нечто совсем неожиданное для себя.

Дата установки: 06.11.2010
[вернуться к содержанию сайта]

W