🔥 Огонь и горение в космосе 💫

На Земле под действием гравитации нагретый воздух поднимается и расширяется, и огонь приобретает форму капли. В условиях микрогравитации на МКС огонь имеет форму шара. Сгорающее вещество встречает молекулы кислорода, свободно перемещаясь во всех направлениях, создает сферическое пламя. Голубой цвет обусловлен образованием небольшого количества сажи, которая при низкой температуре светится только в инфракрасном диапазоне.

В отсутствие гравитации пламя приобретает форму сферы. Это объясняется тем, что в условиях невесомости нет восходящего движения воздуха и конвекции тёплых и холодных его слоёв не происходит. Пламени не хватает для горения притока свежего воздуха, содержащего кислород, поэтому оно получается меньше и холоднее. Привычный оранжевый цвет пламени вызван свечением частичек сажи, которые поднимаются вверх с горячим потоком воздуха. В невесомости пламя приобретает голубой цвет, потому что сажи образуется мало, а та, что есть, из-за пониженной температуры будет светиться только в инфракрасном диапазоне. И горит оно недолго: отсутствие конвекции неизбежно приводит к самозатуханию пламени. Воздух вокруг сферы рано или поздно насыщается продуктами горения настолько, что блокируют доступ молекул кислорода и пламя гаснет. Поэтому на космических кораблях и орбитальных станциях при возгорании в первую очередь отключается система искусственной циркуляции воздуха.

Первый серьезный эксперимент по изучению горения в условиях невесомости провели наши соотечественники на борту станции «Мир». Для эксперимента использовались восковые свечи. В обычных условиях каждая свеча сгорала примерно за 10 минут, однако в космических условиях это время увеличилось до 3/4 часа. При этом пламя каждой свечи имело голубоватый цвет и было едва заметно, так что его просто не удавалось снять на видеокамеру. Для доказательства процесса горения в район пламени вносились кусочки воска. По их оплавлению и можно было утверждать, что происходит процесс горения. Этот результат нельзя было назвать неожиданным, так как в условиях невесомости нет постоянного притока кислорода за счет замены более легкого нагретого воздуха, на более плотный холодный. В космосе и холодный, и теплый воздух ничего не весят, поэтому теплый воздух и не стремится вверх. В таких условиях горение возможно исключительно за счет молекулярной диффузии или с помощью принудительной вентиляции.

Проводили свои эксперименты по горению на космических челноках и американцы. Они использовали шарики газовой смеси, которые в земных условиях быстро сгорали. А вот в космосе эти шарики горели по несколько часов, причем энергия, выделяемая при сгорании, была настолько мала, что могла фиксироваться только точными приборами. Наиболее интересным и показательным опытом по горению в космосе оказался эксперимент FLEX, который состоялся в 2011 году на борту Международной космической станции. В специальных камерах поджигались пузырьки гептана и метанола. В земных условиях за счет гравитации и тяги пламя имеет вытянутую вверх структуру, в чем несложно убедиться, если зажечь спичку или свечу. Однако в условиях микрогравитации огонь, к удивлению ученых, повел себя иначе. Вместо привычной вытянутой формы пламя оказалось шарообразным, причем имело ярко выраженный голубой оттенок. До сих пор все было ожидаемо, поскольку топливо с кислородом в невесомости встречаются в относительно тонком сферическом слое. А затем началось неожиданное — после выгорания кислорода в этом сферическом слое пламя не погасало, как ожидалось, а переходило в стадию холодного горения. В этой стадии огонь горит настолько слабо, что его увидеть невозможно. Однако, стоит доставить к очагу горения кислород и топливо, как пламя вспыхнет с новой силой. Стадия холодного горения гептана и метанола, наблюдаемая на МКС, имела температуру от 227 до 527 градусов, при этом выделяются гораздо более токсичные угарный газ (сказывается недостаток кислорода) и формальдегид. #physics #наука #физика #термодинамика #эксперименты #опыты #видеоуроки #научные_фильмы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚙️ Маятник Фуко — математический маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Представляет собой тело массой до нескольких десятков килограммов на гибком подвесе длиной до нескольких десятков метров. Верхний конец нити укрепляется в кардановом подвесе или на упорном шарикоподшипнике для свободного движения маятника в любой вертикальной плоскости. Наличие суточного вращения нашей планеты ответственно за постепенный поворот плоскости колебаний маятника относительно связанных с Землёй ориентиров.

Впервые эффект продемонстрирован Леоном Фуко (1851 год). В настоящее время в мире имеются действующие маятники Фуко, используемые в демонстрационных целях.

📝 Наблюдение за маятником Фуко является одним из способов решения следующей занимательной задачи Петра Капицы:

Астрономические наблюдения показывают, что на планете Венера полная облачность, так что «жители» Венеры лишены возможности наблюдать небесные светила. Опишите, каким методом они могли бы точно измерить длину своих суток.

Самый большой в мире маятник Фуко (длиной 98 м, период 20 с) провисел в Исаакиевском соборе в Ленинграде с 1931 по 1986 год.

Первая публичная демонстрация была осуществлена уже в марте 1851 года в парижском Пантеоне: под куполом Пантеона он подвесил на стальной проволоке длиной 67 м металлический шар массой 28 кг с закреплённым на нём остриём. Крепление маятника позволяло ему свободно колебаться во всех направлениях, под точкой крепления было сделано круговое ограждение диаметром 6 м, по краю ограждения была насыпана песчаная дорожка таким образом, чтобы маятник в своём движении мог при её пересечении прочерчивать на песке отметки. Чтобы избежать бокового толчка при пуске маятника, его отвели в сторону и привязали верёвкой, после чего верёвку пережгли. Период колебания маятника при такой длине подвеса составляет 16,4 секунды, при каждом колебании отклонение от предыдущего пересечения песчаной дорожки составляет около 3 мм, за час плоскость колебаний маятника поворачивается более чем на 11° по часовой стрелке, то есть примерно за 32 часа совершает полный оборот и возвращается в прежнее положение.

Объяснение опыта: В неинерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, поворот плоскости качаний маятника можно объяснить действием силы Кориолиса, которая максимальна на полюсе и отсутствует на экваторе. #physics #наука #физика #механика #эксперименты #опыты #видеоуроки #научные_фильмы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib