Примечание редактора. Предлагаемая вниманию читателя статья – плод "симбиоза" трёх представителей (д.п.н. В.Н. Давыдов, Е.И. Котова и к.т.н. А.Г. Семёнов) четырёх организаций (ФМЛ № 239, СПбГЦДЮТТ, СПбГИЭУ «ИНЖЭКОН» и СПбГПУ), – представляет собой, несмотря на несколько отвлечённый заголовок, весьма практическое и практичное пособие для любого изобретателя. Поэтому мы надеемся не только на познавательный, но и большой прикладной эффект от её публикации.
Речь идёт о профильной, точнее – МАКРОпрофильной проходимости, о горных образованьях как серьезных препятствиях на пути движения машин. В более конструктивном, практическом русле задачу следует сформулировать так: каковы технологические возможности и потребные технические средства (рекомендации) для самостоятельного перехода бронетехники через Альпы?Как всем хорошо известно “новое – это хорошо забытое старое”. Возможно, эта пословица применима и к снискавшему широкую известность в первой половине прошлого века эффекту П.А. Ребиндера. Наш выдающийся соотечественник Петр Александрович Ребиндер (1898–1972) в двадцатые годы двадцатого века открыл разнообразные эффекты облегчения пластического течения и понижения прочности твердых тел вследствие обратимого физико-химического влияния среды. Отличительные особенности этих явлений, называемых в мировой научной литературе эффектом Ребиндера, заключаются в том, что они, как правило, наблюдаются при совместном действии среды и определенных механических напряжений [1, С.410-414].
В самом общем виде разрушение твердого тела можно представить как разделение его на две или более части, когда внешняя механическая нагрузка достигает некоего критического значения. Растущая трещина порождает как минимум две новые поверхности, которых не было в исходном теле. Работа разрушения твердого тела в основном и определяется работой создания этих новых поверхностей. Поэтому облегчить разрушение твердого тела можно, понизив величину поверхностного натяжения его материала. Ребиндеру принадлежит идея использовать для этой цели так называемые адсорбционно-активные вещества.Эффект Ребиндера находит широкое применение в современной металлообработке. Например, сверление закаленной броневой стали весьма затруднено даже специальным твердосплавным сверлом при наличии охлаждения. Процесс становится гораздо более производительным, если вместо обычной охлаждающей жидкости использовать легкоплавкий сплав олова и висмута. Сверление пластин из алюминиевых сплавов ускоряется примерно в сто раз, если под сверло помещают гранулу из сплава Вуда (сплав свинца, олова, кадмия и висмута). Расплавленный кадмий, подаваемый в зону резания, значительно облегчает обработку на токарном станке титановых деталей [2]. Производительность распиливания гранита алмазным диском увеличивается на 30-40%, если в качестве охлаждающей жидкости используется 0,2%-ный раствор олеата калия [3]. Наконец, смоченный кислотой бетон сверлится легче, чем сухой [4].
Однако знакомство с исторической литературой позволяет сделать предположение о том, что эффект Ребиндера был знаком человеку задолго до рождения самого Петра Александровича. В частности, на такие мысли наводит труд римского историка Тита Ливия (59 до н.э.-17 н.э.) «История Рима от основания города» [5]. Немало страниц этого произведения посвящено Второй Пунической войне 218–202 гг. до н. э. – военному конфликту между двумя коалициями, во главе которых стояли Рим и Карфаген. Во время этой войны случился довольно неординарный эпизод – переход войск Ганнибала через Альпы в ноябре 218 г. до н.э. Его детали до сих пор вызывают недоумение у историков.«... Но вот они [воины Ганнибала] дошли до скалы, где тропинка еще более суживалась, а крутизна была такой, что даже воин налегке только после долгих усилий мог бы спуститься, цепляясь руками за кусты и выступающие там и сям корни. ... Скала эта и раньше по природе своей была крута; теперь же вследствие недавнего обвала она уходила отвесной стеной на глубину приблизительно тысячи футов. ... Пришедшие к этому месту всадники остановились, не видя далее перед собой тропинки, и когда удивленный Ганнибал спросил, зачем эта остановка, ему сказали, что перед войском – неприступная скала… Убедившись, наконец, что животные и люди только понапрасну истощают свои силы, Ганнибал опять велел разбить лагерь на перевале, с трудом расчистив для этого место: столько снегу пришлось срыть и вынести прочь. ... На следующий день он повел воинов пробивать тропинку в скале – единственном месте, где можно было пройти. А так как для этого нужно было ломать камень, то они валят огромные деревья. Которые росли недалеко, и складывают небывалых размеров костер. Обождав затем появления сильного и благоприятного для разведения огня ветра, они зажигают костер, а затем, когда он выгорел, заливают раскаленный камень уксусом, превращая его этим в рыхлую массу... Потом, ломая железными орудиями растрескавшуюся от действия огня скалу, они делают ее проходимой, смягчая плавными поворотами чрезмерную ее крутизну, так что могли спуститься не только вьючные животные, но и слоны» [5, С.41-42].
Зачем воины Ганнибала заливали раскаленную скалу уксусом? – недоумевали историки. Почему они не использовали воду или снег? Может быть, все дело в ошибочном переводе с латинского языка сочинения Тита Ливия? Однако предположение об ошибке переводчика представляется маловероятным. Использование уксуса для разрушения скал упоминается и в “Естественной истории” Плиния Старшего, написанной в первом веке нашей эры [5, С.692]. А позднее в 831 году багдадский халиф Мамун использовал огонь и уксус для поиска замурованного входа в пирамиду Хуфу (Хеопса), где он безуспешно искал сокровища [6].Таким образом, способ разрушения горных пород последовательным воздействием пламени костров и уксуса был известен на протяжении длительного исторического промежутка времени. Конечно, объяснение физико-химического механизма реализуемых в нем процессов стало возможно лишь после выхода в свет работ П.А. Ребиндера.
Не полагаясь на авторитеты энциклопедиста Плиния и халифа Мамуна, авторы предприняли экспериментальную проверку описанного Титом Ливием эффекта.В качестве рабочей была принята версия о том, что переход войск Ганнибала происходил через Малый Сен-Бернар, перевал в Западных Альпах, у северных отрогов Грайских Альп, на границе Франции и Италии. Хребет сложен преимущественно кристаллическими сланцами и гнейсами [7]. Сланцы и гнейсы относятся к так называемым метаморфическим горным породам, которые возникают в результате преобразования ранее существовавших осадочных, магматических, а также метаморфических пород, происходящих в земной коре под действием эндогенных процессов. [8, С. 269-274].
Метаморфические горные породы чрезвычайно широко распространены, поэтому подбор образцов сланцев и гнейсов не представлял серьезных затруднений. В то же время обилие разновидностей сланцев и гнейсов позволяет лишь предположительно утверждать, что физико-химические свойства модельных образцов близки к свойствам искомых горных пород.В опытах использовался 3%-ный раствор уксусной кислоты, что соответствовало предположению о том, что адсорбционно-активным компонентом раствора выступали ионы водорода (см. выше о сверлении бетона). Конечно, римский уксус обладал гораздо более богатым составом, поскольку приготовлялся путем естественного брожения из винограда, инжира и некоторых сортов ячменя. Использование уксуса в качестве прохладительного напитка вместо воды было обусловлено не только вкусовыми предпочтениями римлян, но и соображениями чисто гигиеническими. В отличие от воды, в условиях жаркого климата уксус не портится. Для интересующихся – рецепты приготовления трех видов уксуса приведены в обширном труде, датируемом 50 годом н. э. и посвященном ведению хозяйства и вопросам земледелия, - «De re rustica» («О сельском хозяйстве»), автор которого – римский писатель и агроном Колумелла Луций Юлий Модерат [9].
Рис. 1. Эксперимент
Результаты (см. рис.2 и 3) показывают, что при использовании для резкого охлаждения образцов породы 3%-ного раствора уксусной кислоты наблюдается более выраженное их разрушение, чем в случае воды. Несмотря на относительно малое число экспериментов, эффект проявился достаточно четко.
 |
 |
|
образца сланца после разогрева и резкого охлаждения |
образца гнейса после разогрева и резкого охлаждения |
Выводы:Литература
1. Эксперимент подтвердил принципиальную достоверность исторических сведений о крупномасштабных разрушениях войсками скальных пород с использованием физико-химического эффекта, ныне известного как «эффекта Ребиндера».
2. Переход танкового корпуса и прочей автобронетанковой техники через Альпы в принципе возможен. Тем более, что габаритно-массовые характеристики указанных технических средств соизмеримы с характеристиками боевых слонов.
Для этого в колонне следует предусмотреть цистерны с уксусом (уксусовозы) или заправку части топливных баков уксусом или вином (с учетом последующего скисания).
3. Тематический пакет авторского плана НИР следует дополнить задачей экспериментального исследования состава крови «самого вонючего из животных» на предмет наличия ПАВ.
1. Щукин, Е.Д. Коллоидная химия: Учеб. для университетов и химико-технологических вузов / Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина.- М.: Высш. шк., 2004. – 445 с.
2. Гольдберг Б. Неядерный распад // Изобретатель и рационализатор. – 1995, №8. – С. 8-9.
3. Маилова Э.Г. Влияние ПАВ на разрушаемость природных камней // Промышленность Армении. –1985, №7. – С.27-28.
4. Гольдберг Б. Неядерный распад на сверлильном станке http://www.factor-online.com/plain/page649.html.
5. Ливий Т. История Рима от основания Города. В 3 т. Т.2. Кн. XXI-XXXIII. – М.: Ладомир, 2002. - 811 с.
6. Мамун. Материал из Википедии – свободной энциклопедии. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%86
7. Пеннинские Альпы http://www.webgeo.ru/geonames.php?r=155&id=9117
8. Ермолов В.А., Ларичев Л.Н., Мосейкин В.В. Геология: Учебник для вузов: в 2-х частях. Ч. I: Основы геологии. – М.: Изд. Московск. гос. горного ун-та, 2004. - 598 с.
9. Индийский морской рис. Немного истории. http://gribomed.ru/?cat=3
10. Хинкис В. Жизнь и смерть Роджера Бэкона. – М.: Детская лит-ра, 1971. -223 с.