Скоростной поезд на гусиных перьях подражает эритроцитам

Эта идея больше похожа на очередную историю барона Мюнхгаузена. Однако серьёзные учёные уже подвели под неё базу. Американские физики считают, что сверхскоростные поезда будущего смогут парить почти без трения над дорогой, устланной гусиным пером.

Лидер команды исследователей — Шелдон Вайнбаум (Sheldon Weinbaum) из университета Нью-Йорка (City University of New York) — подсмотрел эту идею сразу в двух, не связанных на первый взгляд, областях: он задумался над принципами лёгкого движения сноубордиста по свежему пушистому снегу и перемещения клеток крови в капиллярах.

Оказывается, процессы, обеспечивающие очень лёгкое скольжение и подъёмную силу при движении сноубордиста и кровяных клеток — имеют общую природу.

 

 

Если при движении по плотно укатанному снегу роль смазки играет вода (тонкий слой снега тает под давлением), то в случае с пушистым, недавно выпавшим снегом — воздух, содержащийся в его мельчайших порах.

Когда сноубордист на большой скорости летит по такому склону, он не успевает проваливаться до слоя плотного снега, так как воздух не успевает выйти из-под доски. А выйти он стремится в основном вверх.

Это быстрое сжатие тонкого верхнего слоя пушистого снега создаёт воздушную подушку. И это противодавление достаточно велико, чтобы выдержать вес человека. Причём процесс этот динамический — на месте человек опустится вниз, сжав весь рыхлый снег.

А что же происходит в кровеносных сосудах? То же самое. Роль пушистого снега играют сети покрытых сахарами белков, покрывающих стенки сосудов. При прохождении клетки крови из под этой сетки выдавливается жидкость, создавая и смазку, и подъёмную силу, не позволяющую клетке затормозить, прижавшись вплотную к стенке.

Профессор Вайнбаум полагает, что гусиные перья (ну, или их заменители) смогут поддерживать скоростные поезда не хуже суперсовременных магнитных подушек (фото с сайта www-me.engr.ccny.cuny.edu).

Исследователи считают, что можно построить дороги, типа лотков, выстланные гусиными перьями, по которым на высокой скорости могли бы скользить 50-тонные поезда.

И перья выдерживали бы их вес, так как внутри своего мельчайшего пуха они содержат достаточно воздуха для создания динамической подушки.

Для проверки идеи учёные построили установку — цилиндр и поршень — в которой с большой скоростью сжимали рыхлый снег.

Оказалось, что в первые мгновения сжатия воздух, выходящий из пор сжимаемого снега, создаёт очень сильное противодействие поршню.

Но через секунду-другую это давление падало до нуля, поскольку воздух уходил прочь.

"Также и пушистый снег поддерживает сноубордиста, если он не задерживается в одной точке дольше секунды", — утверждают физики.

Они также обнаружили, что давление в снежных порах под сноубордом с площадью поверхности 0,5 квадратного метра равно 1,4 килопаскаля, то есть способно нести 70 килограммов веса.

Экстраполируя эти результаты к 50-тонным поездам, учёные вычислили, что давления в 9,8 килопаскалей будет достаточно для поддержания поезда в 25 метров длиной и 2 метра шириной.

Упрощённая схема поезда "на пуху" (иллюстрация с сайта physicsweb.org).

Согласно расчётам учёных, пористый материал с проницаемостью как у гусиного пуха, мог бы обеспечить требуемые параметры. Но, конечно, они не собираются строить из гусиного пуха настоящие железные дороги.

Они были бы слишком дорогостоящими и недолговечными. На замену гусиных перьев вполне подойдут специально подобранные синтетические материалы, лишь бы они создавали высокопористый пух на поверхности трассы.

Поскольку такой поезд может лететь над пухом лишь на высокой скорости, в начале разгона и при торможении он будет использовать выдвижные колёса, катящиеся по специальным желобам или рельсам.

Но как только достаточная для парения скорость набрана — колёса поднимаются.

Когда такой поезд появится в действительности, авторы работы не берутся предсказать, но уже сейчас закупают в больших количествах перьевые подушки. Пока лишь для лабораторных опытов.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru