Марк Волынский - Необыкновенная жизнь обыкновенной капли

Мы обсудили схему опыта с моим напарником и решили, что естественней всего применить скоростную фотографию. Прибор для формирования однородных капель надежно работал, а искровая осветительная установка с экспозицией около 10 -6секунды должна была помочь нам «остановить» летящую каплю. По­скольку фотографировать одну и ту же частицу в раз­ных точках пути было чрезвычайно сложно, мы собира­лись снимать капли из однородной серии в начальном неиспаренном состоянии и после испарения, в сечении на выходе установки. Эксперимент представлялся но­вым и многообещающим. Но на первых же шагах воз­никла трудность, буквально загнавшая нас в тупик.

Съемка с увеличением (правда, с не очень большим) нуждалась в тщательной фокусировке аппаратуры в точке ожидаемого появления капли, и требовалось точ­ное знание ее координат. Вспоминаю один из серии на­ших безрадостных разговоров.

— Ты, кажется, втравил меня в безнадежное дело,— сказал мой обычно спокойный до флегматичности на­парник, который теперь все более проникался тревогой и раздражением.— Ведь при микросъемке очень мала глубина резкости — помнишь фотографирование факела распыливания? Малейшее отклонение капли от плос­кости фокусировки — и фотография получится размы­той, не пригодной для обмеров.

— Да, кажется, капля не собирается нам позиро­вать. Понимаешь, я надеялся за счет высокого качества аэродинамики нашей установки уменьшить турбулент­ность потока... Не получилось: случайные пульсации «таскают» капли в слишком широкой зоне разброса. В струйке каплеобразователя капель маловато, вероят­ность попадания в фокус ничтожна.

Перед нами лежал улавливающий экран с удручаю­ще широкой зоной рассеивания капельных следов.

— Может, сделать батарею многих капельниц? Веро­ятность возрастает.

— Нет, не удастся настроить все на строго одина­ковый размер капли.

— А если сделать сечение струи воздуха поменьше, ну миллиметров пять—десять? Пределы колебаний час­тиц сузятся.

— Не выйдет: для заметного испарения капли ну­жен путь не менее полуметра — твоя струйка размоет­ся, возмущения лишь возрастут.

Наступила пауза, каждый размышлял про себя. Пос­ле раздумья мы почти одновременно пришли к одному выводу: капля должна сама себя фотографировать, включать вспышку электроискры в нужный момент. Иного пути нет. Но как это сделать?

— Если взять небольшой осветитель,— начал я с не­ясной надеждой,— пустить из вертикальной щели световую плоскость через поток с каплями и прямо на фото­элемент...

— На эту световую плоскость навести фотоаппарат, совместить с ней плоскость фокусировки,—Людхватил мой коллега.— Такой свет — ничто сравнительно с искровой вспышкой, он нам не помешает...

— Так-так... капля ведь где-то пересечет световой барьер... если бы... фотоэлемент почувствовал и срабо­тал...

Надежда постепенно увядала.

— То-то и оно... твоими устами да мед пить. Тут не турникет метро, где загораживается весь луч фотоэле­мента. Здесь перекрытие мизерное, фотоэлемент «и ухом не поведет».

Открывшаяся было дверка вела в никуда. Мы снова и надолго загрустили. Бесплодные поиски утомляли, и я отключился, тупо глядя на стеклянную мензурку. Косой осенний луч ложился на рабочий стол, преломля­ясь в стеклянной мензурке с цветами, поставленными лаборанткой. Бледный зайчик падал на пол далеко в затененный угол комнаты. Мне казалось, что мы бро­дим где-то рядом с истиной, не хватало одного послед­него шага. Почти бессознательно пробормотал я блоков­скую стихотворную строчку: «В косых лучах вечерней пыли я знаю, ты придешь опять...» И вдруг в самом деле пришла «Она» — идея. Словно лучик высветил не­достающий фрагмент решения — косой луч! Идея!

Мой коллега, не склонный к лирике, зато привычный к моему бормотанию стихов и возгласам «Идея!», реа­гировал лишь вялой гримасой.

— Гляди...— я в несколько штрихов набросал за­конченную схему всего узла фотоустановки. Забавно было наблюдать, как на скептичной физиономии моего коллеги вдруг ожили и задвигались от улыбки полуша­рия щек.

— Видишь?.. Ось вспомогательного осветителя на­клоним градусов на 45 и пересечем воздушный поток с каплями не поперечной, а косой световой плоскостью — к черту стереотип перпендикуляров и параллелей, он и сковывал нас. С косой плоскостью совместим плоскость фокусировки фотоаппарата... Свет теперь пойдет мимо фотоэлемента... И бог с ним. Опыт, конечно, ведем в затемненном помещении, при открытом фотообъективе, который пока ничего не снимает. Капля, проходя свето­вой барьер, бросит преломленный (или отраженный) луч куда-то вкось — там и подставим объектив фотоэле­мента ... угол найдем эмпирически. Лучик будет сла­бый — ничтожной яркости, но фотоэлемент, глядящий в абсолютную темноту, ощутит контраст. Дальнейшее по­нятно: фототок включит искровой осветитель, и, когда капля попадет в плоскость наведения, она снимет сама себя в наилучшем виде.

— Да, вроде мы ее поймали,— с облегчением сказал мой коллега,— надо только учесть время запаздывания: пока сработает импульс в установке и загорится искра, капля уйдет из плоскости наводки. Учтем это, чуть сдвинув фотоплоскость назад от светового барьера.

Так сказать, подберем интервал. Скорость движения капли известна.

— Ясно: «стреляем» искровой вспышкой с упрежде­нием, как по летящей утке.

Хорошо и споро работается при свете четкой и обна­деживающей идеи. Снабженцы дрогнули под нашим соединенным натиском и раздобыли в конце концов дефицитную мелкозернистую фотопленку. В то время уровень всякого рода официальных бумаг, который грозит покрыть с головой теперешнего работника НИИ, был значительно ниже, хотя, конечно, меньше был и масштаб работ. Эскизы деталей экспериментальной установки шли прямо с наших столов к токарю и фре­зеровщику с минимумом начальственных виз. Кое-что нашли прямо на бездонной институтской свалке, богатой находками, как Клондайк.

Для проверки принципа собрали в темном закутке времянку, модель основного узла: капельница, фотоэле­мент, небольшой осветитель и осциллограф. Все действо­вало безотказно. Вскоре была смонтирована и экспери­ментальная установка. Небольшой компрессор гнал по­ток воздуха через подогреватель, поднимавший его температуру до 600—800 °С, и через длинную цилиндри­ческую камеру. В ее начальном сечении стояла капель­ница — пришлось разработать особый вариант с тепло­защитой. Вереница одинаковых капель сдувалась с тон­кой иглы капилляра специально дозированной струйкой воздуха вдоль оси потока, размер капель был заранее известен. Во втором сечении, на выходе из трубы, фото­графировалась уже «похудевшая», частично испарив­шаяся капля: она летела, почти полностью увлеченная потоком, сохраняя правильную сферическую форму.