Лао-Цзы писал: Нет ничего мягче и слабее воды, и всё же нет ничего, что могло бы ей противостоять. Эта фраза во многом описывает дальнейшее обсуждение.
Есть одно интересное противоречие - вода мягкая, но при этом она может использоваться для резки твёрдых материалов. Как это вообще работает? Ведь из обычной бытовой практики следует совсем другое поведение этого.
Самый яркий пример промышленного использования - гидроабразивная резка. Она используется для самых разных случаев и нет ничего нового в том, что вода точит камень, но в легендарной пословице подразумевается медленное истирание, а не мгновенное разрушение.
С точки зрения физики, вода - это жидкость, то есть вещество, частицы которого не жёстко закреплены в кристаллической решётке, как в твёрдых телах. Молекулы H₂O могут скользить друг относительно друга, поэтому вода принимает форму сосуда, в который её налили, и легко перемещается под действием силы тяжести.
Когда мы погружаем руку в воду, молекулы не сопротивляются нашему движению. Давление жидкости распределяется равномерно, и мы ощущаем её мягкость. В этом проявляется одно из главных свойств жидкости - текучесть.
Но если нагнетать давление, то струя воды будет восприниматься уже совсем иначе. Возьмите простой садовый шланг, из которого льётся струя воды, и попробуйте уменьшить диаметр струи. Вода уже ощутимо воздействует на руку. На мойках высокого давления вообще обычно написано, что нельзя мыть кошек и собак, а покрытие можно испортить струёй высокого давления.
Мягкая вода превращается в нечто твёрдое. Физика процесса тут очень интересная и чем-то она напоминает работу с неньютоновскими жидкостями.
Точно также, как в случае с проявлением твёрдости при быстром приложении нагрузки, вода под давлением ориентирует молекулы определенным образом и получается жёсткий каркас.
У молекул в такой конфигурации остаётся два пути - или оторваться от общего потока (что подразумевает значительные усилия, боковые нагрузки и энергетически невыгодно), или продолжать передавать давление, как шарики в трубе. Обычно мы видим второй механизм. В итоге практически несжимаемая жидкость (а это важное свойство воды) при достаточном диаметре струи передаёт давление насоса объектам.
Но на практике в тех устройствах, с которых мы начали беседу, используется другая логика.
Вода выполняет там роль транспортного средства для абразива, а также охлаждает и смывает отрезаемый материал из зоны реза, что позволяет предотвратить его перегрев и сохранить механические свойства.
Заготовку режет не сама вода, а частицы, которые находятся в ней. Вода лишь выполняет этакую вяжущую функцию. В итоге твёрдые частицы внутри жидкости миллиметр за миллиметром просто истирают разрезаемый образец.
В игру вступает и физика эрозии. Вода не только омывает поверхность, но и уносит с собой мельчайшие частицы разрезаемой детали. По сути, вода превращается в гигантскую природную шлифовальную машину, а в неё ещё и твёрдые частицы добавляют. Дальше важен объём этой воды, а уж с этим проблем никаких нет. Скорость струи огромная и за считанные минуты могут выливаться тонны воды.
Один литр весит килограмм, а значит, поток из миллионов литров создаёт огромное давление. В горных реках стремительный поток может перекатывать валуны весом в тонны.
Даже медленный поток обладает колоссальной работой на больших масштабах времени. Вспомним Гранд-Каньон: река Колорадо миллионы лет постепенно углубляла своё русло, пока не «разрезала» плато почти на полтора километра в глубину.
Хочется помочь проекту, но нет возможности купить премиум? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️. Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями
