Багато природні процеси в стані невагомості відбуваються зовсім інакше. Як і чому так відбувається, варто розібратися.
Як відбувається горіння в умовах гравітації?
Горіння являє собою хімічну реакцію, під час якої відбувається окислення, виділяється велика кількість тепла, а також виникають продукти згорання. Щоб ця реакція відбулася, необхідно виконання кількох умов. Вогню потрібний кисень, горюча речовина, а також можливість відведення продуктів окислення з зони спалаху.
Щоб зрозуміти, як відбувається цей процес в звичних умовах, можна розглянути горіння на прикладі свічки. Це допоможе надалі порівняти полум'я в невагомості.
Отже, свічка складається з бавовняного гніту, а також воску, парафіну або стеарину. Вважається, що полум'я утворюється за рахунок загоряння гніту, але насправді це не так. Горять безпосередньо пари речовини, що оточують цей гніт. Сама ж нитку потрібно для того, щоб направити горюча речовина вгору - в зону горіння.
Таким чином, дотримуються всі умови: кисень є в повітрі, горюча речовина (віск) є, продукти згоряння (вуглекислий газ і водяну пару) виводяться із зони. Останній процес пояснюється тим, що нагрітий і від цього менш щільний повітря піднімається вгору, вище холодного, а заодно забирає з собою і продукти згоряння. Якщо, наприклад, помістити свічку в високу ємність, то вона перестане горіти - повітря буде всюди однаково нагріватися.
Горіння в невагомості
Наявність гравітації сприяє утворенню конвекційних потоків - різниці між теплим і холодним повітрям. Розпечені частинки сажі, піднімаючись вгору, випромінюють світіння. Тому полум'я має таку витягнуту форму і його можна розглянути.
В невагомості подібні конвекційні потоки не виникають. Так як частинки сажі не піднімаються вгору, полум'я свічки має форму сфери. Через короткий час кисень у зоні горіння свічки закінчиться. Замість цього утворюється велика кількість чадного газу - окису вуглецю. Горіння полум'я буде тривати протягом декількох хвилин.
Також викликає інтерес зміна кольору полум'я. В умовах дії гравітації свічка горить переважно жовтим кольором за рахунок розпеченій сажі. При цьому температура горіння складає 1227 - 1721 градусів Цельсія.
А в невагомості вогню не вистачає кисню, тому спостерігається так зване «холодне» горіння, температура якого дорівнює 227 - 527 градусів Цельсія. Сажа утворюється в малій кількості, оскільки для цього потрібно не менше 1000 градусів. При цьому виділяється водень, за рахунок якого полум'я знаходить блакитний відтінок.
Цікавий факт: Якщо запалити свічку і постійно фіксувати на фото стадії її горіння, то можна помітити незвичайне явище. Спершу вона загориться звичним яскраво-жовтим кольором, потім полум'я стане наполовину блакитним, а потім і повністю посиніє. Таким чином, чим менше стає кисню, тим сильніше змінює відтінок полум'я.
Вивчення поведінки полум'я в невагомості має величезне значення для космонавтики. Вчені і дослідники проводять різні досліди з цією метою. Вони допомагають підвищити рівень безпеки космічних апаратів і космонавтів.
Наприклад, на борту Міжнародної космічної станції в спеціальному відсіку проводяться досліди. Дослідники підпалюють невеликі краплі палива і спостерігають за їх поведінкою. Горіння продовжується близько 20 секунд. Паливний кулька оточує вогненна сфера діаметром 2-4 мм.
Примітно, що коли закінчується видиме горіння, настає той самий «холодну», яке дуже складно розглянути. Але якщо забезпечити подачу кисню або додати паливо, полум'я тут же спалахує знову.
В умовах невагомості полум'я знаходить форму сфери, оскільки через відсутність гравітації не народжуються конвекційні потоки (в нормальних умовах гаряче повітря піднімається над холодним). Горіння спостерігається протягом короткого часу. Спочатку полум'я має жовтий колір, але незабаром воно знаходить блакитний відтінок, а потім стає повністю синім. Це пов'язано з тим, що закінчується кисень і істотно знижується температура горіння - до 227 - 527 градусів Цельсія. Таке горіння називають «холодним». При цьому утворюється мало розпеченій сажі і виділяється водень, що і викликає зміну кольору вогню.
