Наука
Неньютоновская жидкость починит дорожные ямы
Группа студентов Западного резервного университета Кейза (Кливленд, США) предлагает латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью. Когда на неё не действуют внешние силы, она течёт, как жидкость, когда же ей приходится иметь дело с телом большой массы (или движущимся на значительной скорости) — превращается в нечто твёрдое.
На прошлой неделе авторы получили за эту разработку первый приз на инженерном конкурсе, спонсируемом французской материаловедческой компанией Saint-Gobain. Следующая цель изобретателей — коммерциализация продукта. По словам разработчиков, неньютоновская жидкость пришла им в голову из-за своей дешевизны (обычная грязь с водой и крахмалом — и та ведёт себя как неньютоновская жидкость) и особых физических свойств. Когда к ней не прилагают никаких сил, она течёт подобно жидкости, заполняя все щели и неровности. Когда же на неё попадает колесо (или воздействует иная нагрузка) — ведёт себя как твёрдое тело. И главное: в такой «дорожной заплатке» нечему ломаться, а распределение нагрузки на подстилающую поверхность стремится к идеальному (даже лучше, чем в обычном асфальте) и максимально близко к распределению в жидкостях. Дождь не размоет эту заплатку, поскольку она в водонепроницаемом мешке. И колёса машины, естественно, ничего не смогут сделать: от мешка-заплатки нельзя отделить ни частички.
Выглядит мешок-заплатка просто, стоит мало, многоразовый, один недостаток: ничто не помешает домовитым гражданам поднять его и унести к луже у родного подъезда. (Фото Gretchen Cuda Kroen.)
С неньютоновскими жидкостями человек сталкивается часто. Майонез, кетчуп, «жвачка для рук» и даже зыбучий песок или кровь проявляют часть свойств такой жидкости. Однако для дорожного ремонта они не подходят: здесь нужна дилатантная неньютоновская жидкость, вязкость которой растёт при усилении воздействия.
Такими свойствами обладают детские игрушки на основе «жвачки для рук», но, по словам разработчиков, они выбрали значительно более дешёвый вариант. Он, впрочем, оказался чуть дороже обычного асфальта, применяемого сегодня для латания дорог: ведь водонепроницаемые мешки должны иметь очень прочную оболочку, оттого в её составе используются нити кевлара и силикона. Но чтобы уложить асфальт, нужна специальная техника и относительно квалифицированная рабсила, не говоря уже о затратах времени и энергии на предварительный разогрев покрытия (да и зимой такой метод малоэффективен). Ну а для неньютоновских заплаток нужно просто добавить в мешок воды и запаять затем маленькое входное отверстие. Теоретически после этого состав может и храниться (почти вечно), и немедленно использоваться. После того как городские власти соберутся с мыслями и всё же поменяют покрытие на такой залатанной дороге, мешки-заплатки можно подобрать и установить их на другой улице, куда дорожники-филантропы ещё не добрались.
Впрочем, «установить» — громкое слово: «неньютоновские мешки» можно возить в багажнике, а весь ремонт сводится к метанию мешка в район ямы, после чего он сам сползёт в неё, занимая весь свободный объём. Смесь тяжелее воды, поэтому установку можно проводить даже в сильнейший дождь, она не требует ни значительного времени, ни квалификации. Поверхность таких мешков будут делать чёрной, с тем чтобы водители не избегали таких «латок».
Разработчики уже проверили своё детище на настоящих весенних кливлендских дорогах. Несмотря на то что общая длительность экспериментов пока не превышает недели, даже в самых напряжённых в транспортном отношении местах никаких проблем использование мешков-заплаток не вызвало. Содержащаяся в них жидкость подобрана устойчивой как к зимним температурам, так и к солям дорожных реагентов. Более того, по расчётам, мешки можно использовать сотни раз, а для их удобного хранения можно слить воду, перед следующим употреблением просто добавив туда порошок-основу (состав которого патентуется) и воду.
Процедура «ремонта»:
Плохо одно: если нечто подобное когда-нибудь доберётся до России, его применение будет как невозможным, потому что мешки-заплатки немедленно будут подобраны особо рачительными гражданами, так и нежелательным, поскольку окончательно парализует волю дорожников ко всем остальным (более трудозатратным) видам ремонта.
Подготовлено по материалам ScienceNOW.
Источник
На прошлой неделе авторы получили за эту разработку первый приз на инженерном конкурсе, спонсируемом французской материаловедческой компанией Saint-Gobain. Следующая цель изобретателей — коммерциализация продукта. По словам разработчиков, неньютоновская жидкость пришла им в голову из-за своей дешевизны (обычная грязь с водой и крахмалом — и та ведёт себя как неньютоновская жидкость) и особых физических свойств. Когда к ней не прилагают никаких сил, она течёт подобно жидкости, заполняя все щели и неровности. Когда же на неё попадает колесо (или воздействует иная нагрузка) — ведёт себя как твёрдое тело. И главное: в такой «дорожной заплатке» нечему ломаться, а распределение нагрузки на подстилающую поверхность стремится к идеальному (даже лучше, чем в обычном асфальте) и максимально близко к распределению в жидкостях. Дождь не размоет эту заплатку, поскольку она в водонепроницаемом мешке. И колёса машины, естественно, ничего не смогут сделать: от мешка-заплатки нельзя отделить ни частички.
Выглядит мешок-заплатка просто, стоит мало, многоразовый, один недостаток: ничто не помешает домовитым гражданам поднять его и унести к луже у родного подъезда. (Фото Gretchen Cuda Kroen.)
С неньютоновскими жидкостями человек сталкивается часто. Майонез, кетчуп, «жвачка для рук» и даже зыбучий песок или кровь проявляют часть свойств такой жидкости. Однако для дорожного ремонта они не подходят: здесь нужна дилатантная неньютоновская жидкость, вязкость которой растёт при усилении воздействия.
Такими свойствами обладают детские игрушки на основе «жвачки для рук», но, по словам разработчиков, они выбрали значительно более дешёвый вариант. Он, впрочем, оказался чуть дороже обычного асфальта, применяемого сегодня для латания дорог: ведь водонепроницаемые мешки должны иметь очень прочную оболочку, оттого в её составе используются нити кевлара и силикона. Но чтобы уложить асфальт, нужна специальная техника и относительно квалифицированная рабсила, не говоря уже о затратах времени и энергии на предварительный разогрев покрытия (да и зимой такой метод малоэффективен). Ну а для неньютоновских заплаток нужно просто добавить в мешок воды и запаять затем маленькое входное отверстие. Теоретически после этого состав может и храниться (почти вечно), и немедленно использоваться. После того как городские власти соберутся с мыслями и всё же поменяют покрытие на такой залатанной дороге, мешки-заплатки можно подобрать и установить их на другой улице, куда дорожники-филантропы ещё не добрались.
Впрочем, «установить» — громкое слово: «неньютоновские мешки» можно возить в багажнике, а весь ремонт сводится к метанию мешка в район ямы, после чего он сам сползёт в неё, занимая весь свободный объём. Смесь тяжелее воды, поэтому установку можно проводить даже в сильнейший дождь, она не требует ни значительного времени, ни квалификации. Поверхность таких мешков будут делать чёрной, с тем чтобы водители не избегали таких «латок».
Разработчики уже проверили своё детище на настоящих весенних кливлендских дорогах. Несмотря на то что общая длительность экспериментов пока не превышает недели, даже в самых напряжённых в транспортном отношении местах никаких проблем использование мешков-заплаток не вызвало. Содержащаяся в них жидкость подобрана устойчивой как к зимним температурам, так и к солям дорожных реагентов. Более того, по расчётам, мешки можно использовать сотни раз, а для их удобного хранения можно слить воду, перед следующим употреблением просто добавив туда порошок-основу (состав которого патентуется) и воду.
Процедура «ремонта»:
Плохо одно: если нечто подобное когда-нибудь доберётся до России, его применение будет как невозможным, потому что мешки-заплатки немедленно будут подобраны особо рачительными гражданами, так и нежелательным, поскольку окончательно парализует волю дорожников ко всем остальным (более трудозатратным) видам ремонта.
Подготовлено по материалам ScienceNOW.
Источник