Малая гидроэнергетика,Альтернативная энергия,ГЭС
Какими силами можно поднять воду на значительную высоту ? Над этой технической задачей, весьма важной в хозяйственной деятельности, человек ломает голову с древнейших времен. И надо сказать, находит любопытные решения. Вот одно из них - вы видите его на рисунке 1, взятом из книги механика XVI века Агриколы. Так откачивали воду из глубоких шахт. Надеемся, вы разберетесь, что здесь к чему.
Дабы лучше понять принцип работы конструкции, советуем проделать такой опыт. Для него потребуется: воронка, шланг и небольшая пробка с отверстием диаметром 3 мм при диаметре шланга миллиметров десять. Соединив воронку со шлангом, налейте в нее воду и попробуйте медленно опускать свободный конец трубки. Постепенно образуется небольшая струйка. Высота ее не превысит уровня воды в воронке. Если же шланг опускать быстро, то в первое же мгновение из отверстия в пробке вылетит фонтанчик воды выше воронки. Оба результата объясняет закон сохранения энергии. В первом случае струйка поднимается вверх за счет энергии, приобретенной водой при падении из воронки. Силы трения не позволяют ей подняться выше уровня, с которого она "упала". При резком же опускании шланга происходит перераспределение энергии между массами воды. Небольшая часть жидкости забирает некоторое количество кинетической энергии у пришедшей в движение основной массы и за счет этого достигает приличной высоты.
Монгольфье, к слову сказать, подобного опыта не проводил, ему оказалось достаточно наблюдений. В одной из водолечебниц применялись краны, подобные самоварным. Но если в самоваре при закрывании крана никаких эксцессов не наблюдается, то в длинных трубах лечебницы при аналогичной операции ощущался резкий удар, водопровод трясло словно в лихорадке. А из щелей плохо установленных уплотнений выбрасывались сильные струйки воды.
Как это часто случается, изобретатель решил обратить вред на пользу, придумав свой гидравлический таран. На рисунке 2 его устройство приведено в разрезе. Действие основано на довольно тонкой игре скоростей и сил. Жидкость поступает из водоема по левой трубе А. Правый клапан И при этом закрыт. Под действием напора воды открывается клапан С и происходит наполнение бачка D до определенного уровня, допускаемого сжатием воздуха. После чего клапан С закрывается под собственным весом.
Для запуска такого подъема рабочий должен быстро надавить на клапан В, из которого тотчас начнет хлестать поток воды. Дальше вмешательство человека не потребуется. Вода сама захлопнет клапан, причем в этот момент давление в трубопроводе значительно возрастет. Жидкость снова откроет клапан С, хлынет в резервуар Д и сильно сожмет воздух под колпаком. Этого давления вполне достаточно для того, чтобы вода поднялась значительно выше уровня водоема.
Гидравлический таран из-за своей простоты не забыт и по сей день. Говорят, что его использовали в некоторых районах Кавказа, где из-за военной обстановки часты перебои с электричеством. А в последнее время гидротараном стали интересоваться изобретатели, совершенствующие бытовую технику. Они предлагают на его основе миниатюрные устройства, повышающие давление воды, вытекающей из крана. Образующаяся при этом тонкая, но мощная струйка облегчает и ускоряет мытье посуды, позволяет делать массаж десен, улучшить чистку зубов...
"А стоит ли возвращаться к столь архаичной технике? - скажет иной читатель. - Не проще ли поставить миниатюрный электрический насос?"
Что же, может быть, и проще. Но электричество опасно, особенно в сочетании с водой. И от греха подальше лучше уж пользоваться чисто гидравлическими устройствами. Да к тому же, быть может, они найдут применение в других областях. Стоит подумать.
29 Июня 2017 Евгений Аникиенко Фото: Владлена Шваб
Насос для дачных и фермерских хозяйств требует немалых затрат электроэнергии, и полив влетает в копеечку. Оказывается, если пораскинуть мозгами, эта задача вполне решаема. Челябинские ученые поставили на службу поливному земледелию… маятник.
Используя силу текучей воды, гравитации и инерции, он может работать в качестве движителя в самых разных сферах АПК. Как научить маятник стать «тяговой силой» агропрома? Об этом - наш разговор с автором ноу-хау, старшим преподавателем ЮУрГАУ Вадимом Бакуниным .
Маятниковый мотор
- Как родилась идея создать маятниковый двигатель?
Изначально она принадлежит сербскому изобретателю Велько Милковичу. Он изобрел двойной маятник, который приводит в движение насос, кузнечный пресс, ударный инструмент… Суть ноу-хау в том, что качающийся маятник воздействует на свою ось качания с переменной нагрузкой. Она качает кулису и совершает полезную работу. Причем по сравнению с простым архимедовым рычагом при тех же габаритах импульс силы увеличивается в несколько раз!
Взяв за основу эту идею, мы разработали алгоритм расчета оптимальных параметров маятникового мотора. Наша математическая модель позволяет создать конструкцию, работающую с максимальным КПД. Мы, например, смоделировали работу такого маятника в качестве привода для насоса, и результаты обнадеживают. Постоянный магнит создает поле, меняющее полюсность подкачивающего устройства насоса.
- А будет ли продолжение?
Мы по схожему принципу придумали так называемый насос на приводе с дебалансным ротором, который может стать хорошим помощником для наших овощеводов. Это тоже маятник, только вращательного типа. На это изобретение получен патент. Впрочем, при этом можно использовать и альтернативные источники энергии, когда колесо приводит в движение сила ветра или падающей воды. А если изготовить колесо в виде ковшовой турбины, то и при отключении электродвигателя насос будет качать воду за счет так называемой гидравлической обратной связи. Как результат, бесперебойный полив и солидная экономия электричества.
- Такой принцип можно использовать в самых разных сферах?
Инерционный движитель, к примеру, есть резон использовать на автотранспорте. В свое время Велько Милкович сконструировал самоходную повозку, которая едет за счет работы маятника! И никаких выхлопов, загрязнения окружающей среды! Этой идеей заинтересовался профессор ЮУрГАУ Геннадий Круглов, он предложил по этому принципу сконструировать экологичный автодвигатель совершенно нового типа, лишенный минусов бензиновых моторов.
Гидравлический таран
- Возможно ли применить ваши ноу-хау в плотинах, для полива сельхозкультур?
Для этого мы разработали так называемый гидравлический таран, который работает как бы сам по себе, энергоподпиткой является сама текущая вода. В основе его конструкции лежит принцип гидроудара, открытый еще в конце ХVIII века изобретателем воздушного шара Жаком-Этьенном Монгольфье. Если жидкость резко остановить, то возникнет скачок давления, это может привести к поломкам в трубах. Но этот эффект может приносить и немалую пользу. В 1968 году советский физик В. Овсепян доработал алгоритм расчета гидротарана, но не учитывал инерционность ударного клапана.
Мною был придуман способ поддержания максимально возможной производительности гидротарана при переменном входном напоре. Это дает возможность не перенастраивать гидротаран потребителю, а сразу использовать на любом перепаде воды. Гидравлический таран преобразует ударное давление в постоянное, обеспечивая оросительные системы водой. Для этого даже не нужна подкачка электромотором, вода сама себя качает!
Вода в гору потечет!
- Можно ли применить гидроудар, если плотины и уклона нет?
Во дворце царя Кноссоса на Крите обнаружили водопроводную систему, которой 4 тысячи лет. По ней вода поднималась без насоса из долины к вершине горы, на которой стоял дворец! Все терракотовые трубы имели коническую форму - суживались на одном конце. Вода впрыскивалась из суженного конца трубы в следующую трубу - нам это известно по пневмозагрузочному соплу. Тем самым в следующей трубе образовывалось пониженное давление, которое импульсивно всасывало воду вперед и вверх на гору. Древнеегипетские гидравлики тоже могли поднимать воду без насоса на высокие горные вершины.
- А что можно придумать, если нет потока воды, например, в озере?
В 2005 году в Испании начали проводить опыты с гидроударом в стоячей воде. Зарубежные ученые используют эффект резонанса в ударной трубе, и уже появились первые разработки резонансного гидротарана. Известно, что, когда солдаты идут в ногу по деревянному мосту, есть опасность, что он может рухнуть, поскольку энергия их шагов входит в резонанс со структурой материала - поэтому офицер командует «идти вразброд». Но эту разрушительную энергию можно превратить в полезную работу, заставить, например, качать воду из пруда. Но я планирую пойти дальше - использовать этот принцип и для создания подводного гидротарана. Одно из предложений - с его помощью откачивать воду из получивших пробоину кораблей.
Мальстрим из ручейка
- Есть ли у вас изобретения, так сказать, на стыке этих ноу-хау?
Мы получили патент на преобразователь напора воды в системе турбина - насос. Он, как и гидротаран, преобразовывает меньший напор в больший, но с более высоким КПД за счет оптимальных конструкций составляющих. Высокоскоростная турбина в паре с низкоскоростным насосом способны подавать воду под высоким давлением на высоту большую, чем ее уровень на входе плотины! Мы убираем лишние детали - генератор и электродвигатель, и преобразователь напора качает воду без всяких затрат, только за счет энергии воды. На выходе - весомая экономия, что для аграриев очень важно.
- А если вместо жидкости газ? Например, в колесах авто…
Физические законы работают и для жидкости, и для газа. К примеру, в составе творческой бригады ученых ЮУрГАУ, возглавляемой кандидатом технических наук Ириной Старуновой, я делал расчет опрокидывающего момента и автоматической перекачки газа в колесах трактора для придания ему устойчивости даже при подъеме в гору. Чтобы он не опрокинулся на склоне, нужно уменьшить давление в передних колесах и перекачать часть газа в задние. Мы составили математическую модель движения в этих условиях и справились с этой задачей. А главное, модернизация может предотвратить аварии, спасти жизнь и здоровье людей.
- Какие еще подобные ноу-хау у вас в активе?
Мы запатентовали нашу разработку по сочетанию гидротарана и сифона, так сказать, в одном флаконе. Гидротаран работает на перепаде уровней воды, а как сделать так, чтобы не прокладывать трубу сквозь тело плотины? Мы нашли решение - перекинули через нее трубу-сифон. Для его запуска на входе специальным устройством создается начальное избыточное давление, а затем вода идет самотеком.
Perpetuum mobile?
- Создается впечатление, что вечный двигатель уже на подходе…
Мы не изобретаем perpetuum mobile, а используем законы физики - гравитацию, круговорот воды в природе… Правда, стремимся повысить КПД, что вполне реально. К примеру, недавно украинский изобретатель Андрей Ермола сконструировал генератор, работающий на силе тяжести груза и эффекта волчка Софьи Ковалевской (она составила уравнение его движения). При воздействии на ось волчок словно теряет ориентацию - начинает «танцевать кругами». Это явление, названное эксцентриситетом, происходит из-за нарушения баланса. Андрей Ермола утверждает, что «ручка волчка» в таких условиях сама поднимается вверх, совершая работу. На первый взгляд, это невозможно, поскольку противоречит нашим представлениям о сохранении энергии. Ведь такое может произойти, если вечный двигатель все же существует!
- Как можно это объяснить? И использовать на пользу человечеству…
На мой взгляд, это связано с эффектом резонанса. Такое может быть, если система не закрытая, а как‑то связана с гравитацией, воздействием резонанса. Если это так, то в будущем возможно создать насосы и кузнечные прессы, которые станут работать сами по себе! Хотелось бы провести исследования, составить математическую модель этого явления. Я верю: когда‑нибудь мы сможем подчинить, казалось бы, необъяснимые силы природы, поставить их на службу человеку.
В древние времена и эпоху средневековья перед людьми нередко стояла задача подъема воды на высоту. Она реализовывалась различными способами, которые может вспомнить любой домовладелец, оставленный на земельном участке на долгое время без электричества. В случае большой глубины источника водозабора и острой нужды в воде использование древних способов принесет определенную пользу в расширении кругозора, укреплении здоровья и получении дополнительных инженерно-строительных навыков.
Если вы решаете, как поднять воду на высоту, без насоса вам не обойтись. Только для подъема придется использовать не электрические, а ручные самодельные устройства, для работы которых потребуется приложение мускульной силы или энергия текущего водного потока.
Изобретение винтового устройства для подачи воды на высоту с целью наполнения оросительных каналов было сделано Архимедом приблизительно в 250 году до нашей эры.
Рис.1 Принцип действия винтового насоса Архимеда
Устройство состоит из полого цилиндра, внутри которого вращается винт, при работе оно опускается в источник водозабора под углом. При вращении лопасти винта захватывают воду и винт поднимает ее вверх по трубе, в верхней точке труба заканчивается и вода выливается в емкость или оросительный канал.
В древние времена рабочее колесо вращали рабы или животные, в наше время с этим могут быть проблемы и придется дополнительно строить ветряное колесо для приведения винта во вращение или самостоятельно укреплять мускулатуру.
Рис.2 Разновидность колеса Архимеда – насос из трубки
Устройство является аналогом современных шнековых насосов, может иметь различные модификации: винт вращается вместе с цилиндром или имеет форму полой трубки, намотанной на шток.
Механик Монгольфье в 1797 придумал устройство, названное гидравлическим тараном. В нем используется кинетическая энергия воды, текущей сверху вниз.
Рис. 3 Принцип действия гидроударного водяного насоса
Принцип действия устройства основан на том, что при резком перекрытии водного потока в жесткой трубе вода через обратный клапан под давлением вытесняется в расположенный вверху гидробак. В его нижней части располагается штуцер, на который одевается выходной шланг для воды, идущий к потребителю. Обратный клапан не дает возможности воде вытечь обратно - таким образом происходит постоянное циклическое наполнение бака и непрерывный подъем и подача воды.
Запорный клапан устройства работает автоматически, поэтому присутствие человека и организации его работы кроме установки оборудования не требуется.
Рис. 4 Внешний вид промышленного гидроударного насоса
Следует отметить, что подобные устройства нет необходимости делать самостоятельно, они выпускаются промышленным способом в небольших объемах.
Родоначальником метода является немецкий горный инженер Карл Лошер, придумавший способ в 1797 году.
Рис. 5 Принцип действия аэролифтового насоса и его разновидности
Аэролифт (эрлифт) - разновидность струйного насоса, для подъема воды используется воздух. Устройство представляет собой полую вертикальную трубу, опущенную в воду, к нижней части которой подключен шланг. При подаче через шланг в трубу воздуха под давлением, его пузырьки смешиваются с водой, и полученная пена вследствие легкой удельной массы подымается вверх.
Воздух можно подавать при помощи обычного ручного насоса через ниппель, препятствующий его выходу обратно.
Рис. 6 Автоматическая подача воды аэролифтом с использованием компрессора
Подобное устройство для подачи воды при отсутствии насоса довольно просто сделать своими руками и автоматизировать процесс, если имеется подающий воздух компрессор.
Рис. 7 Принцип действия самодельного поршневого насоса
Можно сделать устройство для подачи воды на высоту методом всасывания при помощи поршня. Устройство представляет собой трубу с системой обратных клапанов, внутри цилиндрической поверхности которой движется поршень. При возвратном движении вода всасывается в корпус цилиндра, при поступательном перемещении поршня обратные клапаны закрываются и вода выталкивается наружу.
Рис. 8 Поршневая помпа в организации ручного водоснабжения.
Поршневой насос с длинной трубой для подъема воды с больших глубин держать в руках и качать воду - занятие для подготовленных культуристов, его удобнее приспособить для подъема воды из узкой скважины, закрепив на внешней колонке с ручкой.
Для быстрого подъема воды с небольших глубин из узких расщелин можно использовать простейшее промышленное устройство. Для этого берется ручная помпа для воды и на ее входной клапан одевается длинная пластиковая трубка. Самодельный насос опускается в воду длинным концом трубки и она качается при помощи многократных нажатий на кнопку помпы.
Рис. 9 Ручная помпа для подъема воды
Методы подъема воды без электронасоса малоэффективны и требуют серьезных затрат и усилий для изготовления работоспособного и удобного устройства, несопоставимых не только со стоимостью самого дешевого электронасоса, но и дорогих моделей. Их применение оправдано при проживании в районах с полным отсутствием электроэнергии, что можно отнести к экстремальным способам выживания.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНОЙ ЭНЕРГИИ
С момента перехода к оседлому образу жизни человек стремился использовать энергию текущего, падающего водного потока и его напор.
Подъем воды
По-видимому, первым водоподъемным устройством была противовесная система типа колодезного «журавля» (в некоторых странах имевшая название «шадуф» или «чадуф», «чадуфон»). Она являлась одним из древнейших и простейших водоподъемных устройств. Изображения шадуфа встречаются на древнеегипетских папирусах и барельефах.
При необходимости поднять воду на большую высоту использовалась система шадуфов, в которой вода подавалась наверх в несколько приемов – со ступени на ступень.
Поливка садовых деревьев с помощью шадуфа (гробница Ипуи)
Конструкция шадуфа оказалась настолько простой, но в то же время удобной и эффективной, что использовалась во все времена практически всеми известными цивилизациями. Она используется и до сих пор.
В древних цивилизациях: египетской, шумерской, китайской, бенгальской (то есть в 4 000 – 3 000 лет до н. э.) для подъема воды и подачи ее на поля уже использовались водоподъемные колеса (рис.).
| а | б |
Водоподъемные колеса:
а – с черпаками; б – с лопатками
1 – колесо; 2 – черпак; 3 – лопасти; 4 – водоотводящий лоток
Они устраивались с черпаками или лопатками (лопастями) по ободу. У колеса с черпаками (рис. а ) вода поднималась до верхней точки колеса, изливалась из черпаков в приемный резервуар и поступала затем в оросительный канал. У колеса с лопатками (рис. б ) вода поднималась по желобу вверх на необходимую высоту и далее изливалась в канал. Водоподъемные колеса приводились во вращение рабами, верблюдами или волами. Рабы, находясь на колесе, шагали по специальным ступенькам и создавали вращательный момент.
Водоподъемное колесо с лопастями:
1 – привод, 2 – колесо, 3 – лопасти, 4 – приемное устройство
Водоподъемное колесо с черпаками:
1 – лоток, 2 – черпак, 3 – колесо
Водоподъемное колесо в древнем Китае
Водоподъемныеколеса в Сирии в городе Хама. 1960-е годы
Старые водоподъемные колеса в Сирии в городе Хама
На последнем рисунке приведена схема водоподъемного колеса и система водоснабжения (I век до н. э.): колесо диаметром около трех метров погружено в водоем. По перекладинам, установленным по ободу колеса, шел человек, как бы взбираясь по лестнице. Но получалось так, что он находился на месте, а колесо вращалось с помощью его ног. К ободу колеса были прикреплены ковши. При погружении ковша в водоем он наполнялся водой, а когда он поднимался наверх, вода выливалась в резервуар и далее текла по трубам к бассейну и фонтану.
До сих пор в Сирии сохранились в работоспособном состоянии 22 водяных колеса возрастом около 3000 лет. Это огромные деревянные колеса диаметром до 21 м и весом до 20 тонн. Они приводятся в движение течением воды в реке или канале и забирают воду с помощью деревянных желобов, прикрепленных под углом к окружности колеса. Когда желоб проходит через высшую точку колеса, вода выливается в водоотводный желоб. Похожие колеса, только из бамбуковых трубок, использовались в Китае.
а – с черпаками; б – с дисками
1 – ведомый вал; 2 – цепь с черпаками (с дисками); 3 – ведущий вал; 4 – лоток для отвода воды; 5 – труба
Нории – водоподъемные устройства в виде бесконечной вертикальной цепи с черпаками или дисками (рис.). Принцип подъема и излива воды здесь тот же, что и у водоподъемных колес. Разница лишь в том, что вместо жесткого обода колеса используется гибкая цепь. В нории с дисками на цепь вместо черпаков надеты диски, часть пути которых при вращении цепи проходит через трубу, поднимая воду к отводящему лотку.
Нория для подъема жидкости
Одна из разновидностей нории называлась «чигирем». Чигирь – это, как правило, огромное и тяжелое колесо-барабан, соединенное с горизонтальным валом, который вращался либо людьми, либо животными. Длина горизонтального вала доходила до 8 м. На барабане между его ободами располагались один или два каната – «бесконечная цепь», к которой крепились черпаки. Вода из опрокидывающихся черпаков поступала в отводной лоток и затем – к потребителям. Диаметры барабанов доходили до 6 м.
Другое название чигиря – персидское колесо.
По-видимому, название пришло в русский язык из Средней Азии (Хорезма), где такое водоподъемное колесо называлось «чикир». Довольно давно такое устройство появилось на юге России – в Астрахани, в Крыму. Слово вошло в язык казаков: «чигирать воду», «чигирная поливка».
Лошадь или волы вертят стоячий вал, с помощью шестерней вращение передается колесу-барабану над колодцем; через колесо перекинута круглая цепь с ковшами; они черпают и выливают воду опрокидкою через колесо в корыто или желоб, откуда она растекается скатными канавками по бахче; главное искусство – расположить канавки.
Чигири использовались на юге Европейской части России до конца XIX века. В странах Центральной Азии и Персидского залива (Афганистан, Иран, Ирак) используются до сих пор.
Для подъема воды на небольшую высоту использовались архимедов винт, вороты, четочные подъемники, противовесные системы в виде «журавля». Архимедов винт представлял собой вал с навитой на него винтовой поверхностью, установленный в наклонной трубе, нижний конец которой погружен в воду. При вращении оси вода поднимается вверх, так как она стремится сохранить самое низкое место между поверхностью винта и поверхностью цилиндра.
Архимедов винт с ручным приводом:
1 – винтовая лестница; 2 – труба; 3 – рукоятка вращения; 4 – отводящий лоток;
5 – регулирующее устройство
Архимедов винт, приводимый в движение ветряком:
1 – двигатель, 2 – винт, 3 – кожух
Для подъема воды использовались и вороты, приводившиеся в движение также действием воды (рис).
Водоподъемная машина с реверсивным водяным колесом
Четочный водоподъемник состоит из трубы с широким раструбом в нижней части, поставленной в колодец. Через ворот в трубу запускался запассованный на ворот канат с большим количеством грузиков размером, равным внутреннему диаметру трубы. При вращении ворота грузики-поршни входили в трубу и поднимали воду. Из верхнего обреза трубы вода изливалась в емкости для дальнейшего использования.
Четочный подъемник:
1 – отводящий лоток; 2 – труба; 3 – колодец;
4 – канат с грузиками-поршнями; 5 – ворот
Множество вариантов устройств для подъема воды придумал и изобразил в своих записках Леонардо да Винчи: архимедовы винты, водяные колеса.
Еще один метод подъема воды, предложенный Леонардо, заключался в применении водяного колеса с чашами, которые зачерпывали воду из нижней емкости и выливали ее в верхнюю.
Секвойи, растущие в Калифорнии, являются одними из самых высоких деревьев в мире. Они достигают в высоту 110 метров. Возраст некоторых деревьев составляет 2000-3000 лет! Трудно передать то неизгладимое впечатление, которое оставляет прогулка среди этих гигантов. Истина сотворения здесь явлена могущественно. Клетки дерева организованы так, чтобы составлять корни, ствол, кору, водяные колонны, ветки и листья. Дерево напоминает гигантскую химическую фабрику. В нем в безупречном порядке происходят чрезвычайно сложные химические процессы.
Поразительно то, что это огромное дерево вырастает из маленького семени весом около 5 грамм. Только подумайте: вся информация о развитии и организации этих гигантов заложена в их ДНК, в крошечном круглом семени. Семя выполняет все “указания”, находящиеся в его ДНК, и превращается в гигантскую структуру, ни с чем не сравнимую по внешнему виду и размерам, содержащую 2500 тонн древесины. Потрясающе, не так ли?
Гигантская секвойя “Генерал Шерман”.Ее высота равна 83,8 м, а периметр ствола у основания составляет 34,9 м. Возраст дерева насчитывает 2500 лет. Это дерево считается самым большим живым организмом на Земле. Его вес вместе с корневой системой составляет 2500 т. Объем дерева – 17000 кубометров, что в 10 раз больше, чем объем голубого кита.
В Писании сказано: «Бог высок могуществом Своим, и кто такой, как Он, наставник? …Помни о том, чтобы превозносить дела Его, которые люди видят. Все люди могут видеть их; человек может усматривать их издали» (Иов 36:22,24-25). Действительно, все люди могут видеть дела Божьи.
В день через листья секвойя выделяет до 600 литров воды, поэтому она постоянно поднимает воду от корней к веткам, преодолевая силу гравитации. Как же это удается дереву, не имеющему механических насосов? 100 метров – это действительно впечатляющая высота, сравнимая с двумя 14-этажными домами. Оказывается, внутри ствола секвойи есть специальная система узких взаимосвязанных трубочек, называемая ксилемой. Эта сложная внутренняя ткань дерева служит для того, чтобы проводить воду от корней к листьям. Трубочки ксилемы образуют клетки, расположенные одна над другой. Все вместе они формируют невероятно длинную колонну, простирающуюся от корней через ствол к листьям. Чтобы “качать” воду, секвойя должна формировать в этой трубе беспрерывную колонну воды.
Дерево поддерживает воду на протяжении всей своей жизни. Вспомните, как сильный ветер гнет дерево и ветки. Однако благодаря тому, что проводящая трубка состоит из миллионов маленьких отрезков, состыкованных вместе, поток воды постоянно удерживается. Одна цельная трубка не выполнила бы этой задачи. Поскольку вода обычно не течет вверх, как же дереву удается качать ее на такую высоту? Корни «подтягивают» воду вверх, а действие капиллярности (способность воды немного подниматься по стенкам трубки) добавляет давления. Однако эта сила обеспечивает дереву поднятие воды лишь на 2-3 метра. Основная движущая сила – это испарение и притяжение между молекулами воды. Молекулы имеют позитивно и негативно заряженные частицы, благодаря чему они сцепляются между собой с огромной силой, которая, согласно экспериментальным измерениям, составляет 25-30 атмосфер (1 атмосфера равна нормальному атмосферному давлению на уровне моря). Этого достаточно, чтобы продавить подводную лодку времен Второй Мировой войны, плывущую на глубине 350 метров под водой. Секвойя же запросто поддерживает давление в 14 атмосфер наверху водяной колонки. Вода, испаряясь с листьев, порождает силу всасывания. Молекула воды испаряется с листка и благодаря силе молекулярного притяжения тянет за собой другие молекулы вокруг нее, что создает небольшое всасывание в водяной колонке и тянет воду от соседних клеток листка. Эти молекулы, в свою очередь, притягивают окружающие их молекулы. Цепочка движения продолжается к самой земле и двигает воду от корней к верхушке дерева подобно тому, как насос поднимает воду из колонки на поверхность.
Мы понимаем, что дерево само не могло придумать такую сложную систему, которая мудро использует физику воды и энергию Солнца. Мы воздаем всю Славу Богу, Создателю неба и земли. Деревья-гиганты свидетельствуют об историчности книги Бытие, которая открывает нам их истинное происхождение: «И сказал Бог: да произрастит земля зелень, траву, сеющую семя, дерево плодовитое, приносящее по роду своему плод, в котором семя его на земле. И стало так» (Бытие 1:11).
Д. Куровский
