Category: техника

thinking

Неразрешимый вопрос. 5

Я много занимаюсь химией батарей. Для коммерческих литиевых батарей химия мало менялась с середины 90-х. При этом наблюдался огромный прогресс в увеличении емкости за счет инженерных решений; например, лучшей упаковки частиц в электроде. Такие решения, а не творчество химиков, сделало возможным, скажем, карманный смартфон.

***

Для производства электродов необходимы 30-40% взвеси микронных частиц в растворителе. Чернила наносят тонким слоем (десятки микрон) на металлическую фольгу и сушат в печке, удаляя растворитель. Для хорошего электрода нужен ровный слой плотно упакованных частиц, однородный по объему. Для этого нужно удалить растворенный в жидкости газ, иначе будут проблемы. Взвесь должна не расслаиваться во время процесса изготовления электрода, что требует вязкости не менее 1,000х вязкости воды, но не более 20,000х, иначе смесь не размешаешь. Для невязких жидкостей растворенный газ можно удалить, а взвесь сделать однородной, комбинацией размешивания ложкой и возбуждения ультразвуком; для вязких жидкостей этот подход не годится. Обычное размешивание для таких жидкостей может быть невозможным: многие из них жидкостей дилатантны. Чем больше скорость размешивания, тем больше вязкость: сталкивающиеся частички начинают слипаться друг с другом, препятствуя движению. Чем больше прикладывается усилий, тем менее эффективно перемешивание; только пузырей напустишь. Трудности такого рода многие годы снижали качество электродов.

Решение проблемы пришло с неoжиданной стороны. Для изготовления слепков для коронок, в 1970-х годах использовали альгинат кальция. Порошок смешивали с водой и, пока тот полностью не загустевал (что необходимо для формы), гель использовали для приготовления слепка. Кроме оптимальной консистенции геля надо, чтобы в нем не было пузырьков воздуха, иначе поверхности будут неровными. Протезисты мучились с этим гелем годами. Изобретатель решил придумать для них машинку для размешивания альгината. Используя центрифугу, он добился удаления пузырей воздуха, но это занимало так долго, что гель загустевал. Процесс надо было ускорить.

Тут его и озарило. То, чего невозможно добиться вращением вокруг одной оси, можно достигнуть одновременным вращением вокруг двух осей. Потребовалось 13 лет, чтобы довести изобретение (планетарную центрифугу) до ума, но после этого оно сразу покорило мир и радикально изменило множество технологий, включая производство электродов. Простая идея - большие последствия.

***

...Just like planets rotating while revolving around the sun, I thought that imparting rotation forces to the section of the mixer where the container is mounted on the centrifugal deaerator might make mixing possible.
http://www.thinkymixer.net/corporate/secret.html

Изобретателем подобной машинки мог стать только обыватель, решающий обычные житейские проблемы. Однако, этот обыватель не смог бы придумать то, что придумал, если бы не имел в голове готовую к употреблению картинку жидкой фигуры вращения, оборачивающейся вокруг Солнца, и не вообразил, что произойдет, если ускорить обороты.

Поколениям обывателей внушали ее столетиями - пока одному из них не пришла в голову революционная идея, что такое движение решает проблему приготовления густых суспензий. Астроному не пришла. Физику не пришла. Химику не пришла. Реологу не пришла. А ему пришла. Столетия заучивания астрономических премудростей обывателями принесли долгожданный плод.

Безусловно, обыватель может просто заучить, что Земля круглая. Знание причин для уверенности в этом важнейшем факте не нужно; кому надо, те пусть и разбираются. Но тогда хрен вам будут лаптопы и смартфоны. "Кому надо" не ломают голову над машинками для протезистов, вот какая беда.

Воображение слишком важная вещь, чтобы оставлять ее горстке специалистов.


thinking

Удивительное рядом

Осенью читал
http://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.3741
https://www.dropbox.com/s/xhgz4nonlaslgdi/grapes%202017.pdf?dl=0
про опыт с виноградинками в микроволновой печи:



thermal maps https://www.youtube.com/watch?v=AiQUrahrMsY

Авторы предлагают, что плазма возникает наиболее эффективно, когда диаметр виноградины равен длине волны, деленной на индекс преломления. Из статьи следует, что достаточно сферы, пропитанной соленой водой (они использовали стандартный суперабсорбер из подгузников).

Я не понимаю, как эта идея работает: если предположение верное, плазменные мостики в точках контакта между сантиметровыми кусочками еды д.б. обычным делом, но я их никогда не видел. Чертовщина какая-то...

В первой статье утверждают, что спорам о механизме явления 20+ лет.

PS: https://shkrobius.livejournal.com/640839.html?thread=12974663#t12974663
thinking

Открыв рот

В старых романах всегда травились сами и травили других мышьяком или фосфором (почему-то самоубийцы предпочитали фосфор со спичек).

Про мышьяк я наверно знаю, что механизм его токсичности до сих пор не известен. Раз в десять лет я читаю обзоры, опровергающие старые теории и предлагающие новые. Решил за интерес посмотреть про фосфор. Аналогично.

***

У моего дантиста в кабинете перед бормашиной картина маслом: яхты с белыми парусами уплывают за горизонт, одна дальше другой. Картина навевает грустные мысли: парусники похожи на мои редеющие зубы, исчезающие в никуда.

***

Мой дантист большой любитель точных наук, особенно химии; он никогда не упускает случай похвастаться какой-нибудь зубною новинкою. Я ему благодарен: он один из первых, кто начал применять фотополимеризующиеся композиты. Очень удобно. Вообще, за 25 лет в зубном деле я вижу несомненный прогресс.

Дантист любит мне рассказывать, что именно он делает (ему редко попадается такой пациент): сейчас я капну фосфорной кислоты на эмаль, чтобы она стала шероховатой, а теперь глутаральдегида, чтобы десенситизировать зуб. Я мычу ему: зачем, как он работает? Дантист откладывает сверло и начинает объяснять, оживленно размахивая руками. Зуб болит, объяснения сбивчивы. Я мычу: почему болят зубы? Он отвечает, что это никому не известно.

***

Прийдя в расстроенных чувствах домой, посмотрел литературу: и точно. Под зубной эмалью - дентин: в основном, он минеральный, но в нем есть кератин. Еще есть там узкие цилиндрические каналы, наполненные жидкостью: трубочки. Каким-то образом эти трубочки проводят сигнал в зубной нерв, неизвестно каким. Общепринятая теория, что это чисто гидродинамическое стимулирование, но это не доказано. Вторая возможность - трансмиттеры, третья, что нерв может прорасти через трубочку. Последнее маловероятно: удаление такого нервного ответвления не прекращает боли. Десенситизатор блокирует трубочку, но не известно как. Реагент состоит из водного раствора глутаральдегида и гидроксиэтилметакрилата (HEMA). Вероятно, глутаральдегид работает как фиксатор (вроде формалина) с альбуминами в жидкости, наполняющей трубочки: он реагирует с амино группами в лизине на поверхности белков, соединяя их в хлопья (у него две активные группы), и хлопья забивают канал, блокируя движение жидкости (или трансмиттеров). Но зачем там HEMA?

Оказывается, как работает смесь не известно. Альтернативные "объяснения" в том, что альдегид реагирует с коллагеном (по лизинам) и что-то с ним делает, вызывая блокировку тубул либо прямо, либо полимеризуя HEMA. Почему образование альбуминовых хлопьев или модификация коллагена индуцируют полимеризацию HEMA, я так и не понял. Я не понял это из его объяснений и не понял из статьи.
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43807687/chemistry/Qin%202006%20GA%20and%20HEMA.pdf
Что-то тут не так.

По-моему, интересная химическая/биохимическая проблема. Реагент используют с 60-х, но как он работает никто не знает.

***

Все эти мучения выпали на мою долю, т.к. на некоторых зубах у меня "сколы" у самого основания. Врач говорит, что я их делаю сам, когда чищу зубы. Происходит этого из-за того, что в эмали микроскопические трещины вдоль поверхности, и даже мягкая щетка может убрать тонкий слой. Я спросил, почему трескается эмаль. Оказывается , и это точно не известно. Говорит, довольно редко случается. Теория такая, что это случается у тех, что сжимает челюсти во сне. Напряжение передается в основание зуба, где заканчивается эмаль, и там образуются трещины вдоль поверхности. Но теория не подтвержденная: механические тесты не могут воспроизвести трещины там, где они возникают.

- Но я не сжимаю зубы во сне. - А ты этого не замечаешь. - И что же, это экспериментальный факт, что у тех, кто сжимает, такие трещины? Факт-не-факт, а корреляция имеется...

- У нас, - говорит, - куда ни кинь, всюду загадки мироздания.

И включил дрель.
thinking

Альтернативное мракобесие. АКП.

За неделю получил два заставляющих задуматься комментария.

Один, что массовое производство шариков (а не роликов) легче не только у нас, но и во вселенском масштабе, что наводит на размышления. Второй, что планетарная втулка у велосипеда как бы намекает на то, что наша собственная система тоже может иметь чисто утилитарную цель.

Да, это верная постановка вопроса. Подобные мысли приходили мне в голову самому: у моей самой первой машины, а это был двухдверный "де Вилль" 78-го года (размером с небольшой танк), регулярно ломалась автоматическая трансмиссия. Тогда-то я, походив к механикам, и открыл, как она работает, а открыв, был потрясен своим открытием. Там ведь даже терминология содрана с Птолемея... Вот как это звучит по-русски:

- Малое центральное зубчатое колесо с внешними зубьями называется солнечной шестернёй или солнцем.
- Большое центральное зубчатое колесо с внутренними зубьями называется эпициклической шестернёй или эпициклом.
- Водило является основой ПМ — это неотъемлемая деталь абсолютно любого ПМ и краеугольный камень всей идеи передачи вращения через планетарную систему с дифференциальной связью. Водило представляет из себя рычажный механизм — обычно такую пространственную вилку, ось «основания» которой совпадает с осью самого ПМ, а оси «зубцов» с установленными на них сателлитами концентрически вращаются вокруг неё в плоскости/плоскостях расположения центральных зубчатых колёс. Оси «зубцов» — это и есть так называемые подвижные оси или оси сателлитов
- Сателлиты представляют собой зубчатые колёса (или группы колёс) с внешними зубьями. При этом сателлиты находятся в одновременном и постоянном зацеплении с обоими центральными зубчатыми колёсами ПМ. Количество сателлитов в ПМ обычно составляет от двух до шести (чаще всего — три, так как только при трёх сателлитах нет нужды в специальных уравновешивающих механизмах) и точного значения для функциональности ПМ не имеет.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0

Что мы имеем в АКП? Мы имеем мировую систему Птолемея, скрещенную с теорией гравитации Декарта (с трансмиссионной жидкостью в качестве эфира и гидравлическими клапанами в роли ньютоновского провидения, подправляющего орбиты планет). Неудивительно, что автомат пошел в мракобесной Америке, где он вытеснил ручную передачу, и до сих пор анафема в просвещенных Европах: ведь более вредного изобретения, воплощающего в себе самые давние, самые глубокие заблуждения человечества, трудно сыскать.

Но это как взглянуть: ведь можно сказать и так, что Птолемей, Декарт и иже с ними только полагали, что разбирают устройство мира, а на самом деле их теории были начальным этапом работ по созданию автоматической трансмиссии - нового объекта во Вселенной, который (в отличие от заурядных и никому не интересных ньютоновских планетapных систем) не мог быть создан иным способом. Разве высшая цель разума - в безвольной рефлексии, а не в созидании - или даже Создании?

В нашей Галактике 200 миллиардов звезд; около 1% имеет планетные системы, то есть это всего-навсего пара миллиардов планетных систем. С 50-х годов мы произвели 100 миллионов машин с автоматической трансмиссией. А если приплюсовать сюда все планетарные дифференциалы, все планетарные втулки, все шарикоподшипники (которые тоже своеобразный вариант планетарной передачи) то получится... получится...

Да, друзья мои. Мракобесные птолемеевы системы уже стали основным типом планетарных систем в нашей Галактике. Они у нас прямо здесь под носом; никуда не надо лететь, обдирая о вакуум дюраль.

В детстве читал я занятную книжку: "Вселенная. Жизнь. Разум." астрофизика Шкловского. Разум, писал Шкловский - не загадка, а дело статистики. На скольких-то планетах достаточные условия для возникновения органической жизни, из них столько-то доходит до разумной жизни, и т. п. Вероятности м.б. маленькие, но если планетных систем очень много, то можно найти пару завалящих человечеств на средней руки скопление галактик, а то и поболее выйдет. А больше и не стоит: поубивают друг друга при встрече братских разумов...

Я так думаю: в главном Шкловский был прав, но не додумал собственный тезис, так как ездил на Жигулях с ручником. А еще - не верил в разум (возможно, как раз поэтому).

А смотреть-то надо было не в телескоп, а по сторонам, где внутри одной из рукотворных планетарных систем, во глубине трансмиссионной жидкости уже зародилась новая жизнь, и делал первые шаги иной разум, пытающийся овладеть неисчерпаемым источником энергии, - и не потому ли все время ломалась трансмиссия в моем "де Вилле"?


thinking

Про подшипник. 2

У меня нет сил более отвечать на комментарии, а завтра рабочая неделя.

Подшипники на деревьях не растут. Ни шарики, ни ролики. Их нужно сделать, причем с очень высокой точностью и в огромных количествах. Первый патент на шарикоподшипник и первое производство шарикоподшипников разделены почти столетием: задача была невыполнимой.

Почему шарики: потому, что такие шарики сделать было и остается гораздо проще, чем такие ролики. Для этого нужно было изобрести машины, где штампованные неровные шарики многократно прокатывались через желобки - как это делается, проще посмотреть, чем описать. Самое сложное оказалось изобретение этих машин, а не изобретение разных видов подшипников.
https://www.youtube.com/watch?v=19duYMdiXi0
http://www.madehow.com/Volume-1/Ball-Bearing.html

Ролики, особенно фигурные, изготовить с такой точностью (в микроны и их доли) еще труднее, и пока такие методы не появились, шарики применялись и там, где стоило бы использовать ролики. Имеет значение и инерция первоначального прорыва: большая выдумка была направена на совершенствование изготовления и применения шарикоподшипников. В ситуации, что шарики появились первыми нет случайного: их изготовление объективно проще и додуматься до технологии массового производства тоже проще.

У шариков есть функциональные преимущества перед роликами - в некоторых ситуациях. Однако, преобладают они не поэтому.

Почему оказалось трудно ответить на вопрос? Многие знают как работает подшипник: все его видели. Можно без труда придумать много рационально выглядящих гипотез, почему шарики лучше, чем ролики; воображение начинает пробуксовывать. Как делают шарики и ролики знают уже немногие: таинство совершается вдали от глаз, на заводе. Надо спросить себя, как их делают.

Вот для этого и нужен разум и знание того, что шарикоподшипник - его продукт.
thinking

Рациональность

http://ivanov-petrov.livejournal.com/1999302.html

Для меня рациональность имеет одно основание - наш мир создан разумом, и мой собственный разум - его образ. На ЛЮБОЙ вопрос о мире существует ответ, который можно найти. Вот и все опоры, которые мне необходимы.

Когда утверждают, что "почему?" нельзя/неприлично/невозможно/преступно/бессмысленно задавать (а это мне говорили с младых ногтей бесчисленное число раз во всех вариантах), это-то и называется нерациональность. Это, а не неверные, фантастичные ответы на вопрос, которые можно обсудить - и отвергнуть. Такие ответы обозначают трудность задачи. Не знаешь - так и скажи; не надо подводить философский фундамент под невежество и леность мысли.

Вот - велосипед. Я знаю, что велосипед создан разумом. Это все, что мне нужно про велосипед знать; остальное я могу про него разобрать сам. Не смогу сам - поймет кто-то другой. Не сегодня, так завтра.

Если в велосипеде сломается подшипник, я его разберу и, обнаружив там шарики, не буду подводить философские основания под вопрос, почему мир так несовершенен, что в нем истираются шарики и ломаются подшипники... Я найду причину несовершенства и прикину, возможно ли улучшение - и нужно ли оно (подшипник можно и поменять). Я не буду утверждать, что вопрос о том, почему в подшипниках шарики, а не ролики, нельзя/бесполезно задавать, что это не наука, что такое знание суетно и вредно для души, что оно льет воду на мельницу врагов, что это игра и случай и пр.

Это менее, чем сотрясение воздуха. Слушать такое - трата времени. Спорить паче не нужно. Нужно думать дальше. Вот это и есть рациональность, и любой ребенок - ее модель, пока из него эту рациональность не выбивают сапогами. Следует уподобиться дитю малому и чистому, и будет царствие небесное.

Почему в подшипниках обычно шарики, а не ролики?

see http://shkrobius.livejournal.com/584466.html
thinking

Горизонты науки и техники

Будем оптимистами - такими темпами, которыми сегодня развивается нано, вероятно, уже через 100-150 лет можно будет узнать, как работала черно-белая фотография, основанная на эмульсии кристалликов галида серебра.

Последний прорыв в этой области был на моей памяти - в середине 1980х, когда была экспериментально установлена структура латентного изображения (что это должен быть как минимум Ag4 кластер). Пожалуй, сюда можно добавить цикл работ по установлению структуры захваченных дырок в середине 1990х. Но ни как (и даже где) образуются атомные кластеры, ни как (в деталях, на микроуровне) идет проявление (т.е. каталитическая реакция на этих кластерах) не известно по сей день.

Черно-белая фотография была изобретена, стала повседневностью, и исчезла, а физика и химия того, как она работала так и остались в потемках; там больше догадок, чем установленных фактов. Даже самые приблизительные соображения, как фотография могла бы работать, возникли лишь в 1925-м году, через 85 лет после изобретения. Первое детальное объяснение предложили Мотт и Зейтц в середине 1930х; однако, в конце 1950х было показано, что предложенный ими механизм неверен в деталях. Модифицированный механизм опровергли в 1970х. Но и более новые теории начали расползаться в начале 1990х, после чего исследования были заброшены за отсутствием интереса. Кто и когда теперь этим займется...

В работе цифровой камеры нет ничего загадочного и непонятного; неинтересно. Тоже мне прогресс: от изящных атомных манипуляций на наноуровне к обычной микроэлектронике.