Читаем Портрет трещины онлайн бесплатно

Вот вопрос, вставший перед автором с первой мыслью о написании этой книги. И действительно, сплошь и рядом разрушение и его оружие – трещина – это беда, а когда они сопровождаются гибелью людей,-трагедия.

Но ведь для того, чтобы изложить что-то на бумаге, надо вдохновиться? Чем же?

Разрушение само по себе глубоко неэстетично, но, чтобы с ним бороться, надо понимать его законы. Часто оно имеет и сенсационный характер. Действительно, как иначе назовешь, например, столкновение самолета с птицей? Между тем сила удара голубя при скорости самолета всего в 320 км/ч составляет 32 кН, а при скорости 960 км/ч – почти 300 кН. Разрушения при этом возникают самые серьезные.

Но сенсация вызывает различные и порой довольно противоречивые чувства и может лишить читателя способности объективно воспринимать факты и события. Нет, думаю, что на сенсации книгу о разрушении мне не построить.

В конце концов осталось наиболее целесообразное, с моей точки зрения, решение, которое мне подсказала одна из фраз диктора московского радио: «Послушайте передачу из цикла «Здоровье: сахарный диабет». И в самом деле, ведь разрушение – это негативная сторона прочности. И если нельзя воспеть тень, то ничто не мешает восторгаться ажурностью и прочностью телевизионной вышки, легкостью моста, взлетевшего над многокилометровым проливом, или удивительной стройностью стометровой космической ракеты. «Ведает» же этими вопросами один из разделов современной физики твердого тела, в котором заложены представления о большой прочности материалов, их способности противостоять действию высоких и низких температур, коррозионных сред, импульсных нагрузок и всему невообразимому множеству методов воздействия, с которыми встречается современная конструкция. Говорим ли мы о химическом или ядерном реакторе, корпусе сверхзвукового самолета или ракеты, нефтяном буре или ледоколе, каждый раз едва ли не основным оказывается вопрос – вы-

держит ли? Не произойдет ли катастрофического разрушения? Как сделать машину, прибор, аппарат не только предельно легкими и дешевыми, но и надежно прочными?

Именно физика твердого тела во всех ее разновидностях и направлениях способна обеспечить современную цивилизацию основным конструкционным материалом. Ведь еще выдающийся английский физик Дж. Дж. Томсон сказал: «В техническом прогрессе участвуют три основных элемента: знание, энергия и материал». Поэтому примерно треть всех физиков на Земле занята поиском новых и расширением возможностей старых, уже давно известных металлов и сплавов. И для этого есть очень серьезные основания. Достаточно сказать, что почти весь инструмент, которым человечество создало свою технику, сделан из металла. И еще: самое ответственное и надежное на земле построено из металла: мост ли это через Енисей или Волгу, пинцет и скальпель хирурга, камера современного ускорителя ядерных частиц. Именно металлоконструкции преградили путь мощному селевому потоку и спасли Алма-Ату, гигантские железобетонные плотины перекрыли великие реки и дали нашей стране электроэнергию. Наконец, именно танки и орудия, сделанные из особых высокопрочных сталей, содействовали нашей победе в Великой Отечественной войне.

И все же в обилии вопросов и проблем современной науки о прочности разрушение занимает особое место. Когда мы слышим об аварии самолетов гражданской авиации с сотнями жертв (отвалилось крыло) или с раздавленной многометровой толщей воды подводной лодке, или о разрушенном корпусе ядерного реактора с возможностью заражения окружающего пространства и облучения людей, особенно ясно понимаешь: необходимо что-то немедленно предпринять, чтобы подобное не повторилось. Но что?

Мы помним газетное сообщение: в стабилизаторах ракеты «Сатурн», которая должна была вывести на орбиту американский корабль в рамках совместного советско-американского полета «Союз» – «Аполлон», обнаружили трещины, и все восемь стабилизаторов необходимо было срочно заменить новыми. Это не повлекло за собой отсрочки запуска, но ведь бывает и по-другому, когда в полете ломаются лопасти винта вертолета и машина камнем идет вниз. Или когда взрывается неф-

тс провод, газопровод, по которому трещина умудряется грпбежять марафон в 10-20 км со спринтерской скоростью з 1000-2000 м/с.

Колоссален материальный ущерб, невосполнима возможная гибель людей…

Говорят, что катастрофа, в которой трудится тот или иной специалист, влияет на него не всегда благотворно. Поэтому работники уголовного розыска, вынужденные знать жаргон преступников, стремятся не «заразиться» им, врачи-психиатры должны, как мне кажется, противопоставить безумию больных свой светлый разум и беспредельный, чистый оптимизм. Рассуждая так, можно представить себе: нечто подобное происходит с научным работником, занимающимся проблемами разрушения. Ему, проникшему во многие тайны этого явления, могло бы порой показаться, будто гибельное разрушение всевластно, а надежной прочности вообще не существует…

К счастью, такого не случается. Более того, нередко он убеждается, что не только прочность может быть обеспечена в достаточной мере, но и само разрушение, как это ни парадоксально, оказывается полезным человеку.

Достаточно сказать, что это тот фундамент, на котором стоит вся гигантская мировая промышленность по добыче ископаемых, в частности, угля и различных руд. Не что иное, как сложное разрушение, представляет собой механическая обработка металлов на металлорежущих станках или технологические процессы при разделке гранита и мрамора.

Сплошь и рядом мы встречаемся и с разнообразнейшими проявлениями нарушения сплошности тел в природе. Так, преследуемая ящерица, чтобы спастись, жертвует хвостом. Предчувствуя сильный ветер, паук-синоптик разрывает свою паутину. Корни дерева разрушают камни. Столь хрупкие на первый взгляд грибы, встречая препятствие, уплотняют свои ткани и способны взламывать асфальт и пробуравливать толстые цементооб-разные слои термитников в тропиках.

Известны случаи, когда набухшие от влаги бобы разрывали трюмы танкеров. Утверждают, что в глубокой древности первые анатомы применяли бобы для разделения костей черепа.

Книга, лежащая перед вами, посвящена разрушению,

его природе и его многообразным проявлениям: и когда оно – обнаженное зло, и когда оно жизненно важно и успешно служит людям. Но и в первом, и во втором случаях автор стремился быть оптимистом, всегда помнящим, что каждое разрушение требует своего отношения, подхода и действия. Возможно и хорошо, если бы природа была проще, чем она есть, но зато как чудесно, что так еще много неизвестного, даже опасного неизвестного, к чему можно приложить свои мужество, ум и руки. Не последнюю роль во всем этом играет и удивительное человеческое качество – любознательность, один из поразительнейших и бескорыстнейших рычагов человеческого мышления и созидания. Хорошо сказал об этом писатель Курт Воннегут устами ученого, получающего Нобелевскую премию: «Леди и джентльмены! Я стою тут, перед вами, потому что всю жизнь я озирался по сторонам, как восьмилетний мальчишка весенним днем по дороге в школу. Я могу остановиться перед чем угодно посмотреть, подумать, а иногда чему-то научиться. Я очень счастливый человек…»1

Книга эта рассчитана на любознательного читателя, и автор стремился написать ее так, чтобы она была интересна и небесполезна и школьнику, и специалисту-инженеру.

Преисполненный этой надеждой, автор отдает свою книгу на суд читателей.

1 Воннегут К. Колыбель для кошки. – М.: Молодая гвардия, 1970, с. 12.

Памятник Петру в Ленинграде – всемерно известный «Медный всадник» – свидетель удивительного потока событий. Кажется, что он вздымается не только над волнами Невы, но и над временами, возвышаясь над ними, независимый от них.

Между тем, монумент и разрушение связаны друг с другом. Еще сам Дидро, рекомендовавший своему другу Фальконе взяться за сооружение памятника Петру I, советовал: «…Петр взлетает на скалу, а из трещин этой скалы изливается прозрачная вода…»1 Позднее, когда в 12 верстах от Петербурга нашли огромный Гром-камень – будущее основание памятника – выяснилось, что когда-то в него ударила молния и «произвела на оном расселину». Эта расселина постепенно заполнилась землей и в ней выросли березы высотой в 25 футов. Не обошлось и без комедийных ситуаций, когда, стремясь пристроить своего бывшего сельского дьячка – учителя Тимофея Краснопевцева, фаворит Екатерины светлейший князь Григорий Алексеевич Потемкин сказал:

– Добро, старик! Будешь ты наблюдать каждое утро, крепко ли стоит памятник Петру. Назначаю тебя его смотрителем. И если заметишь какую неисправность, то немедленно доноси мне через дежурного флигель-адью-танта…

После смерти Тимофея Краснопевцева «смотрителей памятника» больше не назначали. В каком же состоянии находится он теперь? Недавно было сообщено, что в задних ногах коня развивались трещины. Что случилось с сооружением Фальконе? На этот вопрос можно было бы дать несколько ответов. Простейший из них основан на законах извечной науки о прочности – механике и звучит примерно так: это результат больших перегрузок на задние ноги и хвост коня. Это кажется тем более реальным, что скульптура обладает значительной па-

1 Воронов Н, Люди, события, памятники. – М.: Просвещение, 1984, с. 45.

русностыо и расположена с юга на север, а роза ветров в Ленинграде ориентирована с запада на восток. Поэтому под действием ветра конь как бы «переваливается» с ноги на ногу. Второй ответ глубже: металл памятника «устает». Ведь с момента его сооружения прошло более двухсот лет, и если ориентировочно считать, что ветер изменялся ежедневно, то переминаний с ноги на ногу было более 70 ООО! Есть и третий ответ – металл подвергается коррозии. Тем более, что вначале через трещины в корпусе накапливались тонны дождевой воды. Здесь следует остановиться и пояснить, что хотя прямых наследников у Тимофея Краснопевцева и нет, МЕДНЫЙ ВСАДНИК, относящийся к когорте мировых скульптурных ценностей человечества, не безнадзорен. В последнем столетии он, по меньшей мере, трижды подвергался капитальному ремонту. В 1909 году – со вскрытием люка в крупе коня. При этом, в частности, были проделаны отверстия в пятках всадника и в брюхе коня во избежание накапливания воды внутри монумента. Позднее эти отверстия были расчищены и расширены. Следующий ремонт, на этот раз без вскрытия люка, провели в 1935 году. В его описании отмечена значительная по размерам трещина длиной примерно в 30 сантиметров на правой задней ноге между копытом и пяткой коня. Ее тогда же запаяли. Поскольку, однако, в последние годы трещины нз ногах коня продолжали развиваться, в 1976 году было проведено обстоятельное исследование монумента, о котором подробно рассказал в журнале «Литейное производство» К. П. Лебедев1. Выяснилось, что прочность и устойчивость МЕДНОГО ВСАДНИКА была достигнута Фальконе, помимо всего прочего, за счет специального железного каркаса в крупе, задних ногах и хвосте коня. Большая часть каркаса, а его масса составляла около 4 тонн, была удалена впоследствии через люк. Однако часть его в виде кованых стальных стоек и брусьев является и поныне единственной опорой, удерживающей весь монумент. Роль литой бронзы в отношении прочности сводится к тому, чтобы связать отдельные части каркаса и обезопасить его от коррозии. Что касается трещин, то их происхождение оказалось следующим. При заливке бронзы непосредственно на

1 Лебедев К. П. Новые данные о литье памятника «Медный всадник»//Литейное производство. 1978. № 12. С. 37, 38.

стальной каркас появились горячие трещины и можно предполагать, что первым их видел сам Фальконе. Кроме того, образовались так называемые неслитины – чисто литейный дефект, принимаемый иной раз за холодные, то есть обусловленные механическим нагружением трещины. Печальная роль этих двух дефектов-горячих трещин и неслитин – заключалась в обеспечивании доступа воздуха и влаги к стальному каркасу. Его ржавление сопровождалось увеличением объема и распира-нием бронзовой оболочки, что в свою очередь интенсифицировало процесс. При ремонте в 1976 году дефектные куски бронзы были сняты, отлиты по моделям вставки и после установки кромки их тщательно зачеканили. Итак, если памятник Петру и «хворает», то причина тому-коррозионная. Справедливости ради отметим, что на процесс ржавления могут влиять и влияют механические напряжения и усталость, так и говорят: «Коррозия под напряжением». Так что же, неужели ничему не дано победить время и творение Фальконе рано или поздно обречено? Возможно это бы и произошло, случись нарисованное Александром Сергеевичем Пушкиным в действительности

За ним несется всадник медный На звонко скачущем коне

– динамических нагрузок памятник бы не выдержал. Сегодня же, несмотря на всю экспрессию, неподвижно взмывший на каменной волне Петр вне времен и опасений. Забота и внимание пусть не бессмертных, но талантливых и преданных искусству и истории страны людей позволят монументу неколебимо стоять века!

В этом рассказе нас интересует первый подход к причинам разрушения. Ведь разрушение-явление столь же древнее, как человеческая цивилизация. Вначале оно «нападало» на примитивное человеческое жилище и каменный топор, позднее – на деревянные дома, конструкции мостов и каравелл.

Вот как Торнтон Уайлдер описывает разрушение древнего моста: «В полдень в пятницу 20 июля 1714года рухнул самый красивый мост в Перу и сбросил в пропасть пятерых путников. Мост стоял на горной дороге между Лимой и Куско, и каждый день по нему проходили сотни людей. Инки сплели его из ивняка больше века назад, и его показывали всем приезжим. Это была просто лестница с тонкими перекладинами и перилами