А вы знали, что инсулин, рентгеновские лучи и кардиостимулятор были случайными научными открытиями? Шестиклассник школы № 25 Святослав Бердников тоже случайно сделал открытие — новый акустический эффект инверсной трубы Рийке. Информации об этом уникальном явлении не было ни в интернете, ни в доступной научно-популярной и научной литературе.
Случайность
Про инверсную трубу Рийке 12-летний подросток упоминает буднично. Но его мама, учитель физики и информатики школы № 25 Анастасия Бердникова, замечает: детское любопытство помогло в разработке уникального проекта.
Святослав сделал то, о чем никогда не догадались бы я или Евгений Маленович Шишкин, научный руководитель, отвечающий за техническую часть проектов сына…
Анастасия Бердникова
Оказалось, во время записи видео для защиты проекта Святослав из интереса перевернул стеклянную трубу Рийке, поднес к ней зажигалку и… труба «запела», хотя по всем расчетам это не должно было случиться.
— Втроем мы неделю устраивали мозговой штурм. Даже срочно пришлось переписывать проект в связи с новым открытием в нашей разработке, — вспоминает педагог.
Цель — Бауманка
Несмотря на юный возраст, шестиклассник Святослав Бердников уже поставил перед собой четкие цели: представлять Россию на международных конкурсах по физике, поступить в Бауманку и стать инженером.
Целеустремленность и интерес к науке присущи ему с малых лет. Со второго класса школьник занимается электрорадиотехникой в Центре детского научно-технического творчества. А конструкторы собирал с трехлетнего возраста. Самый первый был с электросхемами.
— Святослав еще читать не умел, но собирал детали по картинкам с моими подсказками. Затем показывал эти конструкторы в детском садике, — добавляет Анастасия Бердникова.
Она помнит, как светились радостью глаза юного изобретателя, когда к Международному женскому дню для нее он сделал картонную открытку с сердцем из светодиодов.
Место у окна
А Святославу нравится видеть быстрый результат своих трудов, решать головоломки, если в проектах что-нибудь не получается, а еще — характерный запах канифоли, которой пропах кабинет в ЦНТТ.
— Рабочее место себе я оборудовал и дома, — рассказывает школьник. — Стол стоит рядом с балконом, чтобы из окна падал естественный свет. Есть ящики и полочки для хранения инструментов: паяльников, отверток, проводов, пробирок, стоек, трансформатора, осциллографа, электретных микрофонов.
— А микрофоны-то зачем? — удивляюсь.
Оказывается, их Святослав использует в проекте «Полуволновой, четвертьволновой и двойной четвертьволновой резонаторы».
— Резонатор работает за счет конвекционных потоков, когда нагретый воздух поднимается, а холодный опускается. И дополнительно замеряем громкость получаемого звука, подключая микрофоны к осциллографу. Они фиксируют колебания, — объясняет подросток.
Опыты с трубой Рийке
Над проектами с резонаторами Бердников начал работать в 2024 году. С научным руководителем Евгением Шишкиным посмотрел ролик с опытом, где из стеклянной трубы с металлической сеткой при помощи горелки извлекали «пение».
В классическом опыте с короткой трубой ее длина составляла 31 сантиметр, внутренний диаметр — 49 миллиметров. Рабочим телом стала латунная сетка. Армавирцы решили доказать: если увеличить трубу Рийке вдвое, во столько же раз снизится частота результирующих колебаний.
— Для опыта соединили между собой две трубы так, что их длина в сумме составила 62 сантиметра, — рассказывает Святослав. — На одной четвертой длины трубы от нижнего конца расположили металлическую сетку и прогревали ее бытовой зажигалкой.
Опыт подтвердил: увеличение длины трубы приводит к снижению частоты результирующих колебаний и увеличивает их амплитуду за счет величины конвекционного воздушного потока.
Дополнительно испытали трубу Рийке с электроподогревом, провели опыт с горизонтальной трубой и электроподогревом.
В 1859 году физик Петрус Pийкe описал возникновение звука в стеклянной трубе под воздействием тепла. В трубу длиной около метра он поместил металлическую сетку, при нагревании которой пламенем горелки в трубе возникали звуковые колебания — труба начинала «петь», но только в вертикальном положении. Рийке объяснил это явление тем, что тепловой воздушный поток, расширяясь возле нагретой сетки, охлаждается и сжимается, проходя через нее.
От обратного
Инверсный опыт возможен только с короткой трубой Рийке, говорит школьник. Для этого нужно перевернуть трубу и поднести к ее нижнему концу — противоположному от рабочего тела — горелку. При нагревании труба начнет гудеть.
— То есть воздух отдает часть своей тепловой энергии, за счет чего и происходят прерывистые звуковые колебания. А труба будет работать до тех пор, пока рабочее тело не нагреется до определенной температуры, — объясняет шестиклассник Святослав.
Этот опыт не противоречит законам работы трубы Рийке, но является ее частным случаем. И экспериментально был доказан новый акустический эффект.
Какой резонатор?
К идее двойного четвертьволнового резонатора армавирцы пришли, когда решили сделать две зоны нагрева пробирки. Их расположили на одинаковом расстоянии относительно середины трубы. Еще понадобились два «холодильника» — это мокрая ткань, которой оборачивали концы трубы, и два рабочих тела — металлические сетки или вата.
— После этого опыта и возник спорный вопрос, является этот резонатор полуволновым или двойным четвертьволновым, — рассуждает армавирский школьник. — Аргумент в пользу первого — частота колебаний совпадает с частотой полуволнового резонатора. Однако в полуволновом резонаторе воздух входит в один конец трубы и выходит из другого с колебаниями, совершаемыми в одной фазе. А у нас противофаза, то есть воздух выходит одновременно с двух концов резонатора.
И теперь Святослав с научными руководителями проводит опыты, чтобы ответить, какой же резонатор у них получился. Еще они проверят, сохранится ли термоакустическое явление, если соединить между собой три и более пробирок.
Не по возрасту
Проект с инверсной трубой Рийке можно применять в проектировании промышленной вентиляции для утилизации тепловых воздушных потоков, объясняет Святослав. А резонатор, с которым армавирцы работают сейчас, — в создании термоакустических двигателей. И школьник надеется, что сможет продвигать свои разработки в этой области, когда станет инженером.
Изучению физики и исследованиям Бердников посвящает все свободное время. Будучи учеником шестого класса, изучает темы, которые на физике проходят восьми- и девятиклассники.
— Стараюсь объяснять их простым языком и на понятных примерах, — делится Анастасия Бердникова. — Например, сравниваю ток в проводах с водой. Засор в трубе — это как сопротивление, то есть проводник препятствует прохождению электрического тока. Бывает, сын понимает принцип того или иного явления, но еще не может объяснить это научным языком.
Выбрал науку
Отвлекаясь от научно-исследовательской работы, подросток ходит гулять с друзьями или садится за книгу. Из прочитанного недавно — роман Марка Твена «Приключения Тома Сойера». До прошлого года Святослав занимался фехтованием и тайским боксом. Но когда стал ездить на конкурсы, нагрузка увеличилась, и спорт пришлось бросить.
— Ему интересны занятия в Центре детского научно-технического творчества. Когда сын сказал, что устает и не успевает в спортивные секции, я поддержала его выбор, — делится мама юного разработчика.
Особого распорядка дня Святослав не придерживается — умеет организовать все так, чтобы времени хватало на уроки, выполнение домашнего задания, работу над проектами.
— Делает передышки, хотя еще ни разу не пришлось силой выгонять его из-за рабочего места на прогулку. Понимает, что для отдыха мозга важна смена деятельности, — говорит Анастасия Бердникова.
Планирует будущее
Через неделю, 9 октября, ученик школы № 25 Святослав поедет в Москву. Там на базе МГУ состоится Международный конкурс научно-исследовательских и инженерно-технических проектных работ «Ученые будущего». Участвовать будут старшеклассники, поэтому армавирец пойдет вне конкурса.
— Целевая группа конкурса — наиболее критичный кадровый резерв для научно-технологического будущего страны. Это талантливая молодежь школьного и начального университетского возраста, которая стремится профессионально заниматься наукой и инженерным делом, — отметили организаторы конкурса.
Эти соревнования могут стать для Святослава трамплином к участию в международных конкурсах среди юных исследователей. И подросток хочет попасть в сборную команду, чтобы в будущем представлять Россию.
Уже сейчас график шестиклассника расписан на несколько месяцев вперед. В январе будет закрытие фестиваля научно-технического творчества «Траектории технической мысли» на базе института «Станкин», в феврале — всероссийский конкурс научно-исследовательских работ имени Менделеева, в марте — «Шаг в будущее» на базе МГТУ имени Баумана.
Школьник из Армавира благодаря любопытству и свежему взгляду на привычные вещи стал первооткрывателем нового явления. Новые идеи, которые такие ребята вносят в традиционные направления исследований, способствуют развитию инноваций. Поэтому такие, как Святослав Бердников, — будущее российской науки и технологий.
Фото из архива Бердниковых