Беседы о физике и технике

2. Физика и сельское хозяйство

Может быть, эту беседу следовало начать в традиционном ключе — «от сохи» — вспомнить историю, совсем недалекое прошлое, когда все на поле делалось вручную и помощником земледельцу в лучшем случае была одна лошадиная сила. А потом перейти к дню сегодняшнему и рассказать о могучих и умных сельскохозяйственных машинах, каждая из которых сильнее десятков, а то и сотен лошадей.

Это был бы простой способ показать, чего можно достичь в любой отрасли производства используя достижения науки. И тут, действительно, есть о чем рассказать, но, справедливости ради, будем помнить, что именно в сельском хозяйстве у нас пока что нет оснований «трубить в фанфары». Так что сейчас мы побеседуем не о достижениях сельскохозяйственного производства, а скорее о тех возможностях, которые предлагает для него наука.

ПРИ ЭТОМ НЕ НАДО ПРИУМЕНЬШАТЬ ТОГО, ЧТО ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ЯВЛЯЕТСЯ ДОСТИЖЕНИЕМ. МЕХАНИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ЦЕЛИКОМ ОСНОВАНА НА ДОСТИЖЕНИЯХ НАУКИ, В ЧАСТНОСТИ И ФИЗИКИ.

Мало кто знает, что идея трактора, этого «вагона с бесконечными рельсами», а также ее воплощение в металле родились более ста лет назад в самом центре России — на саратовской земле.

В 1888 г. в г. Балаково два народных умельца — Федор Блинов и Яков Мамин — изготовили первый русский гусеничный трактор.

Первый же в мире зерноуборочный комбайн был создан в России в 1868 г. замечательным изобретателем Андреем Романовичем Власенко, выходцем из крестьян Тверской губернии. Назывался он «конная зерноуборка на корню». «Конная зерноуборка» объединила в себе две машины: жатку и молотилку. В Америке подобная машина появилась лишь 11 лет спустя. С годами и мощности и скорости комбайнов возросли, но принцип их работы не изменился.

Если в течение первых пятилеток от нашей промышленности требовалось дать как можно больше тракторов и другой сельскохозяйственной техники, то сейчас требования изменились. Теперь главное — это ее высокое качество, надежность, экономичность и высокая производительность.

ЭТО ВСЕ ТЕХНИКА. А ГДЕ ЖЕ ФИЗИКА?

Физика является основой развития техники, и ее достижения широко используются и в сельскохозяйственном производстве. Действие сельскохозяйственных механизмов основано на использовании физических законов в области механики, термодинамики, электродинамики и др.

ДАВАЙТЕ ПОГОВОРИМ О КОНКРЕТНЫХ ПРИМЕРАХ.

Пожалуйста. Электроэнергия не только служит источником освещения, но и используется для приведения в действие различных машин и аппаратов для механической дойки коров, стрижки овец, для подогрева воды, пастеризации молока, выведения цыплят в инкубаторах, приготовления кормов, обогрева помещений, а также в автоматизированных системах управления (АСУ) производственными процессами.

В качестве конкретного примера расскажем, как с помощью электромагнитов происходит очистка зерна и сыпучих кормов от случайно попавших в них кусочков железа (гвоздей, гаек, опилок), а также от сорняков. Семена очищаются в специальной машине СМЩ-04 (рис. 11).

Рис. 11. Схема электромагнитной семеочистки

Ее основой является полый латунный вращающийся на оси цилиндр 1, внутри которого находится неподвижный электромагнит 2, питаемый постоянным током. Идея очистки состоит в том, что семена сорняков в отличие от семян трав (клевера, люцерны и др.) имеют шероховатую поверхность. И вот смесь семян, например клевера, сорняков и железного порошка из специального бункера 3 поступает на вращающийся барабан и попадает в сильное магнитное поле, создаваемое электромагнитом. Семена клевера, не имеющие на своей гладкой поверхности железного порошка, не притягиваются к барабану и попадают в ящик А, тогда как семена сорняков, покрытые железным порошком, притягиваются к цилиндру и в конечном итоге накапливаются в ящике Б. Железный порошок затем отделяют от семян сорняков и вновь многократно используют.

А КАК «РАБОТАЮТ» НА СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ?

Приведем несколько примеров. Это и освещение теплиц в зимнее время, и «ловушки солнечной энергии» (парники), и уничтожение болезнетворных бактерий ультрафиолетовыми лучами, облучение ими животных для борьбы с рахитом, и сушка древесины, зерна, овощей, сена, борьба с амбарными вредителями с помощью инфракрасного излучения.

И ДАЖЕ АТОМ ПОЛУЧИЛ ЗДЕСЬ ОДНУ ИЗ САМЫХ МИРНЫХ СВОИХ ПРОФЕССИЙ.

В последнее время в сельскохозяйственную практику все шире внедряются «меченые атомы» — атомы радиоактивных изотопов, ядра которых испускают α-, β-частицы или γ-излучение.

При помощи «меченых атомов» осуществляют лабораторные испытания хода биологических процессов в растениях, их питания и развития, исследования по борьбе с вредными насекомыми и болезнями.

Для уничтожения вредных микроорганизмов все шире стали применять радиоактивное излучение (γ-излучение). Оказалось, что облученные фрукты, овощи, молочные продукты значительно дольше сохраняются, а стерилизация консервов (без их нагревания) с помощью облучения более экономична и удобна для массового производства. Картофель, обработанный γ-излучением, не портится и не прорастает, например, более года, а обработка семян растворами солей радиоактивных изотопов повышает их всхожесть и, следовательно, урожайность на 17–20 %.

ПРИГОДИЛСЯ ЗДЕСЬ И УЛЬТРАЗВУК.

Ультразвук — звуковые волны высокой частоты — получил широкое применение в сельском хозяйстве. Он предотвращает образование накипи в паровых котлах низкого давления (в кормозапарниках, например), убивает насекомых, отпугивает гусениц. Ультразвуком облучают семена овощей (урожайность повышается на 20–25 %).

НУ, И ВЕЗДЕСУЩИЙ ЛАЗЕР…

Еще более универсален лазерный луч. Им обрабатывают семена, увеличивая их всхожесть и урожайность, лазер помогает вести геодезические работы, а лазерная установка-анализатор позволяет получить обобщенный показатель микроклимата поля сразу на всей его площади за 10 мин, выполняя суточную работу комплексной лаборатории. Лазер «проверяет атмосферу» (с его помощью измеряют количество газовых примесей в воздухе). Передвижная установка позволяет вести наблюдения за состоянием воздушного бассейна жилых районов, лесных массивов, парков и заповедников на значительных расстояниях и с высоким качеством результатов.

ТАКАЯ ЗАМЕЧАТЕЛЬНАЯ КАРТИНА!..

И все же наука пока еще в долгу перед сельским хозяйством. Сейчас речь должна идти не просто о помощи в отдельных направлениях, а о разработке принципиально новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур (яркий пример тому гидропоника — выращивание растений без грунта). Принципиально новых путей нужно искать и в конструировании техники для сельского хозяйства: не только брать необходимое у природы, но и сберегать ее. Требуют новых решений процессы транспортировки и сохранения урожая, его переработки. Как видите, проблем пока еще больше, чем достижений.