Почему лопасти вертолетов иногда могут светиться: эффект Коппа-Этчеллса

В условиях ночных операций тяжелые военные вертолеты могут создавать завораживающее и зрелищное свечение. Выглядит оно как кольца или даже искры вокруг мест вращения лопастей. Это явление известное как эффект Коппа-Этчеллса. Разумеется, это не частое явление, однако и особой редкостью эффект назвать нельзя. Поэтому я предлагаю разобраться, при каких условиях и где можно наблюдать это завораживающее зрелище, а также углубиться в физику эффекта.

История открытия и название эффекта

Эффект получил свое название благодаря военному корреспонденту армии США Майку Йонгу. В 2009 году, документируя операции военных в Афганистане, он стал свидетелем загадочного свечения вокруг лопастей вертолетов, работающих в песчаных бурях, при взлете или посадке машин. Это свечение не так видно воочию, как на фото, и заметно только в ночное или сумрачное время суток. В то время этот эффект никак не назывался, но пилоты его не боялись и понимали, что происходит это в следствии трения лопастей о частицы песка. Однако физика явления была не изучена. Название «эффект Коппа-Этчеллса» было дано Йонгом в честь двух военнослужащих, погибших в ходе военной службы.

Физическая природа эффекта

Эффект Коппа-Этчеллса возникает, когда лопасти вертолета с огромной скоростью рассекают воздух, насыщенный мелкими частицами песка. Песчинки сталкиваются с защитным покрытием лопастей, которое изготовлено из титана, никеля или других твердых сплавов. Но некоторые частички песка твёрже, чем лопасти, поэтому песок может откалывать мельчайшие частички защитного покрытия. Эти частички в свою очередь подвержены пирофорности. Чтобы сильно не углубляться в физику скажу, что твердые мелкие частицы способны самовоспламеняться на открытом воздухе без дополнительного нагрева. Подобный эффект можно наблюдать при работе шлифовочного круга УШМ по металлу. Добавлю, что нагрев частичек происходит самопроизвольно из-за быстрого их окисления на воздухе. Работает это только с мелкими частицами.

Триболюминесценция и эффект Коппа-Этчеллса

Эффект Коппа-Этчеллса часто сравнивают с триболюминесценцией — явлением, при котором свет возникает из-за разрушения химических связей под действием механического воздействия. Например, когда вы ломаете кристалл сахара, или отрывая кусочек скотча в темноте, можно увидеть слабое синее свечение.

Сходство заключается в том, что оба явления связаны с механическим воздействием на материал. Однако, триболюминесценция чаще связана с химическими процессами, происходящими при разрушении кристаллической решетки вещества. А эффект Коппа-Этчеллса обусловлен физическим трением, которое сопровождается самопроизвольным воспламенением мелких отколотых частиц, а не химическим изменением структуры вещества.

К слову, если в поисковике искать «эффект Коппа-Этчеллса», вас вполне вероятно перебросит на статью Википедии, в которой триболюминесценция и эффект Коппа-Этчеллса буквально соединены в одной публикации, но физика этих явления разная. Удостовериться в этом можно прочитав оригинальные работы по теме на языке их авторов. Думаю, это связано с относительной новизной открытия и недостаточным изучением вопроса.

Почему это явление не огни святого Эльма

Также часто в публикациях про явления огней святого Эльма можно встретить фото с вертолетами, на которых изображен эффект Коппа-Этчеллса. Визуально этот эффект может напоминать огни святого Эльма, но их природа принципиально различается. Огни святого Эльма — это атмосферное явление, связанное с ионизацией воздуха на острых поверхностях, например, на мачтах кораблей при сильной электрической напряженности в условиях грозы. В свою очередь, как я и писал выше, эффект Коппа-Этчеллса никак не связан с электрическими процессами, а является результатом трения и пирофорности. Общим для обоих явлений является их свечение, но механизмы их возникновения различны.

Где ещё можно встретить явление

Хотя эффект Коппа-Этчеллса чаще всего наблюдается на лопастях вертолетов, он может проявляться и в других условиях. К примеру, на танковых гусеницах при движении в пустынной местности. Или, что более вероятно, на крыльях самолетов при высоких скоростях в пыльной атмосфере. К слову, этот эффект наблюдал экипаж и пассажиры одного лайнера, который пролетал в облаке выброса действующего вулкана. Хотя, почему-то принято считать, что это были огни святого Эльма. Даже есть соответствующий фильм на канале National Geographic по этой истории. Но огни святого Эльма выглядят иначе, да и при чем тут тогда вулканическая порода, находящаяся в большом количестве в воздухе. Скорее всего этот фильм был снят до формулировки концепции эффекта Коппа-Этчеллса, а сама ситуация произошла в 1982 году.

Заключение

В заключении стоит сказать, что это действительно красивое явление, а его открытие помогло понять ряд возможных проблем, связанных с нежелательным свечением в пустынной местности при выполнении тех или иных задач. Надеюсь, публикация была полезна для вас, и вы узнали что-то новое для себя. Спасибо всем за внимание.