„Razlika između kemijskog tehničara i inženjera kemije je da inženjer razumije što radi, a tehničar ne“, sjećam se poduke na prvom praktikumu, praktikumu iz opće kemije na kojem smo više-manje radili iste pokuse koje su radili i učenici u kemijsko-tehničkoj školi. Tada to nisam sasvim razumio, a sada znam: razlika između tehničara i inženjera, ili bolje reći između tehničara i znanstvenika, je razlika između znanosti i tehnike. Danas su te djelatnost toliko povezane da ih se teško razlikuje (na što ukazuje i popularna kratica STEM), pa ipak postoji fundamentalna razlika. Tehničar radi prema uputama, prema protokolu, njega ne zanima na kojim se fizičkim zakonima temelji rad njegova stroja. U to sam se ne jedanput imao prilike uvjeriti. Nedavno sam primjerice u razgovoru s nekim stručnjakom za klimatizaciju, inače inženjerom brodogradnje, vidio da sve zna – ali ne zna, ne razumije drugi zakon termodinamike. („Ne može se sve znati“, sarkastično je primijetio moj prijatelj.)

Možda bi se još gore proveo da sam ga počeo ispitivati po kojim načelima fizike plovi brod, što ga tjera kroz vodu. Većina ljudi misli, kao što su mislili i izumitelji propelera, „brodskog vijka“, da je i to neka vrsta vijka ili svrdla koje prolazi kroz vodu kao što stolarsko svrdlo prolazi kroz drvo. Nije tako, dakako. Brodski vijak radi na istom načelu kao elisa zrakoplova, rotor helikoptera, krilo ili jedro: na razlici tlakova na dvije nasuprotne površine. Jednostavnije rečeno, ako se fluid (voda, zrak) giba, njegov će tlak uz površinu uz koju se brže giba padati (Bernoullijeva jednadžba) pa će ga, da tako kažemo, uvlačiti u sebe. 

Snižavanje tlaka sve pokreće, ali ima i svoje nelijepe strane. Kada se tlak dovoljno snizi, voda u kojoj se propeler okreće počinje vreti. Kako to? Voda vrije kada se tlak vodene pare izjednači s vanjskim tlakom. Kada će se to dogoditi ovisi o temperaturi. Voda vrije pri 100 ^oC, ali samo pri tlaku od jednoga bara. Snizimo li tlak na 0,1 bar, voda će se pretvoriti u mjehuriće već na 45 ^oC. Sve dakle ovisi o vanjskom tlaku, što u našem slučaju znači o brzini propelera.

Vrenje vode uz propeler ima dalekosežne posljedice jer mjehurići koji pri tome nastaju stvaraju dodatni otpor, a usto mu uništavaju površinu zbog nastajanja mikroskopskih virova (kavitacijska korozija). I jednom i drugom su nedavno doskočili kineski i malezijski znanstvenici koji su za časopis Cell Reports Physical Science napisali znanstveni rad „Cavitation suppression in hydrodynamic systems via hydrogel coatings“. Što su napravili? Napravili su hidrofilni, čvrsti i glatki gel na kojem su teško nastajali mjehurići jer se nisu mogli oko čega formirati. No nije bilo lako napraviti takav gel.

Njihov se gel sastoji od dvaju polimera. Prvi je polimer poliakrilamid. On daje gelu čvrstoću. Drugi polimer dolazi iz prirode. Riječ je alginatu, dakle polisaharidu. On daje hidrofilnost. No to nije sve, jer su molekulski lanci oba polimera poprečno povezani kako bi nov materijal bio što čvršći. Najboljom se kombinacijom pokazao poliakrilamid s dodatkom 15 % alginata.

Jednostavan je pokus vrtnje propelera u morskoj vodi pokazao da se prvi mjehurići, prvi znakovi kavitacije kod nezaštićenog propelara javljaju pri 5100 okretaja u minuti (rpm), a kod zaštićene površine propelera pri 5325 rpm. Premazivanje propelera gelom omogućava veću brzinu broda jer se pri istoj brzini okretanja postiže 3,4 % veći potisak. Zahvaljujući tome što propeler sa zaštićenom površinom ima veću maksimalnu brzinu, on može postići oko 30 % veći potisak. Ali ne samo to.

Smanjivanje kavitacije smanjuje buku i – što je još važnije – produljuje životni vijek propelera jer u alginatno-poliakrilamidnom hidrogelu ne nastaju rupice izazvane sićušnim vrtlozima. Rupice naime stvaraju nove jezgre kavitacije povećavajući otpor propelera i ubrzavajući njegovo propadanje.

Lijepo je imati gel s kojim je dovoljno premazati brodski vijak da bi se spriječila kavitacija, povećala brzina i smanjila korozija – no ne bi bilo lijepo kad bi se njime moralo svaki dan premazivati elisu. Ni za to se ne trebamo bojati. Znanstvenici su pustili propeler da se bez prestanka 30 dana vrti u morskoj vodi pri brzini od 3000 rpm – i na njegovoj površini nisu otkrili ni najmanji trag bilo kakvog oštećenja.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.