Читальный зал -->  Физический фейерверк 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 [ 69 ] 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

над яйцом и под ним? Играет ли здесь какую-либо роль турбулентность струи? Если яйцо, плавающее в спокойной воде, окажется в узкой горизонтальной струе, будет ли оно двигаться навстречу потоку?

4.24. В слое потока, прилегающем к ложке, образуется узкий вихрь с пониженным давлением. Так как с противоположной ложке стороны потока давление равно атмосферному, а у ложки оно меньше, то поток прижимается к ложке (это явление носит название эффекта Ко-анда). Внизу струя отклоняется в силу эффекта чайника , разобранного в задаче 4.118.

4.25. Когда воздушная струя проходит мимо устья трубки, давление в ней понижается. На поверхность воды вокруг трубки действует атмосферное давление. Возникающая разность давлений заставляет воду подниматься по трубке. Главный вопрос заключается в том, почему понижается давление в воздушной струе. Как было сказано в ответе к задаче 4.20, в свободном воздушном потоке давление равно атмосферному. Следовательно, давление в воздушной струе должно понижаться вследствие обтекания ею трубки.

В связи с этим следует обратить внимание на два обстоятельства. Часть воздуха, проходя над трубкой и вдоль ее стенок, отклоняется вверх и в стороны. Прилегающий к трубке слой воздуха будет двигаться быстрее, поэтому давление в нем понизится. Если поток завихряет-ся, что вполне вероятно, то

над трубкой в нем образуются вихри, которые также понижают давление. Так или иначе, давление над трубкой понижается.

4.26. Впереди быстро идущего поезда создается фронт высокого давления, а за ним - область низкого давления. Когда встречные поезда разъезжаются, стекла поезда могут быть выдавлены наружу, поскольку между поездами возникает область пониженного давления.

4.27. Когда воздушный поток отклоняется конусом вверх, давление непосредственно над конусом понижается (см. задачу 4.25). Поэтому воздух из норы через лаз выталкивается наружу, обеспечивая тем самым вентиляцию.

4.28. Ускорение воздуха, отклоняемого над капотом при движении машины, настолько велико, что возникающие при этом силы разрывают насекомых.

Увеличение скорости потока вызывает резкое уменьшение давления в нем. Давление же внутри насекомого равно атмосферному.- Прим. ред.

4.29. Предположим, что полотнище флага совершенно гладкое и в какой-то момент оно полностью развернуто на сильном ветру. Но вот возникает небольшое возмущение, и в результате с одной стороны флага воздушный поток немного отклоняется наружу, чтобы обогнуть складку. Обтекая складку, он должен двигаться скорее. С увеличением скорости давление, как мы знаем, уменьшается, поэтому складка увеличивается

из-за различия давлении по разные стороны флага. Одновременно она движется вдоль флага в направлении ветра - флаг полощется.

4.30. Наклоненное вниз крыло создавало силу, направленную вниз; тем самым улучшалось сцепление колес с дорогой. Это позволяло машине быстрее проходить повороты. Аэродинамическая сила крыла здесь создавалась так же, как и на самолете (см. задачу 4.31), только в данном случае она была направлена вниз.

Вентилятор в задней части автомобиля тоже создавал направленную вниз силу,увеличивающую сцепление колес с дорогой. Воздух, который засасывался под автомобиль, ускорялся, так как сечение воздушного потока уменьшалось. Согласно уравнению Бернулли, увеличение скорости потока сопровождается понижением давления. Таким образом, давление над автомобилем оказывалось выше, чем под ним, и автомобиль почти в полтора раза сильнее прижимался к дороге.

4.31. Воздух, обтекающий крыло, движется над крылом быстрее, чем под крылом. Следовательно, давление под крылом больше, чем над крылом, в результате чего и возникает подъемная сила.

Из источников, на которые мы ссылаемся, не всегда можно понять, применимо ли в данном случае уравнение Бернулли или нет. Это уравнение непосредственно вытекает из закона сохранения энергии. Так как на воздушный поток, обтекающий крыло, влияют также адгезия

( прилипание ) и вязкость воздуха (а оба эти эффекта сопровождаются совершением работы в воздушном потоке), то это уравнение, казалось бы, применять нельзя. Однако им все же можно воспользоваться, если учесть вязкость и адгезию, считая, что в дополнение к безвихревому обтеканию крыла воздушным потоком сушест-вует еше некий кольцевой поток, прилегающий к крылу (который направлен вперед под крылом и назад над ним). Такое наложение кольцевого и линейного потоков рассматривается в работах Кут-ты и Жуковского о подъемной силе крыла. Над крылом скорость циркуляции складывается со скоростью линейного потока, в результате скорость воздуха увеличивается. Под крылом циркуляция направлена против линейного потока, и скорость воздуха уменьшается. Тогда в силу уравнения Бернулли давление над крылом оказывается меньше, чем под крылом, поэтому возникает подъемная сила. Как видим, уравнение Бернулли в данном случае можно применять только с определенными оговорками и уточнениями.

Истинная подъемная сила крыла, согласно теории Кут-ты и Жуковского, рассчитывается путем определения изменения импульса воздушного потока при его отклонении циркуляционным потоком. В соответствии с законом Ньютона сила, необходимая для отклонения воздуш-

Такое обтекание крыла возникает благодаря отрыву от крыла вихрей, которые образуются на линии встречи потоков, идущих над и под крылом.- Прим. ред.

ного потока вниз, равна по модулю подъемной силе крыла.

4.32. Когда летчик пытается выйти из пике, эффективный вес самолета увеличивается из-за центростремительного ускорения, возникающего при полете по дуге. Подъемная сила крыльев, которая и так была недостаточной, теперь должна стать еще больше. А для того чтобы подъемная сила увеличилась, скорость самолета при выходе из пике должна быть больше скорости нормального полета.

4.33. Ветер, обтекающий парус, создает горизонтальную подъемную силу , направленную в сторону выпуклости наполненного ветром паруса (см. задачу 4.31). Эта сила максимальна, когда парусное судно идет под прямым углом к ветру. Тогда скорость судна и достигает наибольшего значения.

4.34. Обычно летающая тарелка движется в воздухе так, что ее передний край приподнят, поэтому, как и в случае крыла, возникает подъемная сила (см. задачу 4.31). Кроме того, ориентация летающей тарелки несколько стабилизируется благодаря ее вращению, подобно тому как стабилизируется вращающийся гироскоп.

4.35. Существуют два подхода к решению проблемы мускулолетов : либо это аппарат, который приводится в движение человеком, либо это просто крылья, привязанные к рукам человека, размахивая которыми он прыга-

ет с высокого строения. Однако если в последнем случае высота будет больше 3-6 м, то полет вряд ли будет успешным, а приземление наверняка запомнится надолго. Более многообещающим представляется легкий самолет, в котором один-два человека крутят педали, обеспечивая движение вперед и подъемную силу. Впервые такой полет был совершен в 1961 г., мускулолет пролетел около 50 м. С тех пор появилось много различных конструкций с размером крыльев от 20 до 40 м. Главная трудность при создании таких аппаратов - добиться возникновения подъемной силы при наименьших затратах мощности. В предлагаемых конструкциях даже хороший спортсмен не в состоянии обеспечить мощность, необходимую для полета более чем на 100 м. Однако, по-видимому, для этих целей можно приспособить спортивные самолеты с размахом крыльев 15 м и подходящим профилем крыла, если умело использовать ветер и тепловые потоки в атмосфере. Тогда один или два человека смогут просто вывести самолет на достаточную высоту, где он будет действовать отчасти как планер (см. задачу 4.98).

4.36. При игре в гольф крученый мяч, которому придана нижняя закрутка , поднимается вверх подобно тому, как закрученный бейсбольный мяч отклоняется вбок (см. задачу 4.39). Высота полета мяча с верхней закруткой меньше, поэтому летит он не так далеко, зато дальше катится по полю. В любом из этих случаев мы

имеем дело с конкурирующими эффектами - какой из них окажет более существенное влияние на проходимое мячом расстояние, зависит от характера площадки, аэродинамических свойств мяча и т. п.

4.37. Ветер, огибая вращающиеся цилиндры, толкает их вбок. Этот эффект также подобен отклонению бейсбольного мяча (см. задачу 4.39). При соответствующей ориентации судно начинает двигаться по воде вперед.

4.38. Ветер, попадающий на здание, частично прогоняется через нижний просвет. При этом скорость его возрастает.

4.39. При закручивании бейсбольному мячу придают вращение вокруг вертикальной оси. Во время полета в воздухе на такой крученый мяч действует горизонтальная сила (эффект Магнуса), которая отклоняет его в сторону. Эта сила обусловлена разницей давлений с двух сторон мяча: с той стороны, которая при вращении движется навстречу потоку, давление оказывается больще, чем с противоположной.

В данном случае, как и при объяснении возникновения подъмной силы крыла (см. задачу 4.31), уравнение Бернулли нельзя применять прямо, поскольку при вращении мяча в воздушном потоке существенную роль играют эффекты адгезии и вязкости воздуха. Эти эффекты учитываются наложением на линейный поток кольцевого замкнутого потока, циркулирующего в направлении вращения мяча. Тогда можно

применять уравнение Бернулли, так как теперь не нужно учитывать внешние силы, совершающие работу в огибающем мяч воздушном потоке. Мы найдем, что давление с одной стороны мяча меньше, чем с другой. Под действием этой разности давлений мяч отклоняется.

Горизонтальная подъемная сила может быть рассчитана в соответствии с теорией Жуковского и Кутты, подобно тому, как определяется вертикальная подъемная сила крыла.

4.40. Противоположный эффект можно наблюдать на гладком, медленно вращающемся и медленно движущемся поступательно мяче. При определенных условиях с той стороны мяча, которая, вращаясь, движется вместе с набегающим потоком, поток будет ламинарным, а с противоположной, которая движется навстречу потоку, может происходить турбулентное перемешивание воздуха. Давление в вихре меньше, чем в ламинарном потоке, поэтому мяч отклоняется в сторону, противоположную направлению отклонения мяча, рассмотренного в предыдущей задаче. Естественно, что отрывающийся от мяча поток отклоняется за мячом также в противоположную сторону.

4.41. Вертикально направленные силы создают волны с небольшой амплитудой. Когда поток воздуха проходит над этими волнами, он слегка отклоняется вверх над гребнем волны, а затем - вниз, во впадины. Если бы поток был идеальным, то энергия ветра не передава-

лась бы волнам, и амплитуда их оставалась бы прежней. Но возникающая во впадине циркуляция воздуха смещает область максимального давления в сторону воздушного потока. Поэтому изменения давления уже не совпадают по фазе с волнами на воде, часть энергии воздушного потока передается волнам и их амплитуда возрастает.

4.42. Гигантские валы в океане образуются в результате наложения множества волн, совпадающих по фазе. Эти гигантские волны не проносятся через океан, подобно цунами. Наоборот, они быстро исчезают, так как составляющие их отдельные волны расходятся по разным направлениям и с несколько различными скоростями.

4.43. При скорости ветра больше 5 м/с на поверхности воды возникает турбулентность, вследствие чего появляются воздушные пузырьки. Скопления таких пузырьков и образуют барашки. Групповая скорость морских волн примерно вдвое меньше фазовой. Это означает, что отдельные волны, образующиеся позади группы волн, движутся вперед со скоростью, примерно вдвое большей, чем вся группа волн в целом, а затем исчезают в передней части этой группы. Максимальной амплитуды отдельная волна достигает в центре группы.

Групповая скорость волн отличается от скорости одной волны по той причине, что скорость распространения волны зависит от длины волны (дисперсия), а группа волн состоит из набора волн различной длины,- Прим. ред.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 [ 69 ] 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.