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

кии ) воздушный ноток, а с противоположной стороны из-за вихрей он становится порывистым.

4.84. В конечном счете в крушении моста были повинны установленные на нем большие вертикальные шиты. Воздушный поток, налетая на эти щиты, разделялся и обтекал их, а затем и сам мост. Давление над верхней и под нижней кромками щита из-за этого отклонения понижалось. Если бы щит стоял совершенно симметрично по отношению к ветру, то уменьшение давления сверху и снизу щита было бы одинаковым. Но угол, под которым ветер налетал на щит, все время менялся, соответственно менялось и давление. Область пониженного давления перемещалась поперек моста, и на нее накладывалась турбулентность, образующаяся с наветренной стороны щита. Под действием разности давлений над и под ним мост начал колебаться. Аналогичные колебания наблюдаются и на галопирующих телефонных проводах, которые, кроме того, под влиянием разности давлений и вихревых потоков свистят (см. задачу 1.55).

4.85. Турбулентность чистого воздуха, по-видимому, объясняется так называемой неустойчивостью Кельвина - Гельмгольца. В качестве модели этой неустойчивости рассмотрим ванну, наполненную легкой и тяжелой жидкостями, причем первая находится наверху и скользит по поверхности второй. Если их относительная скорость невелика, то

всякое возникающее на границе раздела возмущение быстро затухает. Однако при увеличении скорости движения подобное возмущение может привести к проникновению одной жидкости в другую и образованию завихрений. Аналогичным образом вихри могут возникать и в атмосфере, где иногда наблюдаются сильные сдвиговые ветры (и обусловленные ими резко выраженные воздушные потоки), а также значительные горизонтальные температурные градиенты (и соответственно большие различия в плотности смежных слоев). Турбулентность чистого воздуха, как считают, связана с вихревыми движениями, возникающими на границе раздела слоев.

4.86. Так как на вершине горы давление меньше и вязкость воздуха понижена, то часы там должны идти быстрее.

4.87. Сетка сужает отверстие, через которое проходит вода, и вызывает в потоке воды турбулентность и кавитацию. Ощущение мягкости воды обусловлено, по-видимому, наличием воздушных пузырьков.

4.88. Насколько мне известно, систематическим исследованием этого вопроса никто не занимался, хотя в статьях на спортивные темы часто говорится о быстрых и медленных бассейнах. На мой взгляд, канавки по краям бассейна, в которые собирается вода от поверхностных волн, служат для устранения отражения волн от краев бассейна. Эти волны

могли бы мешать пловцам. Попытайтесь разобраться во всех этих вопросах самостоятельно.

4.89. Вода, переливающаяся через водослив, подобна воздушному потоку, набегающему на край препятствия (см. задачу 1.56),- в потоке воды также возникают колебания. В падающей струе воды эти колебания возбуждают стоячую волну, длина которой равна 4/5 высоты водослива. Вследствие резонанса между колебаниями давления в потоке на краю водослива и собственной частотой колебаний струи амплитуда стоячей волны может достигать значительной величины. Дрожание земли вблизи водопада (см. задачу 2.65) может быть обусловлено такой стоячей волной.

4.90. При обтекании воздухом края парашюта образуются вихри. Поскольку вихри возникают то с одной, то с другой стороны, давление у купола парашюта также понижается то с одной, то с другой его стороны. Эти изменения давления начинают раскачивать парашют. Если частота колебаний давления близка к частоте маятниковых колебаний груза, подвешенного к куполу, то размах последних может достигать 60°. Отверстие в центре купола пропускает часть набегающего воздушного потока и дает ему возможность двигаться в направлении центральной оси парашюта. Этот поток разрушает вихри с наружной стороны купола парашюта.

Автомобиль еще более чувствителен к таким коле-

баниям, чем парашютист. Поэтому тормозные парашюты на автомобилях делаются так, что в отверстие проходит еше ббльшая часть набегаюшего потока, в результате чего вихри устраняются эффективнее.

4.91. Характер тока воды вблизи дрейфующего корабля и механизм обмена импульсами между ними пока еще не исследованы сколько-нибудь подробно. Однако ббльшую скорость корабля по сравнению со скоростью течения можно отчасти объяснить па основе простого анализа сил, действующих на корабль. Сила тяжести корабля направлена вертикально вниз, а выталкивающая сила несколько отклоняется от вертикали, поскольку река течет под гору . Таким образом, сила тяжести имеет составляющую, направленную параллельно поверхности потока. Эта составляющая компенсируется сопротивлением движению корабля со стороны воды. Если корабль заменить соответствующим объемом воды, то последний также испытывал бы гидродинамическое сопротивление. Но поскольку в этом объеме воды происходило бы турбулентное перемешивание, он, при той же скорости, встречал бы большее сопротивление, чем корабль. В результате скорость, при которой

Дело здесь, по-видимому, не в турбулентном перемешивании, а в том, что из-за взаимодействия с дном и берегами скорость реки в различных точках различна. Она увеличивается к середине реки и к поверхности. Корабль же движется как целое, и скорость его частиц одинакова. ~ Прим. ред.

сопротивление воды уравновешивает параллельную поверхности составляющую силы тяжести, для корабля больше, чем для эквивалентного объема воды.

4.92. Сплошная стенка вызывает сильные вихри, взметающие снег. Забор из редких планок создает более слабые вихри. Если скорость воздуха в создаваемых забором вихрях меньше той, которая необходима для удержания снега в воздушном потоке, то снег будет откладываться с подветренной стороны забора.

4.93. Какой-либо предмет может задержать снег только в том случае, если снег подлетит достаточно близко. Воздушный поток начинает разделяться в десятках и даже сотнях метров от большого дома, и снег разметается в стороны прежде, чем успеет приблизиться к зданию. Небольшое препятствие на пути ветра, например столб, разделяет воздушный поток гораздо слабее, поэтому снег подлетает к препятствию близко.

4.94. Задняя кромка крыла делается острой, чтобы граничный слой воздуха на верхней части крыла не отрывался слишком рано. Преждевременное отделение привело бы к возникновению турбулентности у задней части крыла, и самолет не смог бы лететь, так как турбулентное перемешивание воздушного потока препятствует возникновению подъемной силы.

4.95. Аэродинамика лыжника, конечно, слишком сложна, чтобы рассматривать ее

теоретически, так что выбор той или иной стойки без экспериментальной проверки может быть основан лишь на догадках.

4.96. Аэродинамическое сопротивление, действующее на мяч, обусловлено двумя факторами: разностью давлений между передней и задней (по отношению к направлению полета) частями мяча и трением мяча о воздух. У гладкого мяча пограничный слой воздуха отрывается, не успевая зайти далеко на его заднюю сторону. При отделении пограничного слоя образуются вихри, и давление за мячом понижается. Так как перед мячом давление повышено, возникающая разность давлений замедляет полет мяча. Если поверхность мяча имеет неровности, отделение граничного слоя задерживается. В результате давление за мячом понижается слабее, разность между давлениями спереди и сзади мяча и соответственно сопротивление, обусловленное этой разностью, уменьшаются. Поэтому вмятины увеличивают дальность полета мяча для гольфа.

4.97. В способности птицы летать можно условно выделить два аспекта. Крылья птицы действуют как несущие плоскости (см. задачу 4.31), птица может парить в воздухе (см. задачу 4.98). Но когда птица взмахивает крыльями, то толчок вперед возникает не потому, что крыло отталкивает воздух назад, а вследствие того, что перья в воздухе вращаются и действуют подобно пропеллерам самолета. Возможно, ощипанная птица и

могла бы парить, но лететь она не смогла бы.

4.98. Птицы и планеры могут парить, используя ветер, отклоняемый вверх какими-либо препятствиями, например холмами или морскими волнами. Однако при полетах на большое расстояние более выгодно пристроиться в поднимающихся струях теплого воздуха. Эти струи представляют собой кольцевые вихри, которые возникают, когда воздух из пограничного приземного слоя отрывается от земли. Циркуляция в центре такого кольца направлена вверх, а по краям - вниз (ситуация, обратная рассмотренной в задаче 4.74). Птица может парить, делая круги над восходящим потоком вихря.

4.99. Все воздушные змеи действуют по принципу несущей плоскости - они разделяют воздушный поток так, что давление снизу оказывается больше, чем сверху. В результате и возникает действующая на змея подъемная сила (см. задачу 4.31). Уздечки способствуют распределению нагрузки, идущей от леера, и придают змею устойчивость, причем она зависит от способа привязывания уздечки. Например, последние три типа уздечки (см. рис. 4.99) обеспечивают большую устойчивость, чем первая. Уздечка используется также для обеспечения нужного угла атаки, то есть угла между плоскостью змея и направлением ветра. При слабом ветре угол атаки должен быть больше, чтобы большая часть набегающего потока отклонялась и создавала доста-

точную подъемную силу. При сильном ветре угол атаки должен быть меньше, так как в этом случае отклоняемый воздушный поток меньше. Хвост змея, на который всегда так забавно смотреть, выполняет две основные функции. Во-первых, создаваемое им аэродинамическое сопротивление стабилизирует полет змея и делает его менее уязвимым для порывов ветра. Во-вторых, хвост помогает выдерживать нужный угол атаки змея.

4.100. Дорожки в облаках создаются горизонтальными вихревыми потоками - рядами вихрей, оси вращения которых горизонтальны и ориентированы по направлению ветра. Там, где циркуляция между двумя смежными вихрями направлена вверх, воздух при расширении охлаждается и часть содержащегося в нем пара конденсируется, образуя облако (см. задачу 3.23). Там же, где циркуляция между двумя смежными вихрями направлена вниз, облака не возникают. Вихри обусловлены тепловой циркуляцией, при которой теплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается вниз, аналогично тому как это происходит в циркуляционных ячейках Бенара (см, задачу 4.101), Горизонтально дующий ветер растягивает эти вихри в горизонтальные потоки.

4.101. Если температура внизу жидкости значительно выше, чем в верхних ее слоях, то жидкость становится неустойчивой, и в ней образуются конвекционные потоки, в которых более горячая

жидкость поднимается вверх, а более холодная - опускается вниз. При этом могут возникать изображенные на рисунке структуры. Например, горячая жидкость поднимается вверх внутри шестиугольной ячейки, а холодная опускается вниз по краям ее, смежным с другими ячейками. Для заданной разности температур и данной жидкости можно теоретически предсказать, какие из этих структур (колец и многоугольников) соответствуют появлению устойчивого потока. На поверхности кофе ячейки становятся видимыми отчасти из-за крошечных капелек, взвешенных в восходящих потоках горячей жидкости. Наэлектризованная расческа разгоняет эти капельки, нарушая правильную форму ячеек.

4.102. Улицы в песчаных дюнах создаются горизонтальными вихревыми потоками того же типа, которые образуют дорожки в облаках (см. задачу 4.100). Там, где по соседству оказываются два восходящих потока, песок собирается в дюну. Там же, где потоки воздуха направлены вниз, дюна не образуется. Поскольку во всех пустынях земного шара преобладают северные или южные ветры, улицы песчаных дюн направлены с севера на юг.

Полосы на поверхности океана также образуются под действием аналогичных вихрей, возникающих в приповерхностном слое воды. Там, где поток воды в двух соседних вихрях направлен вниз, собираются всякого рода водоросли и т. д. Там же, где потоки направлены

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.