Меркулов В.И. - Гидродинамика знакомая и незнакомая, страница 4

Если же опустить линейку в воду, то при поперечном движении она будет увлекать большую массу воды, а при движении в своей плоскости оставит жидкость почти неподвижной. Вычисление присоединенной массы для тел различной формы представляет довольно сложную задачу математической физики.

Однако, имеется простой и очень точный способ экспериыентального определения присоединенной массы любога тела. Если тело подвесить на тонкой и длинной нити, то получится физический маятник, частота колебаний которого, вообще говоря„зависит от длины маятника 1, его массы и веса В обычной формуле для частоты колебаний математического маятника, которая равна масса в явном виде не фигурирует, но она, с одной стороны, содержится в числителе, образуя в произведении с ускорением свободного падения д вес,.а с другой — стоит в знаменателе уже как масса маятника.

Таким образам, частота колебаний маятника. в вакуума не зависит от массы, Если же эгат маятник поместить в жидкость, например в воду, то частота колебаний уменьшится. Теперь формулу для частоты можно приближенна записать в следующем виде: т~ф' — Р и=— 2к 1(т~ + ют~ Здесь т~ — масса тела; Р— архимедова сила, направленная вверх, т~я — Р— вес тела в воде; тт— присоединенная масса жидкости; т1 + тц — полная масса маятника, Формула эта . приближенная, так как в реальной жидкости на маятник будут действовать еща и силы вязкости. Но если амплитуда колебаний маятника будет милой, а частота достаточно высокой, то этим .влиянием можно пренебречь.

Для повышения точности определения ' присоединенной массы можно подвесить тело' на упругой пружине.. Массу самого теда т, можно определить по весу тела в вакууме.. Разность т~я — Р равна васу этого же тела в жидкости. Частота колебаний а с большой точностью опредаляетс я в процессе эксперимента, Из этой формулы можно найти искомую присоединенную массу. Подвешивая тело по-разному, можно определить присоединенную массу прн разных направлениях движения тела. Бредущий по воде человек является не очень хорошим примером проявления присоединенной массы, однако даже в этом случае можно видать ее влияние, Медленна опускающаяся ступня почти не испытывает сопротивления, в то время как для передвижения наги вперед с ускорением требуется большое усилие.

Попытка .же.аплодировать под водой вообще окажется безуспешной, как ни сильны были' бы эмоции, вызвавшие эти аплодисменты. Эта обстоятельство объяс- няется присоединенной массой раскрытых ладоней, которая увеличивается по мере сближения ладоней. ПО ВОДЕ МОЖНО БЕЖАТЬ Однако пора вернуться к вопро су, поставленному в начале главы, Можно ли ходить по воде? Оказывается, ' что при определенных условиях можно. Например, некоторые болотные птицы бегают если не па самой воде, то по плавающим ' на ней листьям, При этом нужна, конечно, иметь в виду, что сами листья очень тонкие, тяжелые н обладают очень малой плавучестью, так чта, если птица задержится на одном из них хотя бы на несколько секунд, лист .

опустится в воду и дальше птице уже придатся не бежать, 'а плыть. Бегущая птица толкает лист с силой, превосходящей ае собственный вес в насколько раз. При этом лист почти не успевает погрузиться в воду. В создании силы реакции участвует присоединенная масса листа, которая мажет в сотни раз превосходить реальную массу самого листа. Порывистые движения ног-й широко расставленные длинные пальцы птиц весьма подходят для такого перемещения. В большой степени использует- .. ся присоединенная масса человеком, пересекающим реку во время ледохода. Правда, он старается выбирать льдины покрупнее, запас плавучести которых достаточен, чтобы удержать человека, пока он будет выбирать новую льдину. Однако нередко приходится использовать льдины, которые слишком малы, чтобы на них стоять, на вполне достаточны, чтобы от них оттолкнуться.

Толчок, который они способны выдержать, зависит не столько от их плавучести, сколько от их собственной и присоединенной масс. В книгах о жизни гренландских эскимосов описывают прием, с 45 ))"н ~1~,~). ь ~ «1>"с —;, ~,' м,'; .~! т 1 ~'1 ' ! щ ф и ~ <'~' "фф» '"Ф4' ф,,~,:-ц~~:, ~:,„.~;ъ, ь,-; дв~~:г~'.,: ц~~ц., ~„,~д-,.„;, ~д Г -~~ .'И'1~1~.1..1 ЖЛ~ '.М'!'с ~!. 3 11 К,' Ч.

Г4гм ~~~':.лкий~ддд л.".!:~ л,«;~ д ~:,.~чцчк к з~ . ~~.:рс:.лн -;.„,;~~ г Р ~, ~З! с' ~'Г,",:у.;д ~,.",Л.",Ь\!~,"~~'.'Л И 4'' ~' !1~'.Ис ~: 4'„',М~$$ >10-3Н 1'и бс1<'~ СЙ~ М1". ~")~М,~„,Ь'1:.''$ ~,д~,"." "~~~~'1! Ь~:! 1В ~ .'~' й Й Й': ~: . 'ЛЬ~.~.' И зи-.:~':;;, . '..:. и -',ль А ~.лк кд~, ~, чл,банке .Ц-~~ ис.-;~.,'.!-;~~,ы я:-,1ч.;.,;лр;,~, .к :~~ФУ, $ Я: .~л "Я '~,)~'Г1Д;1~'; Д~Ъ~ 7Т,~~Ъ,'~~; !., ч$>Ч~. ~~~4(.

ъД ~; )Д3 ~Д~ «4 |, |, / 1'Н;3 '. 1!11,~Ь!(~.3~~ „',,'$Г,;;Г;~~;.~, ~. (,р~~; Б ТАК)ШИИ лНТО'чи,~1 ~ь МЯ'- ~ 1~итй'К ~ ° ~~~Й10 1~ ~.:1' 3 МЯ"!.~. ~Л- Г ",'. ''.Фс. ~~!'г~. 'Л~ "~К~~~ А.21~~ЫЛЯ ~ Л,'..Л В~:..Ы~ жс'~:;сж~ем .'.; ~, В~~,,<. ~:,. , ~та ', е *:~,~ .~,,, с ,"~ЪЪ .;ЧЯН И1~г~ ! О,'Т$1Г.ЛИК.с Ф1:;т! "МЫС~,Д Ел 1К;~,' 7К, ~),ЛИ,"1ь,~: ЪЕ, .:.1~')~й У~.3Ж,"~~ ~'!~1с ~~л д ~>',, ;3ф ф~К 1 НЫЛ . Р М М М Л Г '.

~ 1 ' Л. У М - М ~' ~4 ",'3Л ЬН ь ~' 1 т 3 ~':Р. Г ~! 7 й ~ ~ ~..~ 4 Ы В1 . '. ~ ~- ~'.'~ ) «) ЬШ,.~1 РИ ~,> Л,"! И „",4',". !~чу'..'3~~11~~» ~~~.'КИ~' М~" Й1Ц2Н~~,'',~';1'::; «~ ', ц ~ ~~.'~ 1 ~~ ", ' ~'* ~ ~~~~ ъч~ ь" ~ ~ о'д«аничк ~ ",'~ ~;~~~ ~ я М (1'' ! 'Я Д.:.".'ч'Дд~ ~~~: .'.~ ~ц.~~';.~, дд~;, ~(~~ уР~;-;~ ~'.,:~ .; \~цЛ ~К~ ~й.:Т[~ Ч~~.-З~цс'й~~ь~ 3~~.- ~с~~~~ ~ ~~<~К 1~РЛ~Я ~~~ Р СМЕРЧ-ТОРНАДО Поскольку несущий цилиндр имеет большие поперечные размеры, его внутренность ыажна использовать как фюзеляж для размещения пассажиров, двигателя и багажа В этом случае приводить ва вращение можно не сам ротор, а цилиндрическую решетку, охватывакицую несущий цилиндр.

МЕТЕОР СГОРАЕТ В ВОЗДУХЕ Августовскими вечераыи часто можно видеть «падающие звезды». На черном бархате неба, усеянном алмазными блестками, ядру< появляется ослепительная огненная точка. Прочертив на небосводе короткую яркую полосу, она исчезает. Теперь каждый школьник знает, что зто не звезды, а метеоры или метеориты, которые на своем пути встречают атмосферу Земли.

Что же происходит, когда метеор с большой скоростью входит в плотные слои атыосферыР Да сих пор ыы рассматривали течение несжимаемой жидкости или такие движения в воздухе, которые почти не приводят к его сжатию. Чтобы ответить на поставленный вопрос и дать объяснение многим другны явлениям, нужна учесть свойство воздуха сжиматься, которое в этих случаях играет существенную раль.

Рассмотрим течение воздуха в сужающейся трубе. Так как через любое сечение за единицу времени протекает одно и то же количество воздуха, то по мере сужения трубы скорость воздуха увеличивается. В воде увеличение скорости приводит к понижению давления и кипению холодной воды. Воздуху эта опасность не угрожает. До какой величины можно увеличить скорость в окружающей трубе7 Оказывается, только до величины, с кото- 53 рой распространяется звук в самом узком сечении трубы. Никакое увеличение давления не позволяет превзойти этот рубеж. Самое удивительное, чта нарастив трубу расширяющимся участком, можно без дополнительных усилий получить сверхзвуковую скорость газа.

Такое устройство, полученное шведским инженером Лавалем в результате теоретических и экспериментальных исследований, называется «соплом Лаваля». Когда какое-либо тело движется медленно, то воздух, как и 'вода, расступается перед ним, плавно огибает тела и за кормой смыкается в сплошной лоток. А если тело движется со сверхзвуковой скоростьюр Тогда возмущения, вносимые телом, не успевают отойти от него и воздух в носовой части сжимается. В этом процессе важную роль .играет отношение скорости движения к скорости звука, которая при обычных условиях равна 340 м~с, Это отношение названо числом Маха, по имени немецкого исследователя.

При сжатии воздух„как известно, нагревается. Вычисления показывают, что при движении тела со скоростью звука температура воздуха повышается на 60' С. Для советского сверхзвуковога самолета ТУ-144 нагрев воздуха достигает 4ОО' С. А в том случае, если число Маха равно 10, нагрев доходит до 6000' С, т. е. до температуры, при которой испаряются все известные в природе вещества, Эти цифры позволяют представить, что происходит, когда космические тела и корабли входят в плотные слои атмосферы. Малые метеоры сгорают, не достигнув поверхности Земли, Крупные (их тогда называют метеоритами) — рас- плачиваются теы, что оставляют в воздухе свою большую часть Как же снасти космический корабль ат действия столь высокой теыпературы7 Напомним чигателю, что эта проблема являлась серьезным препятствием иа пути освоения космоса.

Все первые искусственные спутники Земли существовали до тех пор, пока ани находились достаточна далеко ат границы атмосферы. Как только они приближались к Земле с намерением вернуться туда, откуда они вышли, Земля принимала их в свои настолько горячие объятия, что онн тут же сгорали, послав свои последние радиосигналы: «бип, бип, бнп, ...» Вход в атмосферу стал возможен только после того, как были созданы настолько мощные ракеты, что они могли послать на круговую орбиту спутник большого веса, который имел на борту тормозные двигатели и запас топлива к ним, Кроме того, на корабле должна быть сложная система ориентации и систеыа автоматического управления.

По сигналу с Земли или по команде космонавта корабль поворачивается так, что сопла его тормозных двигателей направляются в сторону движения. После включения эти двигатели начинают затормаживать корабль. Так как для полной остановки корабля понадобилось бы столька же топлива, сколько и для разгона, то торможение осуществляется только на некоторую величину. При этом корабль сходит со своей околоземной орбиты и входит в атмосферу, имея уже несколько меньшую скорость. Однако космический корабль,или капсула, отделившаяся от него, ясе равно подвергаются аэродинамическому нагреву до температур, превосходящих теы- пературы испарения всех известных иа Земле веществ. Чтобы понять, как же все-таки сохраняется корабль в таких условиях, проделайте следующий опыт.