Меркулов В.И. - Гидродинамика знакомая и незнакомая, страница 7

Струя в начальный. момент «2 имеет скорость («~ и улетит на рас- стояние где «2 — момент фокусировки. В конечный момент «2 скорость будет равняться И струя должна за время «2 — «2 пройти тат,жа путь 5 1,О(О)1 ', Ю = (УО~ 1 ' («2 — «2). .0 («2) Отсюда находим связь с О(О)1 ' 2?(«2) «2 «2 Начальный момент времени можно принять за начало отсчета. Перепишем последнюю формулу следующим образом: «?(«2) «3 «2 «2 1 — —. н(()) «« Как мы увидим ниже„особый интерес представляет случай, когда «2/«2 = 1 Эта уСлОвие нам позволяет написать приближенную фор- мулу Зададимся линейным законом изменения диаметра 1? («) = В (О) 1— «?(О) л ' где ю = сопз1 — скорость изменения диаметра.

Тогда Отсюда г «2 = —, $ = — 2)?(О). 1?(О) и. 22 27 Интервал «2 — «~ = «2 определяется допустимым пределом изменения диаметра «?(«2) И 1 1?(О) 1?(1)) 222 По-видимому, реально задать $ = 1ОО(О). Такого условия можно достичь, если закрывать затвор са скоростью Тогда время «2 будет равняться 2ОВ 1 1 031 За это время будет выброшен объем воздуха 1 = ОНО 1 — 1 м2С, который и образует одиночный вихрь. Увеличение длительности формирования вихря в 10 раз увеличивает диаметр вихря в 2,15 раза по сравнению с диаметром затвора. Во столька же раз при этом увеличивается скорость движения вихря.

Кроме того, уменьшается требуемое быстродействие затвора тоже в 10 раз. ВО.') НИ Ч~'Ж Ч йЪ М ~ Т ЛНО МОРЯ амаэаеавм фЬ, $ И..'!'.РЧ'!Х .'!!Л 'г:. '..-~'.~1.й)г' 'и: „1~~~~ж с'к;~' .'~Л;).".~:. ~:."~; 1:.~ И, ~ й;~ ..~:,:;;~,з ) ..~Р ,ми ' м' 'и. 3 . с' ° с Ц3'..'М ° $1.' Фч. 1- 1:ж! В 1' . '.'. 331 ° 1 1".';1.

1, Г' ~М1 ."Я *,":*' ! Такая волна благодаря своей длине обладает и большой скоростью распространения, достигающей иногда 700 — В00 км/ч. От места катастрофы волна спешит со скоростью современного самолета к островам и материкам, покрывая тысячи километров. Совершенно незаметная в океане на глубоких местах, волна цунами становится неузнаваемой, когда прибди.жается к берегу, где глубина становится меньше, Скрытая в ней энергия поднимает большие массы воды иа высоту до 40 м.

Гигантская волна обрушивается на берег и оставляет за собой руины и обломки на месте городов и лесов. Именно такая катастрофа не очень давно произошла на Курильских островах. Потрясающее по драматизму и достоверности описание цунами дано в рассказе Н. Мартьянова ~Не спи1 Цунами нападает из-за углаь (Виан иев 'сила, 1965, Мо 9), ея взглянул в сторону воды. Так вот ты какое1 Встретилнсь мы с тобой... Под низким светлым солнцем, перерезая спокойную синеву, шла на берег высокая, темная и тоже, какая-то очень спокойная полоса. Вот на ней местами забился оелый, прозрачный от солнца венчик„перекатывающийся шум стал нарастать, и я понял, что просто не успею добежать ни до склона, ни даже до мостков через нашу речушку. Оглянулся — назад тоже было поздно.

Оставались шлюпки — до них было метров тридцать. Похоже, что эту первую волну ослабила прибрежная гряда камней, Я пригнулся, стоя рядом со шлюпкой, и дьявольски холодный ледяной вал не то захлестнул, не то подтопил нас. Я толком ничего не успел сообразить, как отхлынув- 94 шая волна медленно и как-то очень длинно вытащила меня в бухту... Отнесло меня довольно далеко — метров за триста-четыреста.

Вокруг шумело и шум даже усилился. Чертыхаясь и отплевываясь, я стал стаскивать сапоги, и развернувшись, слу айно взглянул в сторону океана. Это было так страшно, что я закрыл глаза. Потом посмотрел опять. И еще успел подумать, что дело мое дрянь. Совсем дрянь. Потому что надо всей этой мелкой толчеей — надо мной, над шлюп- .

кой, над бухтой — нависал темный переливающийся„застывший и несущийся серо-зеленый водяной кряж. Он валился 'на меня с нахлобученной белой, как льдина, грядой наверху, и последнее, что я видел — его косой лоб, и по нему стекали вниз какие-то легкомысленные струйки и разорванные кружева пены. Это была вторая, главная волна. Меня оторвало от шлюпки, подняло, завертело — и вдруг выбросило в какой-то чужой мир, чужую планету, где не былЬ ни ветра, ни воды, ни земли, ни воздуха, ни цены — только страшная белая кепродыхаемая смесь, пустая и вязкая, а в ней меня поворачивало и медленно швыряло, оглушенного, задыхавшегося. Внезапно это кончилось. Гребень цунами ушел вперед, а я соскользнул по тыльной стороне волны еще дальше в океан.

Я кашлял и отплевывался, но я дышал, я был жив1 И я не отрываясь смотрел на берег и видел, как взлеталн в воздух бревна и доски причалов, как в пене швырнуло вперед разваливающиеся сараи рыбозавода, как далеко по речушке побежал высокий поворотливый вал. А волна со спадающим бурым гребнем шла даль- ше и дальше, вот уже были сбиты. крайние домики, и мне показалось, что грязная пена догнала послед- ние черные пятнышки убегавших людей„, ...Волна остановилась и ленива поволокла с собой в бухту крыши, щиты, бочки, шлюпки, доскиэ. Сопоставляя этот рассказ и законы поведения волн, можно понять обстоятельства, сохранивl шие жизнь автору, Он встретил основную волну вдали от берега, где .глубина была большей, а следовательно, волна более низкой и пологой, Но если это событие оцени- вать не по законам механики, а по человеческим законам, то нуж- но сказать, что его спасло соб- .

ственное мужество. Знание законов волнового дви- жения жидкости позволяет опреде- лить время, за которое волна цуна- ми достигнет берегов, предугадать наиболее опасные участки берега. Все это необходимо для преду- преждения возможной катастрофы. ВОЛНЫ В ТОПЛИВНОМ ОТСЕКЕ РАКБТЫ Волны бывают не только на море.

Главную часть веса современной ракеты, предназначенной для освоения космоса, составляет жидкое топливо. Волновое движение топлива в баках ракеты в большой степени влияет на ее движение. А о точном управлении ракетой без учета тех возмущений, какие вносит волна, не может быть и речи. К этим возмущениям еще добавляются упругие колебания корпуса ракеты. . Исследование движения жидкости в упругих баках представляет собой трудную и интересную математическую задачу.

А как ведет себя топливо, ког да р~~~та находится в состоянии невесомости? В этом я„„„ нет ни верха ни низа И если топливо занимает только часть бака, то где оно будет находиться7 Чтобы понять важность этого вопроса, представим себе, что произойдет после включения тормозного двигателя, если топливо располагалось несимметрично относительно оси ракеты, Ракета начнет кувыркаться, как фейерверочная игрушка. КОРАБЛЬ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ Имеется и еще одна область техники, где нужно глубокое знание законов волнового движения жидкости. Дешев и надежен водный транспорт.

Но ХХ век спешит, пытаясь обогнать время. И вот на реках появились стремительные суда на подводных крыльях, для которых родной стихией скорей является воздух, чем вода. Появились такие суда и на морских линиях. Однако плавают они только в спокойную погоду. И теперь, перед тем как отправиться в плавание, вы должны ждать у моря погоды.

Виноваты в этом волны, которые то лишают судно опоры, то принимают его в свои тяжелые объятия В настоящее врем я учен ые и инженеры многих стран работают над созданием судов с управляемыми подводными крыльями. Система автоматического управления так' изменяет угол вс|речн крыла с волной, что корпус судна не испытывает никаких колебаний, и он, двигаясь по прямой. не выскакивает из воды и не погружается в волны. Можно себе представить, каким точным должно быть такое управление, как точно придется нения Образование волны, во-первых, требует мощности и, во-вторых, приводит к разрушению берегов. Последнее обстоятельство в настоящее время привлекает к себе все большее внимание. Возычем тонкий стальной лист, погрузим его в водяной поток.

При параллельном направлению потока положении листа никакой волны практически не образуется, Ничего не изменится, если этот же лист согнуть в прямоугольную коробку с образующимися плоскостями, параллельными скорости воды, Мы превратим эту коробку в модель судна, если во внутренней части сделаем необходимые утолщения. Однако теперь не вся вода, приходящая к входному отверстию, войдет во внутренний канал.

Часть ее начнет обтекать трубу с внешней стороны, а это приведет к возмущениям внешнего потока и к образованию волны на свободной поверхности. Этого можно избежать, если на входе в межкорпусное пространство поставить.колеблющиеся крылья, которые должным образом воздействовали бы на поток и подталкивали воду внутрь. Для любой геометрии внутреннего канала можно указать необходимое управляющее воздействие, которое бы гарантировало требуемый режим течения. Если пренебречь вязкостью воды, а при изучении волнового движения это вполне допустимо, то можно воспользоваться принципом обратимости.