Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 14
Текст из файла (страница 14)
р отя в решении главной задачи — в отыскании фор- мы наименьшего сопротивления — парижские академики не преуспелн, они получилн гораздо более обширный экспериментальный материал, чем тот, которым распо-- лагал Ньютон, когда создавал свою инерционную теорию гндродинамического сопротивления. Анализ этого материала отчасти подтверждал выводы Ньютона; а отчасти противоречил им. Так, великий англичанин считал, что гидродинамическое сопротивление прпктически ие зависит от трения между жидкостью я стенками движущегося тела и полностью.определяется инерцией перемещаемых слоев жидкости. Не смогли обнаружить влияния трения и парижские академики. «Это трение очень мало н не может быть выделено из прения в блоках и нз воздушного сопротивления», — писал Боссю.
Подтвердилось и другое мнение Ньютона, который чувствовал, как сильно может влиять свободная поверхность жидкости на величину гидродинамического сопротивления движущегося вблизи нее тела, и всегда оговаривался, что ограничивает свое рассмотрение только случаями движения тел глубоко под водой. Парижские академики, экспернментировавшие с моделями надводных судов, уделили серьезное впнмание этой стороне дела и на опыте доказали основательность подозрений Ньютона: сопротивление моделей, буксируемых на поверхности воды, возрастало не пропорционально квадрату скорости.
Секрет этого расхождения не остался загадкой для Боссю: увеличение сопротивления вызывалось создаваемыми на поверхности волнами. Однако наиболее важным для становления гидро- динамики результатом академиков было экспериментальное подтверждение вывода, теоретически предска-. занного Эйлером: сопротивление буксируемых моделей сильнейшим образом зависит от формы кормовой оконечности. Чем резче обрыв, тем болыпе сопротивление, и наоборот, закругленная или плавно сходящая на нет кормовая оконечность способствует снижению сопротивления. Этот вывод, вопиюще противоречивший утверждению ньютоновой теории сопротивления, вызвал повншенный интерес к фундаментальному исследованию академиков.
Пошли споры о причинах такого расхождения. Не заключались ли этв причины в том, что модели испытывались на поверхностп воды, против чего предостерегал Ньютон? Или все дело в том, что сами мо- дели были слишком замысловатой формы и не являлись простейшими геометрическими телами? Этл споры и этот интерес к проблемам сопротивления заставили ученых и инженеров взяться за изучение более ранних экспериментов, проведенных двумя выдающимися французскими исследователями. Первым из них был уже знакомый нам Мариотт. В его классическом «Трактате о движении воды и друтих жидкостей», опубликованном в 1686 году, через два года после смерти автора, немало места уделено традиционным проблемам гидравлики, но наряду с ними есть глава, подобной которой не встречается в трудах его современников и предшественников.
Сконструировав рычажный динамометр с круглой плоской пластиной, укрепленной на конце рычага, Мариотт направлял на нее перпендикулярно струи воды, истекающей через сечения различных площадей под разными напорами. Полученные им результаты были первыми в истории достоверными измерениями сил вза' имодействия между твердым телом и потоком жндкостя. Так, именно Мариспт первым установил на опыте, что струи одинаковой скорости, но разного поперечного сечения, падая перпендикулярно иа плоскую пластину, создают сиды, уравновешиваемые грузамл, величины которых пропорциональны квадратам диаметров струй.
В серии других опытов был получен другой важный результат: струя при разных скоростях и прочих равных условиях создают иа перпендикулярной пластине силы, прямо пропорциональные квадратам их скоростей или высотам уровней воды в резервуарах, из которых они исгекают. Мариотт не ограничился этими исследованиями в изучении сопротивления тел, движущихся в жидкостях. Он изучал также удар воздушных струй о препятствия; исследовал силы, действующие со стороны движущейся воды на пластину, установленную перпендикулярно к направлению движения потока.
Основываясь на этих экспериментах, Мариотт пытался даже оценить силы, оказываемые ветром на деревья (как потом выяснилось — задача необычайной сложности), а также иа наклонные лопасти мельничных крыльев и водяных колес. Вторым выдающимся исследователем-эксперимента- Рнс. 1Е. Фраипуэскнй ученый Ж. Борда 41733— 1799), проведшай намерение сопротивления тел яростей., ишх гео метр ическнх форм Рис. 1$.
Схема гораэоятвль. яой ротативной мвшянм, с помощъю которой Борда провел свои иссаедоваини тором был Ж. Борда — типичный представитель французских инженеров-ученых ХЧ1П века. За нсследование по баллистике он был избран в члены Парижской академии паул уже в 23 года. В 1767 году, поступив на' флот, Борда занямался навигацией, астрономией, картографией и гидравликой, позднее в кячестве командира корабля участвовал в войне в Америке, а в 1782 году попал в плен к англичанам и был выпущен под честное слово. В годы революции был одним из инициаторов разработки метрической системы мер (в частности, именно Борда придумал слово сметр>) и участннком плана измерения длины дуги аарщкского меридиана. В двух мемуарах, опубликованных в 1763 и 1767 годах, Борда изложил результаты своих обширных опытов, предпринятых для проверки ньютоновой теории сопротивления.
Этн экспернменты он начал в Дюнкерке в 1756 — 1767 годах. В первом мемуаре описаны опыты по исследованию воздушного сопротивления на простейшей ротативной машине — равноплечем рычаге, приводимом во вращение вокруг горизонтальной оси падающим грузом. К концам рычага прикреплялнсь испытываемые тела, и как только скорость вращения становилась постоянной, производилось намерение сопротивления.
В этом- же мемуаре описан опыт с кубом, буксируемым прямолинейно в воде с помощью груза. Во втором мемуаре Борда описывает эксперименты с буксировкой различных тел в воде с помощью горизонтальной ротатнвной машины. На этом сравнительно простом и недорогом оборудовании Борда в отличие от всех своих предшественников впервые испытал не только шары и пластины, но и множество тел нных форм— призмы, цилиндры,,конусы н клинья. Борда принадлежит честь открытия многих важных фактов, касающихся сопротивления жидкостей.
Именно он первым экспериментально подтвердил, что сопротивление полностью погруженного тела пропорционально квадрату скорости, а сопротивление тела, погруженного лишь частично, растет пропорционально более высоким степеням скорости, ибо онн пря движения генерируют на поверхности жидкости систему волн. Но некоторые из выводов Борда оказались ошибочными. Он, например, считал, что сопротивление воздуха не пропорцноиально площади поперечного сечения— заблуждение, окончательно показанное опытами французского артиллериста И. Дидиона в!840-х годах.
Борда вопреки Эйлеру и парижским академикам утверждал, гго поскольку сопротивления шара и полушара, движущегося выпуклой стороной вперед, почти равны, то сопротивление тела определяется только формой его носовой части, в то время как кормовая оконечность на сопротивление практически не влияет. Заметим, что разгадка этого заблуждения задержалась до начала ХХ столетия, когда, накоиеп. Л. Прандтль разъяснил, в чем дело. Но если это последнее заблуждение Борда дало некоторую поддержку инерционной теории сопротивления Ньютона, то все. остальные его открытия прямо ее опровергали. Так, Борда установнл, что сопротивление квадрат. ной пластины, движущейся в воздухе, иа 60аь больше, чем следует из ньютоновой теории; что отношение сопротивления шара к сопротивлению плоского диска такого же диаметра не соответствует ни одной нз ньютоновых гипотез; что сопротивление конических тел н клиньев пропорционально скорее синусам в первой степени, чем их квадратам, как получалось у Ньютона...
Хотя Борда не попытался сам найти какие-либо связи между своими наблюдениями, он очень ясно показал все случаи несоответствия ньютоновой теории эксперименту. И некоторые историки полагают, что обширные опыты Д'Аламбера, Боссю н Кондорсе были как бы ответами на вопросы, поставленные Борда. Убедительность этих ответов была, по-видимому, недостаточно высока, ябо, внимательно ознакомившись с отчетом академиков и с трудами самого Боссю и ие найдя в них нужных сведений, одни французский военный инженер, занимавшийся проектированием и постройкой гидротехнических сооружений, реишл самостоятельно. произвести все необходимые ему эксперименты, Этим инженером был П.
Дюбуа. Отпрыск старинного нормандского рода, Дюбуа учился в Париже и стал инженером-строителем, не достигнув еще 20 лет. В,1761 году, будучи военным инженером, он по заказам правительства проводит обширные гидравлические исследования. В 1787 году после смерти старшего брата он наследует титул графа, вследствие чего в разгар террора в 1793 году ему, 71 Рве'. 16. Фршщузскяй воеввый 1ипкевер П. Дюбуа (1734— 1809). открывший фмюмев «сопротвплевия давления» влв «сопротввлеяия формы» Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
