Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В этом году возникло Общество по усовершенствованию корабельной архитектуры. Ояо объявило премию и золотую медаль за лучшее экспериментальное исследование законов сопротивления жидкости; которые привлекли л себе внимание Бофуа. Сын лондонского пивовара, М. Бофуа уже в четырнадцатилетнем возрасте решил, что пивоварение занятие не для него, и вместо того чтобы учиться отцовскому ремеслу, занялся науками. Огромные чаны охладителей на отцовской фабрике он приспособил для проведения гидродинамнческих опытов — измерял ' время, затрачиваемое на движение в воде различных геометрических тел, прикрепленных к качающемуся маятнику.
Испытав 94 таких тела, он счел себя достаточно подготовленным к участию в конкурсе Общества. Работы, проведенные им для этого конкурса,, поражают своей громадностью и.длительностью: он занимался ими семь лет — с 1791 по 1798. Собранные вместе, отчеты по этим испытаниям составили огромный труд «Морские и гидравлические эксперименты», изданный в 1834 году после смерти Бофуа его сыном. Гидродинамикой не исчерпывались научные интересы Бофуа.
Позднее он увлекся магнитными исследованиями, за которые был избран членом Лондонского Королевского общества, а его работа по затмениям спутников Юпитера в 1827 году была удостоена серебряной ' медали Астрономического общества. В историю же английского спорта Бофуа вошел как первый англичанин, поднявшийся в 1787 году на вершину Монблана. Высокие покровители Общества по усовершенствованию корабельной архитектуры способствовали тому, что Бофуа были предоставлены уникальные возможности. Он экспериментировал близ Лондона в водоеме Грннландского дока длиной 122 м и глубиной 3,55 м На ' берегу водоема воздвигли трехногую мачту, падая с которой, тяжелый груз через систему блоков приводил в движение довольно крупные модели: длина некоторых мз них достигала 6 — 12 м! Бофуа применил важную новинку — прибор, автоматически записывающий время и пройденный моделью путь.
Это настолько ускорило испытания, что с 1793 по 1798,год он смог провести около 10 тысяч опытов по измерению сопротивления тел всевозможных форм, буксируемых как на поверхности, так н глубоко под водой. В числе этих десяти тысяч были н повторные букси- Рис. 18: Английский исследсеатель М.
Бофуа (1764— 1997), ароведмвй самые обширное в Х т(П веке медельине вспмпиеи Рнс. 19. Нмготорме моделе Бофуа. Максамальиое попа ратное сечение всех моделей — 1 кв. 'фут (0,091 кв. и). 1\ифрм около модв лей показывают сопрогивленне в килограмм ад при скороств буксировки 1,б мlс (еислитгль) в 3 мй (знаменатель) фгг юг уГ .Ровки форм, изученные до Бофуа Борда, французскими академиками, Чапманом. Но Бофуа был первым, ктопопытался определить величину сопротивления трения,, которое все его предшественники, начиная с Ньютона и кончая Дюбуа, считали пренебрежимо малым. Увы, несмотря на масштабность, результаты опытов по обнаружению трения оказались неопределенными, и ' сейчас считается, что Бофуа экспериментально установил важность учета трения в обшем сопротивлении и его примерную пропорциональность величине поверхности пла- етним и квадрату скорости движения, но не дал надежной формулы для вычисления сопротивления трения.
Он буксировал погруженные под воду пластины на двигавшихся по поверхности поплавках, влияние которых на результаты'эксперимента было практически невозможно установить. В 1801 году, спустя три года после того как Бофуа закончил свои опыты, в трудах Национального института наук и искусств Франции, заменившего после революции Парижскую академию наук, был опубликован мемуар по трению жидкостей, принадлежавший перу Ш. Кулона. Окончив военно-инженерный корпус, Кулон провел девять лет на Мартинике, занимаясь постройкой береговых укреплений. Потом служил на острове Э и в Шербурге. Как-то раз, получив задание рассмотреть проект постройки судоходного канала в Бретани, которую поддерживал военный министр, Кулон забраковал все это предприятие и оказался... в тюрьме, за то, что выразил собственное мнение, не осведомившись о взглядах своего начальника.
После 1781 года Кулон, избранный членом Парижской академии наук, жил в Париже н, занимаясь исследованиями в области электричества н магнетизма, открыл знаменитый закон электростатики, носящий ныне его имя. Внеся важный вклад в понимание законов упругости, прочности материалов н трения, Кулон на склоне лет решил выяснить, зависит ли от скорости сила трения, то есть та часть сопротивления, которая вызывается прилипанием жидкости к движущейся поверхности и которая действует преимущественно в плоскостях, параллельных направлению движениИ Предшественники Кулона признавали существование такого жидкостного трения, но считали его пренебрежимо малым по сравнению с сопротивлением, вызываемым инерцией жидкости.
Изобретатель чувствительнейших крутильных весов, с помощью которых им было сделано немало открытий, Кулон и в этих исследованиях использовал свой излюбленный прибор. Подвесив на тонкой стальной проволоке тяжелый диск, Кулон погружал его в испытуемую жидкость и заставлял совершать крутильные колебания, измеряя при этом время их затухания. Проведя ряд опытов с разными дисками в воде н в масле, он убедился, что сопротивление трения в масле больше, чем в воде, Рис. 20. Фравщесиий ава.
демах Ш. Кузов (1736— 1806) — всслеловатвсь трезва милвостей Рис. 21. Схема устааовви, ва юлорой Кузов арововвл свои асслеловавив и что оно не зависит нн от давления, ни от вида поверхиостя колеблющегося диска. Хотя исследования последующих лет сильно разошлись с кулоновскнмн результатамя, его опмты наряду с опытами Бофуа показали, что трением можно прене- брегать далеко не'всегда, что в ряде случаев оно может составлять значнтельпую долю общего сопротпвлення тела. Но самым неожиданным н существенным результатом исследованнй Кулона было то, что его эксперименты вопиющим образом разошлись с экспериментами Бофуа1 В то время как апглнйскнй исследователь доказал, что сопротнвлепне трения пропорционально квадрату скорости, Кулон доказал нечто совсем иное: сопротпвлепне пропорционально первой степени скоростп. Правда, условия опытов были разные.
Кулон пмел дело со скоростямн порядка сантиметров в секунду, а Бофуа оперировал скоростями в сотни раз большими — метрамнв секунду. Но только лн в разности скоростей дело? А может быть, здесь сказывается то, что в опытах Кулона двнженне было колебательное, переменное, а у Бофуа постоянное, прямолинейное? Ответа на зти вопросы прншлось ждать целых восемьдесят лет. Итак, первым результатом лихорадочного строительства судоходных каналов в Англии были опыты' Бофуа, показавшие, что трением можно пренебрегать далеко не всегда, но не давшие надежных количественных зависимостей. То было косвенное, опосредствованное влияние строительства каналов на развитие исследований в области гядродннамнческого сопротивления. Но постройка каналов стимулировала такие исследования н иным образом...
В 1834 году, когда конкуренция между каналами н железными дорогами в Англии вступила в заключнтельную фазу, одна шотландская судоходная компания перед лицам грядушего краха решила выяснить, что может дать пассажирскому судоходству на каналах применение паровой тяги.
Для изучения этого вопроса был приглашен Дж. Скотт Рассел — блестящий молодой инженер, окончивший университеты в Глазго н Эдинбурге. Проведенные .исследования прославнлн нмя этого человека н определплн всю его дальнейшую карьеру: он навсегда связал себя с судостроением, сделал ряд важных нзобретепнй, провел несколько исследований, удостоенных почетных наград, п в 1860 году стал одним нз основателей Института корабельных архитекторов. Изучая буксировку барок в каналах, Скотт Рассел не мог пе обрапить внимания па замечательную быстроходность «лодок-летунов», впервые появнвпшхся на канале между Глазго н Андроссаном в Шотландии.
Их 81 строил некий В. Хьюстон, случайно сделавший замечательное открытие. Как-то раз его лошадь, тащившая барку, испугалась и понесла. И тут'Хьюстон заметил, что когда барка достигла более высокой, чем обычно, скорости, буксирный канат ослаб и лошадь побежала гораздо легче: Сметливый англичанин обзавелся несколькими легкими суденышками длиной по 17 м и стал буксировать их по-иовому. Обычно барки на каналах двигались со скоростью 6 — 9 км/ч.
Хьюстон стал действовать иначе: лошадей погоняли кнутами до тех пор, пока они не разгонялм лодку до 14 — 15 км/ч. И тут происходило чудо: лодка дальше продолжала двигаться на гребне своей собственной волны и не оставляла за собой никаких волн. Скотт Рассел исследовал это явление на полукилометровом прямолинейном участке канала, соединявшего реки Клайд и Форт, глубиной 1,2 — 1,5 м.
Он разгонял 6-тонную барку, измеряя ее скорость и уоилие на канате. И что же оказалось? При скорости около 14 км/ч потребное для буксировки усилие резко падало: прн 12 км/ч оно составляло 225 кг, а при 14 вм/ч — 127 кг. Почти вдвое меньше! Результаты своих исследований Скотт Рассел изло' жил в статье с длинным названием, удостоенной в 1840 году большой золотой медали Королевского общества в Эдинбурге: «Экспериментальные исследования законов гидродинамического явления, сопровождающего движение плавающих тел и не приведенного в согласие с известными законами сопротивления жидкостей». Что же это было за явление? Скотт Рассел установил, что если на одном конце длинного канала резким толчком создать повышение уровня, то возникший при этом водяной бугор, сохраняя свою форму, начнет двигаться вдоль канала со скоростью, зависящей только от его глубины.
Другими словами, у каждого канала есть некая чхарактеристическая скорость», равная скорости так называемой переносной волны. А что происходит в канале при движении по нему суднау В первые мгновения перед носом барки создается передняя ведущая волна, а за кормой возникают бегущие назад волны, причем скорость и передней н кормовых волн равна скорости судна. Энергия, затрачива- Рвс. 22. Схема движении лодки в канале при докритвческоа скорости (вверху) в сверхкритическоа (внвау) емая в этом случае на буксировку, расхау(уется не только на преодоление трения, но и на поддержание системы кормовых волн. Но вот скорость движения барки достигает кхарактеристической скорости» для данного канала. В этот момент кормовые волны исчезают и остается только передняя ведущая волна, коседлав» которую.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
