Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 17
Текст из файла (страница 17)
судно движется вдоль-канала, требуя извне энергию только на компенсацию трения... Хотя Скотт Рассел очень гордился открытием н исследованием переносной волны, впоследствии выяснилось, что все это было сделано задолго до него Лагранжем, который еще в 1788 году аналитически исследовал движение волны бесконечно малой высоты в канале конечной глубины .и установил правильную зависимость скорости ее распространения от Глубины.
Тем не менее, погребенное в математических дебрях кАиалитической механики», это открытие не обратило на себя ничьего внимания и было переоткрыто и доведено до общественного сознания именно Скоттом Расселом. Изучая творчество этого инженера, трудно отделаться от мысли, что он принадлежал одной половиной души минувшему ХЧ1П веку, а другой — грядущему Х1Х. И этой двойственностью своего инженерного дарования он поразительно соответствовал некоей двойственности промышленного развития Ангщни — страны, где старое причудливо сплелось с новым. Страны, где позже, чем в других странах, стали строить судоходные каналы с баркамя н лошадьмя и раньше, чем в других, — железные дороги и пароходы.
Оказавшвсь на стыке этих двух эпох в развитии ан- бе глийской промышленности, Скотт Рассел, следуя практическому духу своей страны и своего времени, поспешил перекинуть мост между ними: принцип, найденный нм при исследовании буксировки барки в канале,он попытался приложить к проектированию морских судов, приводимых в движение паровой машиной. Без достаточных к тому оснований отождествив волну, поднимаемую носом судна, с переносной волной в канале, Скотт Рассел на этом предположении создал теорию образования носовой оконечности судна.
Корпус, спроектированный согласно этой теории, считал он, будет корпусом наименьшего волнового сопротивления. Он не только разработал и пропагандировал такую теорию, но и за годы своей инженерной деятельности настроил в соответствии с ней.немало пароходов. И хотя впоследствии выяснилось, что он заблуждался, что его разработки были лишены научной строгости, Скотт Рассел сыграл важную роль в развитии гидродинамики корабля: именно он первым обратил внимание своих современников на важность учета волнового сопротивления в цроектпрованин кораблей.
Сопротивление, рожденное волной Первые смутные догадки о том, что волны, возникающие от гребня воды перед носом движущегося корабля, и впадины за кормой, должны оказывать влияние на' гго сопротивление, высказал испанский ученый Дон Хорхе Хуан-н-Сантацнлла (1712 †17). Участник знаменитой висл~шинн 1735 года, организованной Парижской академией наук для градусных нзререний близ экватора, ои проявил блестящие математические способности, опубликовал ряд астрономических работ и в 1761 году основал астрономическую обсерваторию в Кадисе. Долгое время он пробыл в Англии, изучая проблемы кораблестроения, потам строил арсеналы в Ферроле и Картахене и выполнял разнообразные поручения правительства — от финансовых— наладил чеканку монеты — до дипломатических — был испанским послам в Марокко.
Наконец, именно Хуанун-Сантацялле Испания обязана организацией в 1755 году первого в стране научного общества — Ассамблеи Амитоза Литерарна. В своем капитальном труде, изданном в Мадриде в 1771 году, он развил очень важную мысль: в волне в вертикальной плоскоспн частицы жидкости совершают круговые движения, а профиль волны при этом представляет собой циклоиду... Имя Сантациллы было достаточно хорошо известно в научных кру~ах того времеви, вот почему парижские академики Боссю и Кондорсе при проведении своих опытов в Мезьере в 1775 году уделили серьезное внимание описанию носовой волны, создаваемой буксируемой моделью.
Почти одновременно с ними аналогичные эксперименты проводил в Ла-Рошели Н. Ромм, который также установил, что создаваемые при движении модели волны влияют на сопротивление корпуса, но «закономерности этого процесса по-прежнему остаются невыясненными». Таким образом, в ХЧП1 веке экспериментальные исследования не дали никакого рапмонального подхс1да к проблеме изучения волнового сопротивления. Что касается более общего и абстрактного вопроса — создания гидродинамической теории поверхностных волн, — то он явил математикам такие головоломные трудности, что даже крупнейшие из них отступились от решения задачи в общем виде. Чтобы найти хоть какой-нибудь подход к этой проблеме, нужно было найти некие допущения, способные существенно упростить задачу.
Считается, что такие допущения были впервые предложены чешским инженером Ф. И.. Герстнером, опублнковавшим в 1804 году свою ставшую класси геской «Теорию волн». Уроженец Богемии, Герстнер начал свою техническую карьеру в Пражской обсерватории, гле некогда работали Тйхо Браге и Кеплер. Затем он изучал математику в Пражском университете, был межевым инженером, а в 1806 году стал основателем и первым директором Пражского политехнякума. Круг научных интересов Герстнера * — механика, гидравлические мапгины, сопротивление материалов, течение жидкостей в трубах и каналах. Какое же допущсиие для облегчения построения теории волн предложил Герстнеру Он предположил, что при значнтелыюй глубине мо- Има Ггрстиера астречаетси.в а исторва теяваки, ио зто имя его смаа Ф. А.
Герстнера (1793 — 16101, одяосо вз организаторов постройка а 1337 году первой в Рос«ив железкой дорога между Петербургом а Царсюог Севом. Ркс 23. Чешский ккжекер Ф. Герсткер (1756 — 1632)— Озэаетель тееркк трюкеи- Ркс. 24. Схема кестрееккк ерекемкеяьшск ВОли ря реальные волны мало отличаются от гипотетических трохоидальных волн, для построения которых следует соблюдать следующие допущения. Каждая частица жидкости описывает в вертикальной плоскости круг, центр которого неподвижен; движение по кругу равномерное.
Частицы, расположенные на поверхности, описывают круг наибольшего раднуса. Для частнп. расположенных иа глубине, величина радиуса быстро уменьшается. При таких допущениях поверхность волны принимает форму циклоиды, а слой, находящиеся под ней,— трохоиды. Максимально упростив таким образом задачу, Герстнер вывел формулы, связавшие главные характеристики волнового движения — скорость распространения волны, ее длину и период. И сопоставление вычислен» ных им цифр с данными наблюдений дало такое прекрасное совпадение, что Герстнер по праву считается основоположником теории элементарных волн на глубокой воде. Вот почему стоит с почтением отнестись к идеям Хуана-и-Сантациллы, высказанным им за несколько десятилетий до Герстнера...
Своей теорией трохондальных волн в идеальных жидкостях Герстнер, можно сказать, создал новую область исследований, чрезвычайно привлекательную для чистых математиков; и в первой половине века дань этой модной теме отдали самые крупные представители чкоролевы наук». Среди них мы видим французов О. Коши (1789 — 1857) и С. Пуассона, (1781 — 1840), русского М. Остроградского (1801 — 1861), немца Г. Гельмгольца (1821 — 1894), целую когорту англичан — Дж.
Стокса (1819 — 1903), Дж. Эйри (180!в 1892) и других. В их трудах были поставлены и решены многие новые задачи по теории идеальных жидкостей: распространение волн в каналах, волновые процессы на границах раздела двух жидкостей разной плотности, движение волн на глубокой и мелкой воде. Но первый наиболее важный для теории корабля вклад в изучение волновых процессов сделал знаменитый. английский ученый У. Томсон — лорд Кельвин. При упоминании этого имени в представлении большинства современных людей возникает абсолютная шкала температур с ее градусами Кельвина, в которых увековечен его вклад в термодинамику. Но термодинамика отнюдь не была делом всей жизни У. Томсона.
Как это ни парадоксально, по достоинству оценить вклад Кельвина в науку нам. привыкшим к узкой специализации, мешает именно обилие, разносторонность и глубина его работ по математике, механике, акустике, оптике, термодинамике„электротехнике, геологии, астрономии, навигации.
В 1892 году, когда У. Томсона избрали президентом Института морских инженеров, он сказал: «В душе я— морякЬ, и ученый не грешил против истяны. Ему принадлежало не только множество важных изобретений, связанных с морским делом, но и первое теоретическое Рвс М. Авглвйсквй учений У. Томсон — лорд Кельвви (11м4 — 19073 Рвс. Ж Волковая система, создаваемая ва поверквости водм двювуптейсв точкой исследование системы волн, распространяющихся от точки, движущейся по поверхности идеальной жидкости. Путем математических расчетов Кельвин установил, что за точкой, движущейся по поверхности жидкости, создаются волны, в плане имеющие вид как бы вложенных один в другой равнобедренных треугольников с вогнутыми внутрь сторонамн и с вершинами, лежащимп в движущейся точке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
