Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 38
Текст из файла (страница 38)
И тогда его «молодпе своеволие» пропадает: ориентировка шва перестает играть какую- либо роль, и только одно обстоятельство управляет те- 187 перь его движением — начальная скорость, которая может быть либо больше, либо меньше критической... Данные, которых недоставало Ньютону Мы уже упоминали о том, что первый научный эксперимент Ньютона был связан с аэродинамикой.
Прыгая во время бури по направлению ветра и против него, 16-летний Исаак по разнице в дальности прыжка пытался определить силу, с которой ветер давит на тело... Как мы знаем, эксперимент этот закончился неудачей, да и не мудрено: только в ХХ веке ученые получили данные, которые необходимы для такого расчета и которых недоставало Ньютону. С помощью этих данных попытаемся оценить те силы, которые действовали на Ньютона во время его первого научного эксперимента. Если считать, что дело происходило во время сильного шторма в 1О баллов, то скорость ветра по шкале Бофорта могла достигать 23 м/с. Выбрав высоту, на которую мог прыгнуть Исаак, равной 1,5 м, нетрудно вычислить максимальную скорость его прыжка — около 5 м/с.
Таким образом, скорость обтекания тела воздушным потоком при полете против ветра составляла 28 м/с, а при полете по ветру — 18 м/с. Для сложных контуров в аэродинамике применяют так называемую площадь сопротивления, равную произведению коэффициента сопротивления на площадь поперечного сечения и выражаемую в квадратных метрах. Эта величина для человека среднего веса и роста, иаходяшегося в сидячем положении, близком к положению во время прыжка, составляет 0,56 м'.
Подставив эти цифры в формулу для силы аэродинамического сопротивления, получим, что при полете против ветра на Ньютона действовала сила примерно в 27 кг, а при прыжке по ветру — 11 кг. Разница, как видим, немалая... Вычисление и оценка величины этих сил — не пустая итра ума, ибо именно эти силы управляют движением тела воздушного акробата в его свободном полете в воздухе.. По-разному ориентируя свое тело в пространстве, он может в широких пределах регулировать скорость падения. Так, падая плашмя (руки по швам), акробат имеет площадь сопротивления около 0,84 мз. Повернувшись на бок, он сокращает ее почти вдвое — до 0,66 м*.
Сжавшись в комок и обхватив колени руками, он снижа- ет площадь сопротивления еше вдвое — до 0,186— 0,28 м», а летя «солдатиком» или <ласточкой», доводит сопротивление до минимума — до 0,11! м*. Одежда, плотно прилегающая к телу, снижает площадь сопротивления на 5 — 1ОЪ.
По этим данным легко вычислить скорости, достигаемые акробатом в свободном падении: прн полете плашмя — 38 м/с, на боку — 50 м/с, «в комке» вЂ” 66 — 80 и/с, «солдатиком» нли «ласточкой» вЂ” 105 м/с. Если создать уникальный аттракцион — парение в мощном восходящем воздушном потоке, то зтн скорости будут «останавливающими»: достигая их в соответствующем положении, спортсмен будет висеть в пространстве неподвижно. При беспорядочном падении в воздухе площадь сопротивления спортсмена составляет прмерно 0,47 мз. Для сравнения укажем, что у типичного истребителя второй мировой войны эта величина составляла около 0,56 м». Нетрудно оценить и действие парашюта.
Зная, что коэффициент сопротивления купола, раскрытого навстречу потоку, равен 1,35, легко рассчитать: при диаметре 8— 8,5 мз скорость падения парашютиста становится безопасной — 4 м/с. Интересные результаты были получены при аэродинамическом исследовании движения мотоциклиста. Когда он сидит прямо, широко расправив плечи, его площадь сопротивления оказалась почти такой же, как у гораздо более крупного по размерам истребителя в 0,55 мз. Стоило ему пригнуться низко к баку в и площадь сопротивления уменьшалась вдвое — до 0,29 мз. А если в дополнение к этому на мотоцикл надеть обтекатель,то площадь сопротивления можно снизить еще в два раза — до 0,137 мз. Именно так и был устроен мотоцикл, на котором некогда установили мировой рекорд скорости: при мощности 100 л.
с. он развил скорость 290 км/ч... Всего семьдесят лет назад некий инженер московского авиационного завода «Дукс» — крупнейшего в тогдашней России — убежденно заявлял: «Аэроплан не машина, его рассчитать нельзя». А современный инженер, как мы убедились, может рассчитать силы, действующие ,не только на самолет, но и на сотни других предметов и сооружений. Больше того, во всеоружии теоретических и экспериментальных знаний он легко оценит порядок сил, с которыми приходилось сталкиваться некоторым сказочным героям.
Например, нетрудно вычислить мощность гигантской головы, неприветливо встретившей пушкинского Рус- лана: Помните: И вдруг она, что было мочи, Навстречу князю стала дуть; Напрасно конь, зажмуря очи, Схлоиив главу. натужа грудь, Сквозь внхорь, дождь н сумрак ночи Неверный продолжает путь... В этих словах А. Пушкин описал ситуацию, когда сила аэродинамического сопротивления равна тяговому усилию коня. Примем его'равным 500 кг. Чтобы дуновение головы остановило, Руслана, сопротивление всадника и коня должно быть таким же. Принимая коэффициент сопротивления равным 1,3, площадь поперечного сечения всадника и коня 1,5 м', нетрудно вычислить «останавливающую скорость» — 65 м/с или 230 км/ч.
1Лифра достаточно большая, но не фантастическая: примерно такова скорость ветра в атлантических харрикейнах. В знаменитых же северо-американских торнадо скорость воздуха достигает 155 м/с. Учитывая близость всадника к голове, можно оценить мощность остановившего его чудища: она составляет около 2 — 2,5 тыс.
л. с. Как видим, ничего сверхъестественного. Разве можно сравнить этн цифры с тем, что уже освоено современной техиикойг Здесь не в диковинку скорости, при которых нарушается сплошность воды и за движущимся в ней телом образуется каверна — полость, наполненная водяным паром. Здесь не в диковинку скорости, многократно превосходящие скорость звука; когда существенную роль в процессе начинает играть сжимаемость газа.
Здесь не в диковинку скорости, при которых жидкости начинают вести себя как твердые тела, а твердые тела как жидкости... Но это уже другая тема... СОДЕРЖА И И Е Введение. Что изобрел Роберт Фултон? Глава 1. Физика сквозь призму метафизики...... 9 Динамика, трактуемая философски . . . . . . 10 «О предмете древнейшем наука новейшая» .
. . . 18 Иезуитские эксперименты иезуитов . . . . . . . 23 Г л а в а П. Искусство бросать ядра.......... 27 «Лез'ел навстречу славы, а встретился с ядром»... 28 «Испытывая и снова испытывая» ....... 34 Теоретики-гидродинамики н практики-гидравлики .. 39 Г л а в а И1. Объясиителн ненаблюдаемого и наблюдатели необъяснимого 47 ХЧ!1 век и гидравлические школы Европы..... 47 Объяснителн ненаблюдаемого.....,,... 54 Наблюдатели необъяснимого ....,... 61 Запоздалые лавры англичан . . .
. . . . . . 75 Сопротивление, рожденное волной . . . . . . . 84 Г л а в а 1Ч.ййаленькве модели, без котормх невозможны боль шне корабли 91 Уроки Изамбара Брюнеля .......... 93 Чародеи из Торкея ............. 104 Г л а в а Ч. Разрешение гвдроазродивамяческнх парадоксов . 115 Ньютоново заблуждение и его преодоление..... 115 Сила. рожденная цяркуляцией .
. . . . . . . . . 121 Русский аэродинамический триумф ' . . . , . . . 132 Сопротивление, рожденное завихрениями . . . . . 141 Разрешение парадоксов . . . . . . . . . . 150 Г л а в а Ч!. «Эксплуатация победм»......... 159 Героическая эпоха авиации . . . . , . . . . . 161 Снова ветер . 166 На стыке двух стихий ............
168 В повсках новых путей снижения сопротивлений... 172 Забытый эффект аэродинамики . . . . . . . . . 178 Как опасно возмущать потоки . . . . . . . . . 182 «Аэродинамическая поэма» , 186 Данные, которых недоставало Ньютону..., .. 188 Герман Владнмвревва СМИРНОВ РОЖДЕННЫЕ ВИХРЕМ Главный отраслевой редактор В. П.
Демьнвов Редактор В. М. Клима чева Мл. редактор Н. П. Терехина Худом. редактор М. А Гусева ХудожннкВ. И. Пантелеев Техн. редактор Т. В. Луговскав Корректор Р. С. Колокольаякова ИВ Уй 3025 Сдано е кабир 0706Л1. Подиасаио к кочета 1226.3В. Д 66724. Формат бумага Вен!062». Бумага тиа. нс 1, Геаватгре иатератгиааи. печать обмегаев. усд. иеч.
и. 10,06. уси. ар..ост. 10.6. уч. аэд д. 10,2му. 'Ги33см 70000 сас. За ка»206642. Пене 70 кои. Йэ33етгдьссво «заедке». 101666, Гсп, москов. Цента проезд Сереем, д. 4. Иааеке закаев ВВП16. сниограйви ведатеагстеа ековмуавст». Вмэв, г. стратас, уа. Бааамваа. Ва .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
