Менделеев Д.И. О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании (1124038), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

А потому под словами „жидкость или „среда" здесь должно подразумевать исключительно капельиые в газообразиые жидкости. я При переходе из одвой среды в другую явления усложивотся, во в сущности ие изменяются. Движеиие в воздухе, который имеет различную плотность в разных своих слоях, может быть рассматриваемо как движение в среде однородной только до тех пор, пока перемены высот двигающихся тел сравнительно ие велики.

з Собственно, грузы, измеряющие вес, или гири суть массы, а пе силы. Но заменяя обычные весы — пружинными, которые измеряют уже силы, а пе массы, легко видеть то простое отвошепие, которое существует между весом и силой. Абсолютною мерою спл должна служить, по предло~кеии1о Гауса, такая сила, которая способна сообщить единице масс (иапр.

1 килограмму) в едииипу времени (в 1 секунду) скорость, равную единице ллины (1 метр). сОПРОтнвление жидкОстей духе равно Р кг, а пройденный нм путь Ь, то вся работа сопротивления =йР килограммометров. Если этот путь пройден с равномерною скоростью в п секунд, то в одну секунду прод ходится путь — =О, н следовательно в 1 секунду на сопротнтто аленке треоуется работа РО килограммометров нлн — лоша- 75 днных снл. Очевидно, что прн решении задач воздухоплавания необходнмо иметь полное знакомство с вопросом о сопротивлении воздуха, если желательно по произволу направлять движение тел в воздухе.

Сопротивление воздуха, в этом смысле, составляет причину той затраты работы, которая необходима для управления двигающимся в воздухе прибором, н единственное средство для пронзведення желаемого, самостоятельного перемешення. Для того, чтобы давать направление двигающемуся телу в воздухе, необходнлю опираться опять-таки на тот же самый воздух, пользуясь силою сопротивления воздуха, потому что в воздушной среде не встречается никакой другой точки опоры. Когда на поверхности воды находятся (плавает) некоторое тело, то можно производить двнженне нлн прн помощи сопротнвлення воды, нлн прн помощи сопротивления воздуха, нлн даже пользуясь сопротнвленнем твердых тел — берегов нлн дна, каната нлн цепи.

В первом случае, т. е. пользуясь сопротивлением самой воды, применяют весла, винт н колеса, во втором случае 1пользуясь сопротивлением воздуха) применяется парус; но можно также перемещать плаваюшее в воде тело, заставляя двигаться в воздухе винт, подобный обыкновенному пароходному винту нлн крыльям ветряной мельницы. На воде можно двигаться такнсе, упираясь н в сушу, как зто бывает, напр., прн речном судоходстве. Ничто подобное' не может быть применено в воздухоплавания. Необходимо найти упор в самом воздухе, подобно тому, как прн движении на воде нлн в воде находят упорв самой этой жидкости. Двнгаюшуюснлу можно прн этом получить нлн найти точку опоры, пользуясь только тем самым сопротивлением воздушной среды, против которого приходится бороться н которое составляет причину затраты на перемещение, На основании сказанного, движение воздухоплавательного прибора нельзя сравнивать нн с движением по суше, нн с движением по поверхности воды: там две среды, здесь одна; н если можно проводить параллель, то разве с движением подводного судна нлн, вообще, с плаванием под водою Тело рыбы само представляет сопротивление воде, а плавники н особенно хвост, приведенные в движение мускульною силою, сообшают движение всей рыбе также на основании сопротнт Конечно, аа исключением того, практически маловажного случая, когла аэростат перемещается, прпкреплеиаый па кавите.

'298 о сопготивлзнии жидкоствй аления, встречаемого ими по отношению к воде. Так, птица, аэростат, илн всякий другой прибор, двигающийся в воздухе, могут быть приведены в самостоятельное движение относительно .окружающего воздуха только при помощи двигающихся частей и не иначе, как пользуясь законами сопротивления воздуха.

Пусть это будут приборы, подобные крыльям птицы или наро ходному винту, или наклонная плоскость (как в аэропланах); -во всяком случае самостоятельное движение получается не иначе, как на основании законов, управляющих сопротивлением среды. Все различие двигательных приборов (пропеллеров1, дей ствующих в жидкой среде, сводится к тому, что одни из ннх, напр. весла и гребные колеса, действуют, пользуясь прямым сопротивлением, являющимся при их движении, а другие дви гательные приборы, как винт, крыло птицы, рыбий хвост и т.

п., действуют вследствие реакции, являющейся в направлении ином, чем движение, потому что наклонная плоскость двигательного снаряда содействует разложению силы на ее слагающие. Так, крыло чтицы бьет воздух сверху вниз, а вследствие наклонного поло,жения крыла является такая горизонтальная слагающая сила, которая заставляет птицу двигаться вперед. Так точно в пароходном винте движение совершается около горизонтальной оси, а потому прямое сопротивление действует в направлении, перпендикулярном к этой оси, а поступательное движение совпадает с этою осью.

Поэтому задачи дальнейшего развития воздухоплавания тесно связаны с решением задач, относящихся до сопротивления воздуха или, вообще, до сопротивления среды, потому что сущность вопроса о сопротивлении среды не позволяет делать ка:кого-либо разграничения между сопротивлением капельных и упругих жидкостей. Это заставляет нас в дальнейшем изложейии не отделять вопроса о сопротивлении воздуха от вопроса о сопротивлении воды.

К такому слитному изложению побуждает не только пример всех главных исследователей вопроса, но еще и то существенное обстоятельство, что число опытных исследований для одних газов недостаточно для решения многих основных задач в учении о сопротивлении среды. Опыты с водою дополняют и дополняются опытами с воздухом. Получится еще и та выгода, что свод данных о сопротивлении среды приобретает интерес не только в применении к воздухоплаванию, но и в применении к плаванию по воде. Однзко, прежде чем приступить к изложению современного .состояния учения о сопротивлении воды и воздуха, считаю полезным мотивировать вышеупогзянутое слияние ученья о двух средах, столь, повидимому, различных между собою, приведя для того некоторые наведения, почерпаемые из соображений и из опыта или наблюдения.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ 299 Еще до Ньютона, а особенно вследствие его теоретических и опытных исследований, сопротивление среды рассматривалось и ныне продолжает рассматриваться без ближайшего знакомства с качествами среды, потому, прежде всего, что многие Опыты заставляют утверждать, что сопротивление среды зависит локти исключительно от ее плотности, а не от каких-либо других ее качеств. Это особенно справедливо для средних скоростей движения.

При очень малых скоростях сцепление частиц среды, столь громадное у твердых тел и еще значительное у капельных жидкостей,' сцепление, гораздо меньшее у газов, оказывает, по мнению большинства исследовзтелей, свое заметное влияние. Оттого в опытах Кулона двигающаяся в жидкости поверхность представляла при медленных движениях значительно различные сопротивления в масле и в воде. Когда скорость возрастает, растет сопротивление, сцепление же частиц остается неизменным, и работа, идущая на его преодоление, становится ничтожно малою сравнительно со всею остальною массою затрачиваемой работы, а потому тогда движение плоскости в масле и в воде будет встречать сопротивление, различное только вследствие уазной плотности масла и воды и почти не зависящее От разности сцепления. Обычный случай сопротивления жидкости можно представить поэтому подобным переливанию жидкости с одного места на другое, на что расходуется работа, зависящая, прежде всего, от плотности жидкости, при одном и том же объеме переливаемой жидкости.

Станем ли мы производить .сопротивление от инерции жидкости, как зто делали Ньютон и его последователи, или будем его считать происходящим преимущественно от трения, как то признают Ранкин и его последователи, во всяком случае надо допустить тесную связь между основными причинами сопротивления и плотностями жидкостей, потому что таков результат опытных исследований. При движении в жидкой среде сзади двигающегося тела образуется свободное пространство, замещаемое жидкостью. Очевидно, во-первых, что смотря по качеству жидкости и по скорости движения, кормовое пространство будет замешаться жидкостью более или менее скоро и полно, во-вторых, что падающая на корму жидкость будет содействовать движению тела, а потому, когда движение будет столь быстро, что за кормою будет образовываться свободное'- или разреженное пространство, тогда сопротивление будет возрастать с возрастанием скорости быстрее, чем обычно, т.

е. чем тогда, когда т Ояо измеряется в капиллярных явлениях ~ проявляется в ляпкостп, временах истечения, в подаяжпостп в т. и. свойствах жидкостей. з Известный фраяцузский адмирал г. Дюпюп-де-Лом сообщил мяе в 1878 г., что при пспытаяпя очень быстроходных новых фра~цузскях мкяоносок далее '20 узлов оп наблюдал, что прп уклоне руля, около него, во всю его высоту, образуется сквозпое свободное пространство, пе заиятое водою. Зоо О СОПРОТИВЛЕНИИ ЖИДКОСТГЙ тело будет получать удары от жидкости, наступаюшей на корму. Так как скорость вступления жидкостей в пустоту зависит от свойств жидкостей, то, начиная с некоторой скорости, сопротивление всякой жидкости будет возрастать быстрее, чем до того.

Но это касается и до капельиых и до упругих жидкостей. Для последних есть измерения сопротивлений при очень больших скоростях, получающихся при полете артиллерийских снарядов. Эти измерения действительно показывают тогда значительное возрастание сопротивления. На основании этого не должно, однако, считать сопротивление воздуха глубоко отличным от сопротивления воды, потому что должно думать, что если бы исследовались движения в воде при значительных скоростях, получились бы и здесь такие же явления. Если движение происходит в воздухе или, вообще, в упругой среде, то пред двигающимся телом плотность среды возрастает тем больше, чем легче сжимаема и чем менее подвижна жидкость, а за двигающимся телолт плотность уменьшается; по этому должно оя<идать для упругих жидкостей, при больших скоростях, сопротивления, возрастающего не только в прямой зависимости от скорости и плотности, но н еше в болыпей мере вследствие того, что сгущенная жидкость впереди тела будет оказывать более значительное сопротивление, а разреженное сзади пространство оудет заставлять тело двигаться медленнее, толкая его как бы в обратную сторону.

Характеристики

Список файлов учебной работы