Менделеев Д.И. О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании (1124038), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Считаю не лишним указать здесь путь, более легкий и удобный, потому что шарики трудно готовить. Если взять тяжелое нефтяное масло, употребляемое для смазки машин н ныне очень лешсвое и всюду находящееся, да прибавить к нему еще хлороформа или другой тяжелой жилюзсти, то можно сделать жидкость любой плотности — чуть большей, чем вода, Ии едва меньшей. Насосом нли просто шпринцовкою такую жидкость легко разбрызгать на поверхность воды пред носом лвигающегося тела.
Окрашенные шарообразные капля укажут тогда те направления, какие свойственны раздвигзющимся частицам, и, если изменять плотность масла, можно сделать видимым движение водяных частиц не только около поверхности волы, но и на глубине, что особенно интересно. Такое же наблюдение полводных путей частиц можйо сделать, если с берега подвести подводу трубку„разбрызгивзющую маслянистые всплывающие кзплн в момент прохода предмета по поверхности воды.
Бросая на поверхность воды легко раствоРимые (тяжелые) краски (напр. синюю анилиновую краску, как зто делал лля олного опыта К. д. Краевпч), можно также слелать поучительные яаблюдения, потому что палаюшие в воле частицы красок оставляют за собою окрашенный след, некоторое время висящий в жидкости. Еще проще и бев всякой особой полготовкн можно получить некоторые сведения о путях раздвигающихся и насту- ВАжнейшие сВедения о сопротиВлении сРеды 383 Затем, проводя довольно произвольную аналогию между движением водяных частиц, расступающихся пред носом корабля, н качаньем маятника, Скотт-Россель доходит до формы корабельных обводов, представляющих наименьшее сопротивление. Это суть формы волковой линии илн синус-вврсоиды.
Чтобы построить ее, должно задаться полушириною корабля Ь (в миделе) и длиною носа 1. Восставив на конце носа корабля (в горизонтальной плоскости или на поверхности водяного уровня) перпендикуляр длино1о = Ь, опишем на нем как на диаметре круг и разделим его полуокружность на и (произвольное число) частей. Из полученных точек проведем линии, параллельные с длиною корабля. Затем полудлину корабля 1 разделим также на и частей, из них восставим перпенднкуляры до пересечения с выше начерченными параллелями, Линия, соединяющая точки пересечения, будет волновая линия илн синусверсоида или вогнуто-выпуклая кривая (с перегибом) водяных обводов носа для корабля наименьшего сопротивления, судя по мнению Скотт- Росселя. Он построил и корабль с подобными обводами — назвал его „тЧаке" (Волна), сличил его сопротивление с сопротивлением кораблей такого же водоизмещения при равных скоростях и нашел для своего корабля меньшее сопротивление.
Так укрепилась волновая теория посгройки кораблей, основанная Скотт-Росселем, который затем дал и наивыгоднейшие длины носа,.отвечающие скоростям, и указал, какую надо давать форму кормовым обводам корабля. Для нас все зто, мало строгое по выводу и мало оправдавшееся по опыту, рассуждение имеет лишь тот смысл, что первый приступ к вопросам сопротивления со стороны механики невидимого процесса, происходящего при движении тела вперед, уже послужил к прямым практическим целям; мгк постараемся показать, что тот же прием затем быстро отразился на всей теории сопротивления.
Сам Россель, давший вышеприведенную формулу (ХИ) для сопротивления плоскогранного, клинообразного носа, принимает, пюощпх на корму яодяных частиц, наблюдая двпженпе лодки, нлн парохода, нлп лучше, двигаемого тягою судна во время осеннего ледохода, потому что мелкпе частицы плавающего льда совершенно сходны с легкими шарпкамн Росселя н др. Осенью 1879 г. на Неве я наблюдал в это время за двнженнсм лодок н пароходов. Как общее явление замечено мною, что лед, разавпгаемый носом, около мнделя спускается немного вниз и затем — что гораздо важнев— за двнгающпмся судяом остается канал, свободный от льда, хотя бы сулно шло по поверхнастп, сплошь покрытой кускамп льда.
Этот канал, повпанмаму, указывает на то, что в кормовую пустоту, остэющуюся за двнгэющпмся телом, поступают не поверхностные массы волы (онп бы принесли с собою лед)', а вода, наступающая снкзу. Если я не ашпбаюсь, обыкновенно мореходы: практпкн думают нначе. Вообще же в опыте и наблюданнп надо искать ключ к задачам сопротивления, а только затем прилагать к скопленному запасу снзу авалнзэ, если не желают днскреднтпровать силу самого анализа. Это основное положенне я не устану повторять в этой книге. 384 О сОпРОтиВлении жидкостей что для призматического (ось призмы вертикальна) носа, образованного волновою линиею, при полуширине Ь и длине 1(носа), сопротивление выразится формулою: тс=СМ( —,) и', где С то же, что в предшествующей формуле, и при измерении английскими фунтами и футами С=1.
Сличая обе формулы, видим, что для плоскогранного клинообразного носа в 90', для которого а=45', по первой формуле Р =СМОВ0.444, а по второй (! =1)Я=СМо'1.000, т. е. в 2.3 раз боль1пе. Если а=30', то Ь= — 1, а потому по формуле (ХП) тс=СМО'-0.36, а по (ХП!) 17 =СМО'-0.25. Если возьмем сравнительно большие длины, какие бывают в кораблях, напр. — = —, то а=7 10, тогда по ь (Х!1) Я=СМО'-'0.27, а по (Х!1!) Я=СМО'-'0.156, а потому и выходит, что формула Росселя дает для волновых обводов большее сопротивление, чем для плоских (при одинаковой скорости, при том же отношении длины и ширины н при том же миделе), если отношение длины к ширине мало, а если велико, как у кораблей, то для волновых обводов сопротивление меньше, как это и есть в действительности.
Не надо доказывать, а само собою здесь ясно, как прнноравливает Россель все, свое учение о сопротивлении к практике корабля. Чуть вышли из нее,— формулы уже дают результаты, нн на чем не основанные, ни на что не опирающиеся. Ту же самую приноровку к практике корабля видим и у многих других новейших исследователей сопротивления. Потому-то все попытки этого рода не имеют сами по себе научного значения, представляют грубый эмпиризм и освещают дело не ровным светом научных истин, а некоторым неверным блеском.
Пойдем, однако, еще немного далее для того, чтобы видеть яснее и лучше тот ничем почти не стесненный произвол рассуждений, который господствует, когда принимаются за научное обобщение с одними прямыми практическими целями. Сперва, рассматривая сопротивление клиньев, Россель берет все получающееся на опыте сопротивление, не выделяя из него трения. Переходя к практике кораблей, имеющих большую длину и следовательно большую подводную поверхность при данном поперечном (миделевом) сечении, Россель вводит теперь трение, признавая, что оно может представлять половину всего сопротивления, при значительных скоростях.
Когда 'же в 50-х годах были устроены по волновой теории длинные корабли и их сопротивление оказалось не меньшим, чем у кораблей прежпих форм, и ббльшим, чем ожидалось по важнейшие сведения о соп!*отивлвнии сеиды 385 формулам, тогда Бурн (Воцгпе), а затем и многие другие, особенно >ке Ранкии, стали склоняться к тому, что сопротивление кораблей волновой формы зависит глапнейше лишь от трения. Так родилась от Ранкнна фринционния теория сопротивления корабля. Оиа изложена в 8-м приложении к этой кинге, в популярном пало>кении Фроуда.
Ее результаты приводятся во всех современных курсах и статьях, относящихся до кораблестроения. Сущность дела сводится на ч'о, что Ранкин выражает все сопротивление (помимо того, которое зависит от волн и водоворотов) корабля произведением из коэффициента трения на квадрат скорости и на величину подводной поверхности корабля. Но так как скорость у наклонной элементарной поверхности Ранкин считает бдльшею, чем скорость корабля, и изменчивою с наклонением элементарной площадки,' что н естественно, то в вычислении работы' сопротивления он и вводит куб этой переменной скорости. А именно: пусть скорость движения (скольжения) воды по элементу поверхности иЯ будет то, когда скорость корабля =и, то работа трении будет ухватов или уЪз!уЧв, если о= —, а так как сопротивление равно работе, деленной на скорость, то сопротивление элементарной площадки=оп!!уздав, где то или !у есть переменная, зависящая от изменчивого уклона площадки. Очевидно, что сопротивление тела, напр.
корабля, будет равно: А! У а/!уз,гв Физическое значение этого интеграла есть некоторая площадь, если сопротивление трения выразить вообще произведением уото, где 5 есть площадь, параллельная с направлением пути, и у — коэффициент трения. Оттуда происходит название этого интеграла — прирасценного подводною поверхностью (ацяшеп1еб впг1асе). Собственно здесь принята во внимание измененная скорость, а не поверхность. Вот эту-то величину измененной поверх- ! Весьма курьезно, что Буржта, в своем известном сочинении,ыешо!ге зпг !а гвя!з!апсе бе 1'сап" (раг Вон!пес!з. Рагкь сгр. 19), разыскивает для определения трения иа наклонную плоскость уменьшенную поверхность — Баг1асе 1гоцап!е генц!1е, а Ранкнн для того же случая ищет увеличенную поверхность; оба идут во многом параллельно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
