Менделеев Д.И. О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании (1124038), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Этими соображениями достзточно объясияется значительное возрастание коэфициента сопротивления воздуха ' с возрастанием скорости, как видно из определений сопротивления артиллерийских снарядов, Если же речь идет о таких небольших скоростях, не превышающих 10 — 20 м в секунду, какие встречаются в действительности при движении рыб, птиц, пароходов, поездов и т. и., то тогда сопротивление среды с достаточною точностью определяется ее нормальною плотностью, т.
е. возрастает с ее увеличением прямо пропорционально. Так должно думать потому, что непосредственными опытаыи доказывается, что, несмотря йа громадное различие плотностей воды и воздуха, сопротивление той или другой среды — одно и то же, приняв во внимание одно различие их плотностей. Так, я Коэффициентом сопротивления мы станем называть частное из величины сопротивления на квадрат скорости, при данных других свойствах «кидкости и тела, напр.
при плотности среды= 1, при наибольшем сечении тела (по направлению, перпендикулярному к направлению движения) =1. Для шара при метрической мере, при плотности среды =1 1считая плояиость воды или вес куб. метра в кг = 1000) и при величине большего' круга = 1 мз, коаффициеит сопротивления для обычных скоростей, не превышающих 1О м. близок к 0.03 кг (если скорости выражены в метрах),а при скоростях в ч00 —:00 и коэффициент сопротивления шара достигает 0.05, лаже 0.053 кг, как видно из франпузских. и русских артиллерпйсяях определений. сопготивланик жидкостей 301 напр., из опытов над движением шарообразных тел в воздухе и в воде (что мы рассмотрим подробно впоследствии) оказывается, что на каждый кв. метр наибольшего поперечного сечения двигающегося шара, при скорости равной 1 и в секунду, сопротивление среды близко к 0.03 кг, нли 30 г, если вес куб.
метра среды Равен 1 кг. Поэтому, так как куб 'метр воды весит 1000 кг, сопротивление воды близко к 30 кг. Воздух при температуре в 0' и 760 мм давления весит всего 1,29 кг на куб. метр, а потому сопротивление такого воздуха противу шара, имеющего сечения 1 кв. и, при скорости 1 м в секунду, близко к 0.03.1.29, или к 0.0387 кг. Атмосферный воздух изменяет свою плотность, смотря по температуре, высоте иад уровнем моря, или с давлением и от степени влажности, а потому и сопротивление воздушной среды изменяет свою величину, смотря по плотности. Следовательно, говоря о сопротивлении воздуха, необходимо уже принять во внимание его изменение с переменою плотности, а это и достигается проще всего, когда исследование сопротивления относится и к такой плотной среде, как вода, и к такой редкой, как воздух, обращая каждый раз внимание на плотность.
Не надо забывать, что с уменьшением сопротивления, вредящего движению, уменьшается и то сопротивление, при помощи которого может быть производимо направление воздухоплавательного прибора. Так, напр., удар крыльев, произведенный с известною быстротою на значительной высоте, будет представлять меньший упор в воздухе, чем близ поверхности земли, где воздух более плотен. Поэтому в целом выводе, касающемся самостоятельного движения в воздухе, можно также не обращать внимания на плотность среды. Теоретически это выражается тем, что мерою сопротивления считают вес жидкого столба„имеющего основанием наибольшее поперечное сечение 1мидель), а высотою ту высоту Н, которая при свободном падении тел соответствует скорости о движения эа и которая Н= —, где ~ есть ускорение тяжести. Поэтому ~~1 ь очевидно, что свойства среды при таком рассмотрении вовсе не принимаются в расчет и подразумеваются в весе столба жидкости.
Практически также доказана возможность из совокупности сведений о сопротивлении, касающихся до воды, судить о сопротивлении в воздухе по тому, что сделано Дюпюи-де-Ломом. В 1870 г. он сделал расчеты, относящиеся до аэростата, приняв только те данные, которые получены для воды, и на основании этих соображений, при данной движущей силе, размере и формах азростата и при заранее определенных скоростях и размерах винтового двигателя, расчел, какую самостоятельную скорость должен получить аэростат. При опытах, сделанных 2 февраля О СОПРОТИВЛЕНИИ ЖИДКОСТВЙ 18?2 г,, собраны наблюдения, из которых можно видеть, что предварительные расчеты о скорости самостоятельного движения аэростата вполне подтвердились в действительности.
Следовательно все данные для сопротивления воды прямо можно применять к воздуху, приняв в расчет разность плотностей. И так мы будем рассматривать совместно сопротивление воды и воздуха. В этом рассмотрении мы будем держаться следующего порядка. Сперва познакомимся с общим состоянием всего вопроса и с теми гипотезами и теориями, которые были применяемы к его разрешению. Этому посвящается вся следующая глава. В ней мы однако избегаем математического развития и подробностей теоретических и опытных расчетов, а Ограничиваемся только указанием на исходные пункты гипотез н на некоторые из получаемых выводов.
Так поступаем мы в виду того, что ни одна из многих теорий сопротивления не оказалась удовлетворяющею действительности, хотя каждая из главных была побудительницею к некоторому дальнейшему движению всего учения о сопротивлении и соответствует той или ниой стороне сложной задачи. В виду же того, что развитие теоретических построений, касающихся сопротивления, имеет самостоятельный интерес, я считаю не излишним в особенном приложении изложить некоторые из важнейших теорий сопротивления, а особенно Ньютонову теорию сопротивления среды. Вследствие недостаточности теории сопротивления, зависящей от сложности задачи, приходится в сущности руководствоваться результатами опытных данных.
Им посвящаются две особые главы. В одной нз них я описываю все, которые мне были известны, достоверные и систематические исследования о сопротивлении тел определенных форм, распределив их по методам исследования. При этом я старался собрать по возможности ббльшее количество численных данных прямых опытов и сделать их слнчимыми, приведя нх все к метрической системе.
В то же время я старался дать практическую оценку полученным результатам, что положительно необходимо в виду разноречия многих из добытых результатов. Это изложено во 2-й главе. Третья глава посвящается выводам из опытных данных таких, по возможности достоверных, результатов, какие нужны для практической стороны вопросов о воздухоплавании. Считаю долгом оговориться здесь в том отношении, что вопрос О сопротивлении среды занял меня сперва только по отношению его к воздухоплаванию. Приступая к изучению сопротивления, я, признаюсь, не ожидал найти такие недостатки в теории н в опытах, до него касающихся, какие оказались в действительности.
Надобно было думать, что в применении к кораблестроению и кораблевождению вопрос разработан с полнотою. Оказалось, что корабли строят и по сих пор ощупью, СОПРОТИЗЛЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ пользуясь многоразличною практикою, а не расчетом, основанным на теории или опытах сопротивления. В таком деле, каж плавание по воде, это и возможно.
Опыт веков уже велик, в Ощупью, догадкою и наблюдательностью можно улучшать то, что давно существует. Не таково воздухоплавание. Опыты полета, за исключением аэростата, который до сих пор не властелин, а раб ветров, поныне были, как известно, еще мало успешны. д между тем птицы летают, аэростатом уже сумели бороться противу слабого ветра, а потому есть уверенность и в том, что когда-либо достигнут и полной победы нзд воздухом, станут управлять полетом. Только для этого очевидно необходимо точно знать сопротивление воздуха, хотя бы на столько, чтобы им воспользоваться для первых, пока грубых, попыток борьбы с атмосферою.
Все изложение учения о сопротивлении я подчиняю этой основной цели всего сочинения и стараюсь в вышеупомянутой последней главе свести то, что сюда прямо относится. Недостаточность опытных данных о сопротивлении средьь для полного решения задачи воздухоплавания, однако, столь очевидна, что я считал невозможным умолчать о неизбежной необходимости новых точных опытов, о их цели, о необходимых приемах и о средствах, для выполнения их нужных. Этим недостатком точных опытных данных о сопротивлении среды объясняется в одно и то же время причина слабого развития как общей теории сопротивления среды, так и практики воздухоплавания.
Само мореплавание должно много выиграть от новых точных опытов над сопротивлением, потому что вслед за ними несомненно явится более удовлетворительная, чем ныне существующие, теория сопротивления среды, а тогда возможнее, чем ныне, будет достичь в морской архитектуре таких целей, которые вызываются практикой, т, е. наибольших скоростей хода при наименьшей трате топлива, при наибольшей вместимости н надлежащей устойчивости, поворотливости н прочих свойствах корабля. Если мне ие по силам дать дальнейшее движение таким важным вопросам, как все вышеуказанные, то я по крайней мере стараюсь облегчить путь дальнейшим деятелям, собрав здесь все, что считаю наиболее важным, и указывая те способы опытного исследования, какими, по моему мнению, дело может быть подвннуто далее, чем при современном состоянии знаний о сопротивлении среды.
Глана 1 Важнейшие сведения о сопротивлении среды ' Первым побуждением к зарождению знаний о сопротивлении среды послужило изучение движения падающих тел. Галилей и Флорентинская академия были и здесь, как зо многих других О сонно!'ивленни ?кидкостай частях механики и физики, начннателями дела.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
