Менделеев Д.И. О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании (1124038), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Отсюда видно, что, переходя отвозможно гладких площадей к несомненно шероховатым,' получается возрастание трения в отношении 0.14 к 0.51, т. е. как 1:3.6, чего и можно ждлть. Но отсюда следует, что нет возможности определить заранее, какова мера трения Й в каждом данном случае, напр, в случае дна корабля, даже в частях его, параллельных оси движения, а особенно в том случае, когда на том дне Осел не мелкий.
2 ность всей плошади будет У+4сз — ~ — )~=Зла, т. е. неровности уяеличат плоскость в 3 раза. Если представить на место кубов полушзры или пирамиды— плоскость возрастет меньше, когдз высота равна расстоянию. Вообразив же расстояние кубов меныпим, чем нх бок, получим большее зозрастанне поверхности, но и в пределе, когда расстояние кубов=о, зсе же возрастание яе будет больше, чем в 5 раз. А допустить некоторое расстояние необходимо, если признавзть неровности не сплошными, а потому очевидно, что малые .неровности увеличат поверхность не больше как в 402 раза, т. е. действительная поверхность не может превосходить видимую (измеряемую по вершинам неровностей) более, как в 42/з раза. г И не отличая тренин в трубах при ограниченной массе жидкости от трения в безграничной среде, а может быть мера трения в обоих случаях н ие одна и та же.
Однако, как мы видели выше (стр. 391), Вейсбах получил даже 'лля железных трубок (новых) я=0.18, число, близкое к данному Бофуа г: ч роулом. ВАжнвй1пие сВедения о сопРотиВлВнии сРеды 403 крупный осадок ракушек, водорослей и т. п. Тогда можно ждать еще ббльшего возрастания трения,' Из этого сопоставления мне кажется очевидным и несомненным то слелствие, что одким трен11е,п ки при капой форме движушегося тела нельзя обьяснить всего сопротивления, потому что тогда сопротивление, отвечающее данной форме, напр. корабельной-волновой, устроенной по Скотт-Россел1о, изменялось бы не только с переменою меры поверхности, по также и возрастало бы с переменою состояния поверхности гораздо больше, чем встречается в действительности. Пусть смачиваемая, хотя бы и у еличенная (по Ранкину), поверхность корабля=а.
Сопротив..ение его=у'= йвха, а работа двигателя, идущая для преодоления сопротивления,=1о= — кхк1з. Допустим, что сила машины делится поровну между полезною работою, идущей для преодоления сопротивления, н неизбежно терявшеюся на трение механизма потерю силы в винтовом двигателе и т.
и. Очевидно, что число 2 Фзоз лошадиных сил машины будет, следовательно для скорости в 5 м(около 10 узлов) для корабля, у которого а=600 кв. м, 2.6 0.<5)з потребное число лошадиных сил машины было бы: и ' 75 =л 2000. Если принять к= 0.2, как для гладкой почти поверхности, то требуется по расчету 400 л. с., а если принять й=0.5, как для труб, покрытых ржавчиной, то потребуется уже 1000 сил, а если принять к равным еще большей величине, что и должно сделать, если поверхность покрыта раковинами и т. и.,— то нужно более 1000 сил.
Такого большого различия, сколько мне известно, в действительности пет. При данных форм„х определе1.ного корабля замечаются различия сопрогивлений в гораздо меньшей мере даже тогда, когда дно обрастет ракушками и т. п. неровностями и когда можно ожидать увеличения трения в 4 — 5 и более раз. Если бы понятие о трении как сб единственной причине сопротивления было верно, то потр бовалось бы прн этом увеличить силу машины в 4 — 5 и более раз, чтоб достичь тех же скоростей.
А в крайних случаях, сколько мне известно из отчетов о дал.них плаваниях, замечают, даже после сильного обрас-ания дна, возрастание в трате двигателя (напр. топлива) для получения той же скорости много, что в 2 раза.' 1 Тогда поверхноснсное сопротнвленне нозозстет много больше, чем н 4, даже 5 рзз, потому чхо н поверхность но много рзя возрастет, н явятся новые ббдьшне вихри, н прямое сопротивление нзросхоз нозрастеь з Слыхал я, но подлинных данных не знзю.
чтопод влиянием учения о тренин кзк о господствующей силе со ротнндення стеля заботиться о тщзтельной нознронке пароходных винтов н подводных чзстсй корзбля, но жеяземых выводов не яолучнлн. Подлинные данные были бы очень ннтересны. 26ь 404 о сопготивлвнии жидкоствй Из всего этого следует, что трение жидкостей есть важный элемент сопротивления, что оно изменяется так же, как сопротивление, а потому может с ним смешиваться, но что оно недостаточно хорошо обследовано для поверхностей наклонных, а потому: 1) можно делать с некоторой уверенностью поправку на трение только для поверхностей, параллельных с направлением движения, да и то в случае гладкости поверхности, и 2) трение наклонных плоскостей и всяких шероховатых не поддается еше расчету, а вследствие этого 3) при изучении сопротивления, вообще, напр.
для нахождения форм, приличных кораблю или телам наименьшего сопротивления, и для нахождения форм наибольшего сопротивления, приличных двигающим органам (винту, крылу и т. п.), не следует в большинстве случаев выделять трение от всех других видов сопротивления, а следует, пока, изучать сопротивление в его мере, не отличая трения и не вдаваясь, пока, в разбор того, откуда оно ведет свое начало. Относительно трения жидкостей важнее всего заметить, что при обычных скоростях его законы очень близки к общим законам сопротивления. Так, например, тот и другой род сил растет почти пропорционально квадрату скорости.
Это позволяет делать слияние и это объясняет историю начала исследований сопротивления, когда трение не принималось вовсе в расчет. Поэтому в следующей главе, посвященной разбору измерений сопротивления, мы рассматриваем его, не отличая в большинстве случаев трения, а говоря лишь о сопротивлении вообще. Фрикционная и инерционная теории сопротивления — обе не могут быть сочтены за достаточно совершенные; надо ждать иных приемов для геометрического разбора явлений сопротивления. Изучение их должно быть пока — делом наблюдения, опыта и измерения.
Глава 11 Измерение сопротивлений Измерения, касающиеся сил, составляют ту важную часть знания, которая предполагает уже некоторое знакомство с силами и чаще н скорее других способов знания ведет к обладанию измеряемыми силами, потому что в мере и числе ум находит твердую опору для проверки своих построений и попыток постижения сущности дела.
Поэтому способы измерения сопротивлений и самая их мера заслуживают главного внимания при изучении занимиощего нас предмета, если желательно выбраться в нем из области схоластики и эмпиризма в сторону истинного понимания. Практике прямо нужны те числа, которые получаются прн этих намерениях. Гипотезы и теории должны осно- ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ 405 ваться на мере сопротивлений, ею оправдываются и при ее помощи будут совершенствоваться.
Не надо забывать однако, что нередко числа, получаемые в обычной практике, бывают результатом таких наблюдений, в которых сочетаются разные неопределимые условия и обстоятельства, запутывшошие понимание, а не упрошающие его. Для понимания >ке дела, т. е. для истинного обладания теориею, а чрез иее и практикою предмета, н для построения гипотез необходимы иифры опытов, когда определенные обстоятельства изменяются, влияние же других по во: можностн устраняется, или когда влияние невозможных для устранения обстоятельств строго определяет~я и на них делается поправка.
Так, например, для практики особенно важно знание сопротивления плавающих на воде тел, особенно таких, которые имеют форму судов. Но здесь поверхностное волнение, образование волн, сопутствующих движущемуся телу, перемены температуры, сопротивление воздуха н т. и. неустранимые влияния усложняют понимание явления в его чистоте. Поэтому для теории сопротивления во много раз ценнее измерения, полученные для тел, вполне погруженных, сравнительно с плавиощнмн, и даже опыты в малом виде сравнительно с опытами в больших размерах, потому что при этом легче и вернее устранимы препятствия точности (напр. волнение, ветер, неравенство температур и т.
п.). Практике мореходного дела, на первый взгляд, нужнее всего найти связь форм парохода с тратою угля для получения желаемой скорости. Но огыскание этой связи, дая е н при тысяче нзмери|ельиых наблюдений, едва ли даст что иное, кроме грубой н вполне эмпирической зависимости, применимой только в данном частном случае, потому что связь сложна и в числе переменных будут: формы парохода, формы винтового двигательного органа, устройство топки паровика и машины, трение механизмов, скорость, волнение, крен, даже просто качества топлива, механиков н истопников.
Освободить от всех этих влияний одно желаемое, напр. форму корабля, практически нельзя. Поэтому поучительны для сопротивления не всякие измерения, наблюдения и опыты, для того назначавшиеся. Числа числам рознь: одни — стесняющий балласт, другие — двигающий груз. Притом нз многих родов наблюдений возможно извлечь только относительные, а не абсолютные числа, да и то пгиближенныег А потому в этой главе, посвященной измерениям сопротивлений', нашли место не все известные мне измерения, а только те, хотя бы заведомо не совершенно полные и не вполне точные, которые представляются мне поучительными в положительном илн отрицательном смысле. ' Цель, преследуемая мною при собирании материала и при его обработке, состоит в ~том, чтобы сопоставить в одном месте 40б о сопготквлкнии жидкосгей все известные мне поучительные измерения сопротивлений, сличить их между собою, отобрать из них наиболее достоверные и тем положить основание для возможности узнания истинных законов сопротивления и для составления при их помощи затем гипотез и теорий, согласных с природою всего дела.
Не думаю при этом вовсе о том, чтобы мне самому воспользоваться собранным; буду однако делать сгои замечания, а, главное, хочу обратить внимание других на — почти ныне забытые †интере сопротивления и желаю облегчить новым силам путь, давши нм запас прежних измерений, на собирание которого (по возможоости из подлнннков) я сам потратил немалое время. Словом, приступаю к делу без предубеждений, без готовой гипотезы и стараюсь быть возмсжно объективным, излагая то, что не мною сделано, н если прибегаю к определенному, как бы теоретическому приему, пользуясь выражением: Й = в Ь МФ, ....... (1) то лишь потому, что иначе нельзя сделать сличимыми между собою измерения разных наблюдателей и в разных случаях.
Выражение (1) требует, чтобы сопротивление Я изменялось пропорционально плотности Ь, плоскостной мере М поперечного (к направлению пути) сечения и пропорционально квадрату скорости в. Если б это было так, то величина коэффициента к выходила бы одна и та же прн разных плотностях, сечениях и скоростях для всяких наблюдений, касающихся тел подобных, представляющих одни и те >ке углы встречи или одинаковый закон смены этих углов, напр. для всяких шаров, плоскостей, наклоненных под известными углами (если М, Ь и о переменны), илн для разных подобных конусов, или для разных нормальных площадей и т. и. Если же для данной формы величина й будет непостоянна при разных Ь, М и о, то все же можно из нее извлечь изменение сопротивления с переменою ь, М и э, как из непосредственного опыта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
