Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kvant.mccme.ru/pdf/1999/03/45.pdf Дата изменения: Fri Dec 23 19:25:13 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:13:56 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: кокон

ЛАБОРАТОРИЯ

'КВАНТА'

45
идея о том, что количественные измерения сил сопротивления необходимо проводить в аэродинамических трубах. Первую в России аэродинамическую трубу непрерывного действия с открытой рабочей частью построил в 1897 году К.Э.Циолковский. Для создания воздуходувки (рис.3) так он ее называл Циолковский использовал веялку, лопасти которой крутились вручную. К сожалению, в опытах Циолковского скорости оказались недостаточно большими, чтобы результаты можно было применять для нужд авиации. Однако такая воздуходувка весьма пригодна для малых опытов по исследованию силы сопротивления. Аэродинамическую трубу можно изготовить и с помощью обычного пылесоса, подключив насадку к его выхлопному отверстию, в струю воздуха такой 'трубы' можно помещать испытываемые модели. Интересно, что законы сопротивления можно учитывать по-разному. Так, самолет должен иметь малую силу сопротивления, но большую подъемную силу. Парашют, напротив, должен иметь большую силу сопротивления, тормозящую его движение. Любопытны опыты с телами простейшей геометрии. Например, обдувая струей воздуха (или воды) двугранники с различными углами раствора , но с одинаковой шириной грани l, можно обнаружить, что наибольший коэффициент сопротивления имеет не плоская пластина ( = 0), а двугранник с некоторым отрицательным углом раствора (рис.4). В связи с этим можно задуматься о придании удлиненным крыльям самолетов обратной V-образности, как показано на рисунке 5 (тогда в плоскости, поперечной к набегающему потоку, течение будет напоминать обтекание того же двугранника с углом < 0, а подъемная сила крыла силу сопротивления двугранника). Но это относится уже к большой науке...

чае расчленить сопротивление на отдельные части не удается в слишком плотный клубок сплетены различные эффекты, сопутствующие обтеканию тел. Тем не менее, именно Ньютон впервые установил, что сила сопротивления движущегося со скоростью v шара прямо пропорциональна его площади поперечного сечения S и плотности жидкости :
F =C
x

v 2 S, 2

Рис.2. Легкий маневренный истребитель МиГ-29 в аэродинамической трубе

Рис.3. Воздуходувка Циолковского

L

v

l

Рис.4. Обтекание воздухом двугранника

Рис.5. Крыло самолета с обратной V-образностью

где Cx коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом сопротивления. А что будет, если несколько изменить условия обтекания? Например, можно телу придать вращение вокруг вертикальной оси. Какой шар быстрее достигнет земной поверхности: вращающийся или не вращающийся? Оказывается, вращающийся для убедительности можно одновременно сбросить с высоты многоэтажного дома вращающийся и не вращающийся волчки. Закон о том, что сопротивление тела тем меньше, чем больше скорость его вращения, качественный. Количественные измерения в таком эксперименте затруднены. И вот почему. В образующемся за телом следе реализуется потеря импульса, порожденная действием силы сопротивления. Течение сохраняет 'память' о прошлом о том, как формировался след раньше. Если скорость падающего тела на некотором отрезке пути на изменяется, то сила сопротивления тоже оказывается постоянной. А скорость постоянна, если сумма действующих на тело сил равна нулю; значит, сила сопротивления равна силе тяжести. Для одного и того же тела такое равенство достигается в воздухе при гораздо больших высотах падения, чем в воде. Видимо, Ньютон имел в виду эти соображения, когда приступил к опытам с бросанием шаров в воду (которые он проводил в наполненной водой деревянной бочке высотой 4,5 м). Воздуходувка Циолковского. В XIX веке осуществилась