Рух тіл у рідинах і газах
Ідеальна рідина є фізичною моделлю, що дозволяє зрозуміти суть явища в деякому наближенні. Всім реальним рідинам властива в’язкість або внутрішнє тертя, що призводить до появи у них принципово нових властивостей. Зокрема, виникло в рідині рух після припинення дії причин, його викликали, поступово сповільнюється. Отже, рідина при своєму русі в трубі відчуває опір. Такого роду опір називають в’язким, підкреслюючи тим самим відміну від опору в твердих тілах. При русі тіла в такої рідини на нього діють сили. Рівнодіючу цих сил позначимо через. Силу можна розкласти на дві складові (рис. 6.5):. Силу називають лобовим опором, а – підйомною силою.
Якщо рідина має в’язкість, то дуже тонкий шар рідини прилипає до поверхні тіла і рухається з ним як одне ціле, тягнучи за собою через тертя наступні шари. У міру віддалення від тіла швидкість зменшується, тобто тіло виявляється оточеним прикордонним шаром рідини, в якому швидкість змінюється в напрямку, перпендикулярному швидкості. У ньому діють сили тертя, які в кінцевому підсумку виявляються прикладеними до тіла і призводять до лобового опору. Крім того, через сил тертя потік відривається від поверхні тіла, в результаті чого позаду тіла виникають вихори. Вихори несуться потоком і поступово згасають внаслідок тертя. Тиск у утворюється за потоком вихровий області виявляється зниженим, тому результуюча сил тиску буде відмінна від нуля, що в свою чергу обумовлює лобове опір.
Таким чином, лобове опір складається з опору тертя і опору тиску. При цьому опір тиску залежить від форми тіла. Співвідношення між опором тертя і опором тиску визначається властивостями рідини. Лобове опір в ідеальній рідині відсутня, в той час як підйомна сила може бути не дорівнює нулю.
Для виникнення підйомної сили в’язкість рідини не має істотного значення. Нехай ідеальною рідиною обтекается напівциліндр (рис. 6.6). Внаслідок повного обтікання лінії струму будуть симетричні щодо СД. Однак відносно прямої АВ картина буде несиметричною. Лінії струму згущуються поблизу точки С, тому тиск там буде менше, ніж поблизу точки Д, завдяки чому і виникає підйомна сила. Аналогічно підйомна сила виникає і в в’язкої рідини. Завдяки підйомній силі літають птахи і літаки. Розріз крила у них практично однаковий: за рахунок складної форми крила створюється різниця обтекающих його зверху і знизу повітряних потоків, що дозволяє тілу підніматися вгору (рис. 6.7). Крило в розрізі являє собою поєднання двох опуклих ліній, причому кривизна верхнього контуру більше, ніж кривизна нижнього, внаслідок чого площа верхньої поверхні крила більше площі його нижньої поверхні. Саме ця малопомітна деталь конструкції і дозволяє літаку вагою в кілька сот тонн, розігнавшись, відірватися від злітної смуги. Щоб двом потокам зімкнутися за задньою кромкою крила, не утворюючи вакууму, повітря, оточуючий верхню поверхню крила, повинен рухатися швидше щодо літака, ніж повітря, оточуючий нижню поверхню, оскільки йому потрібно подолати більшу відстань. В результаті, у міру набору літаком швидкості, зростає спрямована вгору різниця тисків, і на крила літака діє наростаюча в міру розгону підйомна сила. Як тільки вона починає перевищувати силу гравітаційного тяжіння літака до землі, літак піднімається в повітря. Ця ж сила утримує літак в горизонтальному польоті: на крейсерській швидкості підйомна сила врівноважує силу тяжіння.
Силою, що підтримує літак у повітрі, є підйомна сила. Лобове опір відіграє при цьому шкідливу роль. Тому крилам літака і фюзеляжу надають обтічну форму. Таку ж обтічну форму має тіло птаха, що летить, дельфіна, дельтаплана, що рухається з величезною швидкістю спортивного автомобіля.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)