Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
55. Абцяканне цела вадкасцю або газам. Найбольш лёгкаабцякаль
ным целам з’яўляецца такое цела, мае найменшае супраціўленне.
Форма цела, закругленага спераду і завостранага ззаду, як мага больш гладкая, без выступаў, з’яўляецца найбольш лёгкаабцякальнай. Такую форму надаюць снарадам, падводным лодкам, тарпедам, гоначным аўтамабілям, корпусу і крыллям самалёта, падводным часткам суднаў.
На рыс. 102 паказан лёгкаабцякалыіы аўтамабіль.
якое пры дадзенай лабавой плошчы
Рыс. 104. Лініі току вакол цела лёгкаабцякальнай формы. Ззаду гэтага цела віхры амаль не ўтвараюцца.
Высветлім цяпер, якімі фізічнымі працэсамі вызначаецца памяншэнне супраціўлення цела, якому нададзена лёгкаабцякальная форма.
Для гэтага будзем змяшчаць у паток вадкасці целы рознай формы і, мяняючы скорасць патоку, назіраць карціны ліній току, якія атрымаліся пры абцяканні вадкасцю гэтых цел.
На рыс. 103 паказана карціна ліній току вадкасці, якая атрымалася пры абцяканні ёю цыліндра з рознай скорасцю. Пры малых скорасцях абцякання (рыс. 103, а) лініі току, абышоўшы цыліндр, размяшчаюцца ззаду яго такім жа чынам, як і перад ім. Па меры ж павелічэння скорасці абцякання вадкасць ззаду цыліндра прыходзіць у кругавы віхравы рух (рыс. 103, 6).
84
Вадкасць, якая верціцца ў віхры, рухаецца хутчэй вадкасці ў стацыянарным патоку. Але мы ведаем (§ 52), што ціск у вадкасці тым меншы, чым хутчэй яна рухаецца (успомніце ўсасваючае дзеянне струменя вадкасці). Значыць, з задняга боку цыліндра, дзе ўтварыліся віхры, ціск робіцца меншым, чым з пярэдняга. Рознасць ціскаў спераду і ззаду рухаючагася цела і стварае супраціўленне руху цела.
Да гэтага супраціўлення далучаецца яшчэ супраціўленне, абумоўленае ўнутраным трэннем; яно выяўляецца ў тым, што цела, якое рухаецца, цягне за сабою слаі вадкасці. Аднак вымярэнні паказваюць, што гэтае супраціўленне малое, і пры вялікіх скорасцях істотнага значэння яно не мае.
Такім чынам, галоўнейшай прычынай, якая абумоўлівае супраціўленне вадкасці руху цела, з’яўляецца ўтварэнне віхраў ззаду рухаючагася цела. Таму для памяншэння гэтага супраціўлення трэба надаць целу такую форму, пры якой завіхрэнне вадкасці атрымліваецца найменшым.
Цела лёгкаабцякальнай формы мае вельмі малое супраціўленне таму, што вадкасць усюды прылягае да яго паверхні і ззаду яго не завіхрана.
На рыс. 104 паказана карціна ліній току вакол цела лёгкаабцякальнай формы. Ззаду такога цела віхры амаль не ўтвараюцца.
Рыс. 105. Сілы, дзеючыя на папя Рыс. 106. Да ўзнікнення пад’ёмнай
ровы змей АВ пры яго палёце. сілы крыла самалёта.
56. Пад’ёмная сіла. Пры руху цел у паветры, апрача супраціўлення руху, узнікаюць і іншыя сілы. Асабліва важнае значэнне мае так званая пад’ёмная сіла.
Птушка свабодна ляціць у паветры. Падстрэленая, яна каменем падае на зямлю. Чаму? Якая сіла ўтрымлівае птушку ў паветры?
Гэтае пытанне з самых старажытных часоў цікавіла чалавека. Людзі даўно марылі аб штучных крыллях, якія дазволілі б ім, падобна
85
птушкам, свабодна перасякаць вялікія прасторы за кароткія прамежкі часу. Аднак прайшло многа часу, перш чым гэтая мара знайшла сваё ўвасабленне ў самалёце.
Перш чым разглядаць пытанне аб пад’ёмнай сіле крыла самалёта, звернемся да простага прыкладу, які выразна паказвае, як наогул можа ўзнікнуць пад’ёмная сіла пры руху цела ў паветры. Паглядзім, якія сілы дзейнічаюць на папяровы змей, што ўтрымліваецца на ветры вяроўкай (рыс. 105).
Паветраны паток, адбіваючыся ад паверхні змея АВ, дзейнічае на яго з сілай R. Апрача таго, на змей дзейвічаюць сіла яго ўласнай вагі Р і нацяжэнне вяроўкі Q; рэзультыруючая гэтых сіл Rv Пры роўнасці сіл R і Rl змей трымаецца ў паветры; калі ж сіла R будзе большая Rx, то змей будзе падымацца. Такім чынам, паветрапы змей, адхіляючы гарызантальны паток паветра коса ўніз, сам адчувае з боку паветра сілу, якая накіравана ўгору і забяспечвае яго палёт.
Значна больш складана і інакш, чым у выпадку са змеем, выглядае справа з пад’ёмнай сілай, дзеючай на крыло самалёта пры яго палёце.
Сячэнне крыла самалёта паказана на рыс. 106. Практыка паказала, што для ажыццяўлення пад’ёму крыло самалёта павінна быць размешчана так, каб меўся некаторы вугал а паміж яго ніжняй лініяй 1 напрамкам палёту Ч Пры гарызантальным палёце вугал a не перавы F
шае 1 —1,5°’, пры пасадцы — каля 15°. *
Аказваецца, што пры наяўнасці такога *М~*ш J
вугла скорасць патоку паветра, якое — абцякае крыло зверху, будзе большай, — чым скорасць патоку, які абцякае ніж ’ 1
нюю паверхню крыла. На рыс. 106 'р
гэтая рознасць скорасцей адзначана рЬІС 107 сілы, дзеючыя на самарознай гушчынёй ліній току. лёт пры гарызантальным раўнамер
Але, як указвалася ў § 51, у ным палёце.
тым месцы патоку, дзе скорасць большая, ціск меншы, і наадварот. Таму пры руху самалёта ў паветры на верхняй паверхні крыла будзе паніжаны ціск, а на ніжняй — павышаны ціск. Гэтая рознасць ціскаў і абумоўлівае дзеянне на крыло сілы R, накіраванай уверх (рыс. 106).
Вертыкальная складаючая гэтай сілы — сіла F— уяўляе сабой пад’ёмную сілу, накіраваную супраць вагі цела Р. Калі гэтая сіла большая за вагу самалёта, апошні будзе падымацца ўверх. Другая складаючая Q уяўляе сабой лабавое супраціўленне; яно пераадольваецца цягай вінта.
На рыс. 107 паказаны сілы, якія дзейнічаюць на самалёт пры гарызантальным раўнамерным палёце. F}—пад’ёмная сіла, Р — вага самалёта, F2— лабавое супраціўленне самалёта і F — сіла цягі вінта.
1 Гэты вугал змяняецца дзеяннем руля вышыні.
86
Канструяванне і разлік самалётаў робяцца на аснове аэрадынамічнай тэорыі. У распрацоўку гэтай тэорыі вялікі ўклад унеслі наш выдатны вучоны М. Я. Жукоўскі і яго вучні.
Жукоўскі Мікалай Ягоравіч (1847—1921) — выдатны рускі вучоны, заснавальнік сучаснай гідра і аэрамеханікі, «бацька рускай авіяцьіі» (так назваў яго У. 1. Ленін). Ён даў формулу для вызначэння пад'ёмнай сілы самалёта. якая ляжыць у аснове разлікаў пры пабудове самалётаў. Жукоўскаму належаць важныя даследаванні заканамернасці руху вадкасцей, якія атрымалі шырокае практычнае прымяненне.
Яшчэ на заранку развіцця авіяцыі Жукоўскі гаварыў: «Чалавек не мае крылляў і па адносіне вагі свайго цела да вагі мускулаў у 72 разы слабейшы за птушку. Але я думаю, што ён паляціць, абапіраючыся не на сілу сваіх мускулаў, а на сілу свайго розуму» Прайшло нямнога часу, і гэтыя прарочыя словы спраўдзіліся.
Наша краіна шмат зрабіла для развіцця авіяцыі. Першы самалёт быў пабудаван рускім афіцэрам А. Ф. М а ж а й с к і м. Сусветнае першынство ў галіне многіх авіяцыйных дасягненняў і ў цяперашні час належыць нашай радзіме.
Вялікае значэнне авіяцыя мае ў гаспадарчым жыцці краіны. Тысячы самалётаў лягаюць над нашай краінай, звязваючы самыя далёкія куткі яе з гаспадарчымі і культурнымі цэнтрамі краіны, перавозячы грузы і пасажыраў.
Практыкаванне 16.
1. Зрабіце невялікі папяровы цыліндр даўжынёю 15—20ы і дыяметрам 4—5«? і прыклейце да яго канцоў крыху большага дыяметра дыскі. Наматайце на цыліндр частку стужкі (даўжынёю ’ 0,5—0.75 м), а свабодны канец стужкі прывяжыце да канца палачкі. Пакладзіце цыліндр
Рыс. 108. Да практыкавання 16, §56.
на стол і хутка правядзіце канцом палачкі злева направа (рыс. 108). Цыліндр пакоц.цца па стале, затым узляціць уверх і потым ужо ўпадзе.
Прарабіце такі дослед і растлумачце ўзлёт цыліндра.
2. Пакладзіце цыліндр, апісаны ў папярэднім практыкаванні. на стол так, каб накручаная на цыліндр стужка пры рыўку цыліндра ў гарызантальным напрамку сыходзіла з яго не знізу як на рыс. 108, а зверху. Прасачыце за рухам цыліндра, апішыце1 растлумачце яго.
87
57. Выкарыстанне энергіі рухаючайся вады. Ужо многа тысяч год чалавецтва выкарыстоўвае энергію рухаючайся вады для самых разнастайных мэт.
Запасы воднай энергіі на Зямлі велізарныя. Па папярэдніх падліках толькі гідраэнергарэсурсы Савецкага Саюза вызначаюцца прыкладна ў 300 млн. кілават, што ў пераводзе на выпрацоўку электрычнай энергіі можа даць не менш 2000 млрд. кілаватгадзін штогод.
Рыс. 109. Плаціна Дняпроўскай гідраэлектрастанцыі імя У. I. Леніна.
Вялікім «кругаваротам вады» мы абавязаны сонечнаму спрамяненню. Вада азёр, мораў і акіянаў выпараецца і, узнімаючыся ўверх, утварае воблакі і хмары, з якіх яна ў выглядзе дажджу і снегу падае на паверхню зямлі і ў форме ручаёў, рэк і патокаў цячэ ў моры і акіяны, дзе зноў выпараецца. Кожны горны паток, кожны ручай, кожная рака ўтварае крыніцу энергіі, якая можа быць так ці інакш выкарыстана.
Нягледзячы на тое, што запасы воднай энергіі велізарныя і людзі пачалі карыстацца імі даўно, толькі ў апошні час водная энергія набыла велізарнае значэнне ў прамысловасці, атрымаўшы назву «белага вугалю». Асабліва вялікая ўвага праблеме выкарыстання энергіі «белага вугалю» ўдзелена ў Савецкім Саюзе.
Савецкі Саюз паставіў адной з першачарговых задач у галіне энергетыкі задачу максімальнага выкарыстанпя энергіі «белага вугалю» шляхам пабудовы магутных гідраэлектраўстановак на дзесяткі, сотні тысяч і нават мільёны кілават. I гэтая задача дзякуючы сацыялістычнаму ладу нашай краіны паспяхова вырашаецца. Ужо ў цяперашпі час у нас дзейнічае рад буйнейшых гідраэлектрастанцый; галоўнейшай з іх з’яўляецца Дняпроўская гідраэлектрастанцыя імя У. I. Леніна магутнасцю ў 558 000 квт. У 1952 г. пушчана ў ход Цымлянская гідраэлектрастанцыя на Доне магутнасцю ў 160 000 квт. Завяршаецца будаўніцтва найвялікшых у свеце гідраэлектрастанцый на Волзе: Куйбышаўскай — магутнасцю ў 2 100 000 квт і Сталінградскай — магутнасцю ў 1 700 000 квт. Пабудаванне гэтых станцый дасць краіне новыя мільёны кілаватгадзін электрычнай энергіі. Пабудаваны і будуюцца таксама магутныя гідраэлектрастанцыі на Ангары, Каме, Іртышы, Енісеі, Обі і іншых рэках.
58. Гідраўлічныя рухавікі. Як вядома з механікі, кожнае цела, паднятае над зямлёй, уладае адносна паверхні Зямлі патэнцыяльнай энергіяй. Гэта ў аднолькавай ступені адносіцца і да вады.
Калі, напрыклад, ёсць якінебудзь запас вады т, паднятай адносна некаторага ўзроўню на вышыню h, то гэтая вада ўладае адносна гэтага ўзроўню патэнцыяльнай энергіяй mgh. Калі гэтая вада ўпадзе з вышыні Іг, то частачкі яе набудуць скорасць v, вызначаемую з роўнасці v = У Zgh. Патэнцыяльная энергія вады пры гэтым ператворыцца ў кінетычную энерпю ^. Калі ж не прымаць пад увагу нязначныя страты энергіі, непазбежныя пры гэтым пераходзе, то можна , mv2 напісаць, што mgh = у.
КНІГІ ОНЛАЙН
