Эффект Магнуса и уравнение Бернулли
Всем привет! С вами Дмитрий Побединский и вы на канале qwerty. Как летает самолет? Почему крученый мяч летит по дуге? И чем опасен поезд Сапсан? В этом выпуске мы ответим на все эти вопросы и проведем зрелищный эксперимент.
И давайте начнем с эксперимента. Будем использовать то, что доступно, пожалуй, каждому: воздух и бумагу. С их помощью можно проиллюстрировать удивительное уравнение Бернулли. Итак, у меня есть два изогнутых листа бумаги.
Что будет, если я подую между ними? Казалось бы, они должны разойтись, но они наоборот сходятся. Как такое может быть? Дело в том, что согласно уравнению Бернулли, чем больше скорость потока, тем меньше давление в нем. Можно образно сказать, что чем быстрее движутся молекулы, тем меньше времени у них для того, чтобы нормально удариться о поверхность и создать должное давление. Вот и получается, что между листов бумаги давление уменьшается, а снаружи остается прежнее атмосферное давление. И под действием разности давления листы прижимаются друг к другу.
Но можно сделать еще круче! Для этого нужна бумага полегче, да и скорость воздуха побольше. Принцип тот же: когда воздух дует над поверхностью бумаги, там возникает область пониженного давления, и под действием разности давления она поднимается. Так вообще можно создать настоящую туалетную пушку!
Так, хватит, хватит! Давайте серьезно! На самом деле этот принцип может приводить к более трагическим последствиям, чем просто быстрый расход туалетной бумаги. Если мимо вас проезжает скоростной поезд, он увлекает за собой много воздуха, и его скорость может быть настолько высока, что полученное разряжение может затянуть под поезд, если стоять слишком близко.
Тот же эффект можно почувствовать в припаркованном на трассе автомобиле, когда мимо проезжает многотонная фура: он резко притягивается к ней. Отчасти из-за этого на автострадах запрещено парковаться на обочине.
Незнание уравнения Бернулли сыграло злую шутку с трансатлантическим лайнером Олимпик, близнецом Титаника. В 1911 году он столкнулся с небольшим крейсером и не утонул, но все же получил серьезные повреждения. Так при чем же тут Бернулли? Когда корабли идут параллельным курсом, между ними как бы образуется водяной канал. Он сужается, соответственно, скорость потока в нем увеличивается, и давление уменьшается. По сути, это похоже на два листа бумаги, которые я показывал раньше.
Корабли начинают притягиваться. И чем больше разница в размерах кораблей, тем сильнее действует это притяжение на меньший из них. Он просто-напросто теряет управление и начинает бесконтрольно приближаться к большему кораблю. Это и произошло в 1911 году. Но ошибки прошлого учтены, и сейчас капитаны знают, как недопустить такой ситуации.
Но неужели от этого принципа только вред? Вовсе нет! Благодаря ему возникает подъемная сила, действующая на крыло самолета. Дело в том, что по разным причинам: форма крыла, угол наклона – воздух над крылом движется чуть быстрее, чем под ним. Получается, что сверху давление меньше, и разность давлений создает силу, направленную вверх.
И кстати, заставить воздух двигаться где-то быстрее, где-то медленнее можно и по-другому: просто использовать вращающийся цилиндр. Часть молекул как бы прилипает к поверхности, и от этого набегающий поток воздуха с одной стороны тормозится, а с другой стороны разгоняется. Возникает разность давлений и вместе с ней подъемная сила. Такой самолет был даже создан, однако только в качестве эксперимента, ведь в таком случае лобовое сопротивление очень велико, и это, конечно, не практично.
Возникновение такой силы при вращении в набегающем потоке воздуха называют эффектом Магнуса, и на самом деле в некоторых областях техники его применение очень даже оправдано. Посмотрите на этот корабль. Вот эти торчащие штуки – это не трубы, это вращающиеся цилиндры, которые помогают сэкономить топливо. Представляете? Если дует боковой ветер, то согласно эффекту Магнуса возникает сила, которая может двигать корабль вперед и помогать основному двигателю.
Используя эффект Магнуса, можно построить ветряные электростанции, которые будут работать и при очень тихом ветре. И, конечно же, крученые мячи летят по дуге также из-за этого эффекта. Как видите, инженерная мысль порой бывает очень необычной.
А на этом – все! Ставьте лайки, подписывайтесь на наш канал, оставляйте в комментариях пожелания по темам для следующих видео. И спасибо за просмотр!