В.И.Меркулов

Г1r1дродинамика
знакомая
и незнакомая

ББК

22.253.3
М52

УДК

532.5.013 (023)

Мер к ул о в В. И. Гидродинамика знакомая и незнакомая.-2-е изд., перераб.
и доп.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989.- 136 с.- ISBN 5-02-013809-6.
В

популярной

форме

излагаются

основные

законы

гидродинамики

науки

о движении жидкости и газа. Среди объектов этой науки самолеты и корабли,
птицы и дельфины, кровеносные сосуды и нефтепроводы. Изложение иллюстри­
руется многочисленными 'примерами, взятыми из окружающей жизни. Для

многих читателей особый интерес может представить описание неиспользованных
возможностей гидродинамики, новых технических решений и применений. К ним

относятся и лыжи с воздушной смазкой, и вентиляция воздушного бассейна
города, и катамаран без волнового сопротивления, и новый вид спорта - бег
по

«тонкому льду».

Предыдущее,

первое издание книги

вышло в

свет в

1976 r.

в

издательстве

«Техника» (Киев) под названием «Популярная гидродинамика» и было в

1977

г.

отмечено Дипломом второй степени на Всесоюзном конкурсе научно-популярной

литературы. В
Взрослый

1980 ·г.

книга была переведена в Японии на японский язык.

читатель,

прочитав

книгу,

расширит

свой

кругозор,

юному

книга

поможет выбрать профессию. Она полезна и интересна специалистам смежных
отраслей науки.

Табл.

1.

Ил.

71.

Библиогр.

19

назв.

Рецензент
доктор физико-математических наук А. Г. Куликовский

1603040100-093
М
053(02)-89
КБ 11-84-89

©
©

Техника
(Киев), 1976
Издательство
«Наука».
Главная редакция

физико-математической

ISBN-5-02-013809-6

литературы,

ниями,

1989

с

дополне­

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие

.

5

Гидростатика

7

Основное уравнение гидростатики.
Закон
Паскаля.
Поверхностное
натяжение. Гидростатика в невесомоrти. Рш1новесие кораблей. Аэро­

-статика. Корабль пустыни. Аэrопап1чеL"кий транспорт газа. Вертостат.
Воздуumая

подушка

. . . .

. . . . . . . . . . . .

26

Как' передвинуть холuд11льник'! Лыжи скользят по воздуху. Экономичные аппараты· на в11ыуш1юй подушке. Аэросани и самолетные шасси
с воздушной С/\Ш 'H<v!f\. Почему буксует колесо?
Аэроупруrость

37

Стрела попадает в цель. Флаттер. Статическая и динамическая жест­

кость конструкций. Демпфирование упругих колебаний.
Человек идет по воде
Тихие

. . . . . . . . . . . .

аплодисменты

под

водой.

43

Присоединенная

масса.

По

ВQде

можно бежать. Бег по тонкому льду. Переправа без моста. «Секреты»

плавания кальмара.

/

Динамические эффекты в жидкости и газе·

ф

50

Закон сохранения энергии. Вода вытекает ·из сосуда. Кипит холодная

вода. Измерение скорости потока. Столкновение кора\!tлей. Шарик висит
в

~оздухе.

Эффект

Магнуса.

Парус

Флеттнера.

Лета~рщий

автомо­

биль. Метеор сгорает в воздухе. Смерч-торнадо.
Вязкая жидкость
Не

. . . . . . . . . . . . . . . .
помажешь - не
поедешь.
Гидродинамическое

68
сопротивление

.. ,

Парадокс Даламбера. Неньютоновские жидкости.
Гидродинамические машины

Воздушный

винт.

Гидравлический
вихрей.

. . . . . .

Гребной винт.

удар.

~

. . . . . . . . . . . . .

Гидротурбина.

Пульсирующий

водомет.

75

Гидротрансформатор.
Генератор

воздушных

Волна смывает город

90

Зарождение волны. Волна бежит, вода остается. Сложение волн.
Волны чувствуют дно моря. Цунами. Волны в топливном отсеке

ракеты. Корабль на подводных крыльях. Как использовать волну.

3

100

Гидродинамика животных
Чемпионы

подводного

плавания.

Природные

движители.

Машущее

крыло. Секреты большой скорости.
Полет в живой природе

108

. . . . .

Планирующий полет. Парящий полет. Машущий полет.

116

. . . .

Магнитная f'ИJ1родинамика

Магнитогидродинамический
насос.
плавка. Бестигельная зонная плавка.

генераторы.

ДАинн

в

магнитной

МГ Д-движитель.
Бестигельная
МГ Д-генератор. А томцые МГ Д­

бутъ1лке.

Термоядерная

реакция.

Пинч-эффект. Устойчивость плазменного шнура.

...

130

Список рекоменнуемой литературы

135

Перспективы гидромеханИ:ки

ПРЕДИСЛОВИЕ
Существует много различных интересных наук.

вклад

в

дело

человеческого прогресса.

И

нет

Каждая из них

ни

одной,

без

вносит свой

которой

можно

обойтись. И в этом смысле все науки равны.

Ученые различных специальностей увлеченно работают каждый s своей
области. Годы упорного труда венчаются великолепными открытиями, поражения
сменяются победами. И, наверное, каждый считает свою науку, свою проблему

самой интересной и самой важной. Без такой убежденности они едва' ли смогли
бы найти в себе силы преодолеть те трудности, которые расставлены природой
на

пути

к ее секретам.

А как относятся к различным наукам люди, которые только готовятся занять­

ся ими? Их отношение отчасти формируется знаниями, полученными в школе,
отчасти

научно-популярными

книгами,

тазетными

и

журнальными

статьями

или

кинофильмами.

И вот здесь наступает неравенство наук. В то время · как одним наукам
посвящается много книг, кинофильмов и они покрываются ореолом романтики,
славы, другие остаются в тени.

К последним, как ни странно, относится гидро­

аэродинамика - наука о движении жидкостей и газов. Это обстоятельство тем
более удивительно, что объекты, изучаемые гидродинамикой, мы встречаем на
каждом шагу. И сами мы, и все, что нас окружаеt, движется либо в воздухе
(птицы, автомобили, самолеты), либо в воде (рыбы, дельфины, подводные и над­
водные

суда).

приливные

и

Человеку
ветrоRые

приходится

волн:ы,

изучать

движение

воздушные

нефти

и

газа

в

и

морские

течения,

тысячекилометровых

трубах, течение крови в \tикроскопических кровеносных сосудах.
Но если все :3нэю r. что самолет или корабль на. подводных крыльях своими
качествами

обязаны

достижениям

гидроазродинамики,

что

о

космического

летательного

задачу

входе

то ·немногим

аппарата

в

известно,

атмосферу

Земли

или другой планеты также решают гидродинамики. Создание ракетного двигателя

мощностью
ли,- это

15 млн. кВт, способного вырвать человека из тяжелых объятий Зем­

не

только

успех

конструкторов,

металлургов,

химиков,

но

и

аэроди­

намиков. И если со временем человек овладеет термоядерной энергией, то в этом

будет заслуга не только физиков, но и гидромехаников.
Гидромеханика, как

и

всякая

щ1ука,

возникла и

развивается в соответствии

с потребностями Практики. Отвечая запросам древних кораблестроителей, Архи­
мед

(287-212

гг.

до

н.

э.)

сформулировал

законы

плавания

и

устойчивости

плавающих тел. Строительство каналов, плотин, шлюзов, фонтанов, дальнейшее
развитие судостроения и мореплавания в XVIl-XVIII вв. служило серьезным
стимулом

для

развития

гидромеханики.

ментальные работы членов

Именно

Петербургской

в

это

академии

время

наук Д.

появились

Бернулли

фунда­

( 1700-

1782) и Л. ЭйЛfфа (1707-1783). Бернулли ввел термин «гидродинамика», и его
книга, вышедшая в свет в 1738 г., так и называлась. Эйлер вывел общие уравне­
ния

движения

невязкой

жидкости,

которыми

мы

пользуемся

и

в

настоящее

время.

Зарождение и развитие авиации в конце

расширение ·работ
всего следует
В.

по

аэродинамике

упомянуть

И. Ленин назвал

профессора

«отцом русской

XIX

летательных
Н.

Е.

и

начале ХХ

аппаратов.

Жуковского

авиации». Формулы

И

вв.

обусловили

здесь

(1847~1921),
и профили

прежде
которого

Жуковского

и теперь играют большую роль в аэродинамике.

5

Жажда
сущности

знаний

явлений,

всегда
часто

побуждала
щ1ережая

человека

к

технические

поискам

истины,

возможности

и

познанию

.практические

запросы общества.
Какой

прекрасный

и

удивительнЫй

мир

открывается

глазам

художника,

поэта, писателя! Но он окажется еще прекраснее и удивиtельнее, если вы посмот­

рите на него еще и глазами ученого. Так, парящая в небе птица расскажет вам
о законах аэродинамики, набегающая на берег волна послужит хорошей иллю­
страцией к теории колебаний. Как это интересно - за внешним проявлением
увидеть сущность процесса!
Предлагаемая книга не является систематическим изложением. рассматри­
ваемой науки. Написанная в форме отдельных этюдов, посвященных различным
разделам

. гидроаэродинамики;.

она

знакомит

читателя

только

с

некоторыми

ее

проблемами.
Начинается изложение с простейших, уже решенных задач.

в

себе

интересные

и

неиспользованные

возможности.

В

этих

Но и они таят

разделах

автор

старался не только рассказать, что делается, но и как ·делается. По приведенным
формулам читатель при желании может сам проверить результаты И-ли произвести
расчет. В следующих главах мы ограничились только рассказами о стоящих
перед гидродинамикой задачах.

Подобно

тому

как

нельзя

написать

симфонию,

не

прибегая

к

НQтным

знакам, так невозможно рассказать о гидроаэродинамике,

не прибегая

к мате­

и их физического
проблемы.

решение

какой-либо

наука,

изучающая

матическим формулам. в каждой главе кн~ги. кроме законов гидродинамики
Несколько
перемещение

приводится

техническое

о

терминологии.

·

слов
и

проявления,
принятой

равновесие

материальных

тел

Механика
под

-

действием

различных

сил.

Прибавлением гидро- (вода) выделяют часть механики, изучающей движение жид­
кости.

Исторически

сложилось так,

жение не только жидкостей,
движения

жидкостей

скорости

звука

и

(для

газов

но
в

что в рамках гидромеханики

изучалось дви­

и газов. Это объясняется близостью за~s~нов
том

случае,

воздуха. скорость звука

если

скорости

равна

движения

м/с).

340

По

меньше

мере

роста

скоростей авиации из гидромеханики выделились аэромеханика и газовая дина­
мика,

которые

учитывают

свойство

газа

рассмотрения исключаются вопросы
движение

под

действием

сжиматься.

равновесия

некоторых

сил

В

тех

(статика)

(динамика),

случаях,

и

когда

из

изучается только

пользуются

тер~инами

гидродинамика, аэродинамика или их комбинацией.
·
Предлагаемая книга представляет собой дополненное и переработанное
переиздание книги «Популярная гидромеханика», изданной украинским республи­
канским

издательством

«Техника»

в

1976

г.

но,ое

название

книги

появилось

как результат откликов читателей первой книги. Специалисты по гидромеханике

отмечали основную особенность книги - открытие незнакомых до сих пор воз­
можностей и областей применения· гидромеханики. Однако при этом почти
всегда

высказывались

решений.

Чтобы

в

сомнения

какой-то

в

реализуемости

степени

обосновать

предлагаемых

эти

технич~ских

предложения,

многих случаях привел несложные математические расчеты,

автор

во

которые показывают

практическую достижимость этих, на первый взгляд, невероятных преД.ложений.
Некоторые разделы книги изложены. более полно, появились и новые разделы,
такие,

как

«аэроупруГ9СТЬ»,

«смерч-торнадо»,

«Вертостат».

•

ГИДРОСТАТИКА
сил испытывает вода в стоящем пе­

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ
ГИДРОСТАТИКИ.

ред нами. стакане (рис.

Знакомство

воды

с

Вырежем вертикальный столбик

гидромеханикой

естественно начать с ее наиболее
И хотя

сти

и

просты,

поперечным

задачи равновесия жидко­

обознаЧим

газа
чем

-

действительно
задачи

Простейшая
возникне.т

более

движения,

задача
перед

круг

интересен.
гидроста­
нами;

если

мы захотим понять, действие каких

сечением

S.

Этот столб будет испытывать ат­
мосферное

части

этих задач обширен и
тики

с

гидростатики.

простой

1).

давл~ние

давление,

которое

мы

fJo. На площади S это
вызовет силу poS. В ту же

сторону будет направлен и вес
~идкого столба. Если буквой Q
обозначить

плотность

жидкости,

буквой g - ускорение силы тяже­
сти, а. буквой h - высоту столба,
'

7

Специфика свойств жидкости в
отличие

от

твердого

тела

состоит

в том, что давление в ней не зави­
сит

от

ориентации

площадки,

на

которой это давление рассматрива­

ется. Каждый С'Голб испытывает
одинаковое боковое давление, ура-

. вновешиваемое

давлением соседних

столбов или давлением на· стенках
стакана.

Чтобы

11учШе

гидростатики,
щий опыт.

его

вес

1

можно

донью,

определить

дном.

как

произведение QghS.

ку.

·Тот. факт, что жидкий столб не
проваливается
вует

о.

вниз,

Части

ные вниз.

Это

Условие

в

J<оторое

и

силы,

poS

равновесия

стакан

этого

вверх

отпустите

Вода останется в

Этот

опыт

ру­

стакане

легко
1

так

объяснить,

(2).

Перепи-

шем его следующим образом:

называют

Обозначим

+ QghS =

переверните

После

используя уравнение

QgZ =

Ро

его
Заметим

жидкого

тол.Qко,

что

р.

в

переверну­

том стакане координата z отсчиты­

столба запишется так;

(1)

Налейте в стакан воды

дно.

направлен­

давление

гидростатическим.
р.

давления

столба,

уравновешивает

следую­

же, как если бы она опиралась на

свидет~льст­

существовании

нижней

проделайте

законы

до самого верха. Накройте его бу­
магой и, придерживая бумд:ГУ ла­

Рис.
то

понять

вается

pS.

вверх

Как и следовало ожидать, площадь

от
и

свободной
потому

поверхности

всегда

положи­

тельна.

S входит в это уравнение общим

Проанализировав

уравнение,

множителем и может быть сокра­

можно

щена. Обычно вместо высоты стол­

воде будет уменьшаться при увели­

ба

чении z. Однако, если вес столба

вводят

h

координату точки,

в

заключить,

что

давление

в

ние р. Отсчитывая эту координату

QgZ меньше атмосферного
давления Ро, давление р будет оста-

от сво.бодной поверхности жидко­

ваться

сти,

меньшим

которой

хотят

мы

определить

получаем

•воды

давле­

отрицательную

величину, которую обозначим через
z
- h. Введя это обозначение
и сократив уравнение
лучим

основное

( 1)

на

уравнение

•

S,

по-

гидро­

+ QgZ =

р

Если

тQчка

расположена

р-

8

р

1

в

атмосферного.

значение

и

Положи-

внутреннего

жидкости

означает

дав­

нали­

чие сил, сжимающих ее. Эти силы
и

удерживают

воду

на

с

Из У{>авнения

Ро·

в

опрокинутом

координатой
дне

давление

стакана,

на

(2)

можно опре­

делить и высоту столба, который

z
то

давление на его дно. В общем

случае

те~ьное
ления

хотя

стакане.

статики:

(2)

положительным,

уровне

z.

может удерживаться атмосферным
давлением.

Очевидно, что когда

Р

=

Ро

-

Qgz =

0,

вода разольется. Отсюда

ет

применять

Qg

масло

Подставив сюда числовые значения

Ро = g-10332 Н/м 2 ;

1000 кг/м 3 ,
м.

10,3

этого

и

расчета,

например,

применяют

потому,

что

оно,

с одной стороны, ведет себя как
жидкость

все

Получим

Из

Да

ответствует. Как вы догадываетесь,

Z= - .

=

воду.

названию машины это больше со­

Ро

-z

именно

и

передает

стороны,

а

с

как

давление

во

другой

стороны,

замазка,

затыкая

ведет

себя

щели,

по которым

проходит сопря­

жение подвижных

и неподвижных

следует, что качать воду из колодца

частей

глубиной больше

1О м можно толь­

свойство проявляется только в том

КQ расположенным в колодце насо­

случае, если щель достаточно мала.

сом.

Поэтому сопрягаемые части машин

·Возвратимся

к

(3).

формуле

Если мы применим ее к жидкос;ги

z

для

z

окажется меньше. Так,

ртути

и

ким

Благодаря

малой

высоте

стол­

ба, на которую поднимается ртуть,
с

ней

легко

изучению

проводить

атмосферного

Читатель,

ют

одного

ртутью,

пальцем

и

опускают

сосуд

ртутью.

наверное,

видел

на

улицах города машину с телескопи­

че9ким

механизмом,

для

веком.

подъема

Машина

· предназначен­

корзины

с

чело­

останацливается.

Вложенные друг в друга стальные

давления.

но. После этого насос начинает ка­

конца,

закрывают

поверхности.

трубы устанавливаются вертикаль­

образом. Тонкую стеклянную труб­
ку длиной больше, чем 760 мм, за­
с

чистоты

по

опыты

Для этого поступают следующим

паянную

классом

ным

м.

0,76

=

кг/м 3

13 600

Q=

Последнее

обрабатывают очень точно, с высо­

большей, чем вода, , плотности, то
величина

м~ханизма.

наполня­
отверс_тие

этот

конец

в

чать

масло

в

нижнюю

часть

этих

труб, и трубы одна за другой под­
нимаются вверх.
(и

самой

корзина,

К самой верхней

тонкой)

в которой

прикреплена
находится

че­

ловек.

столба в стеклянной трубке пока­

Вот бы так же взять несколько
железобетонных труб, вложить их

зывает

друг

в

но

качать внутрь

с

Высота

атмосферное

•

привычных

единицах

ртутного

давление

-

в

миллимет-

рах. ртутного столба.
Из уравнения

чить

и

закон

Паскаля.

Но,' поскольку

физики, мы
на

только

о

можно полу­

Архимеда,

знаком с ними

ваться

(3)

их

и

закон

читатель

по школьному курсу

не

будем

выводе,

возможных

останавли­

и

друга,

поставить

вертикаль­

жидкость,

пока

трубы не поднимутся вверх на не­
бывалую высоту. "Эта мечта рушит~
ся

только

потому,

чт.о

железобе­

тонные и даже сварные стальнъlе
трубы изготавливаются с малой
точностью. Вложенные друг в дру­

расскажем

га, они образуют такой зазор, что

применениях.

все масло вытечет через эти щели.

а

Стоп!
ЗАКОН ПАСКАЛЯ

А

почему,

обя:lаны

собственно,

использовать

мы

масло?

Нельзя ли применить другую жид­

Задумаемся, почему в гидравли­

кость, которая будет просачиваться

ческих машинах обычно применяют

через щели между трубами доста­
точно медленно, чтобы насосы ус­

масло, а не воду. Казалось бы, что
из соображений дешевизны следу-

певали

ее

накачивать.

Понятно,

9

,

что эта жидкость должна обладать большой вязкостью, такой, на­
пример, как смола. В этом случае
мы сталкиваемся с другой трудно­

стью. Каким насосом качать смму?
Итак, нужна жидкость, которая

обладала бы малой вязкостью в на­
сосе и большой - в зазоре между
трубами. Здесь весьма уместно
вспомнить

о

некоторых

глинистых

·растворах, которые обладают свой­
ством так называемой тиксотропии.

Эти растворы при перемешивании

обладают очень малой вязкостью,
а

в

. состоянии

неподвижном

вращаются
глинистые

время

в

твердое

растворы

тело.
в

применяют

пре­

Такие

настоящее

при

бурении

скважин.

ИспWIЬзование
глинистых

ти:К.сотропных

растворов

позволяет

решить
проблему
вертикального
монтажа
железобетонных
труб
(рис.

2}.

Предположим, что имеет­

ся десять железобетонных труб по­
следовательно уменьшающихся

аметров, длиной

30

ди­

м каждая. Их

вкладывают друг в друга. Обычны­
ми строительно-монтажными меха­

низмами эти трубы ус.танавливают
вертикально

фундамент,
жестко

подготовленный

на

внешняя

где

закремяется

труба

цементным

раствором. Затем на верхней части

внутренней трубы устанавливают в
зависимости

от

ее

назначения

радио- или телевизионные антенны,

ресторан.

Все

это

происходит

высоте около 30 м и
специальных

После

не

подъемных

монтажа

на

требует
средств.

оборудования

в

промежуток между фундаментом и

внутренними

трубами

начинают

качать глинистый раствор. В насо­

се и в трубопроводе, где раствор
сильно

перемешивается,

он

ведет

.себя как жидкость с малой вязко­
стью. Зато в зазоре между трубами,
Рис.

. 10

2

которые

медленно

·перемещаются

относительно
становится
реннее

кнуть

друг

почти

давление

его

раствор

твердым,
не

через

внутреннее

друга,

может

щель.

давление

и

внут­

протол­

При

может

этом
прев­

зойти вес труб, и они начнут под­
ниматься,

последовательно

гаясь друг

из друга.

Даже

если

движение

1

выдви­

их

будет

относительное

составлять

всего

мм/с (при такой скорости сколь­

жения жидкость не будет уходить

в. щели), менее чем через 10 ч со­
оружение

поднимется

почти

на,

трехсотметровую отметку. В таком

положении трубы фиксируют с по­
мощью

сварки

закладных

Рис. З

металли­

ческих частей. Глину спускают, за­
зор

заливают

метровая

цементом,

вышка

образом,

и

трехсот­

готова.

уникальное

Таким

сооружение

можно быстро и д..ешево построить

с помощью обычной техники, кото­
рой
обладают .даже
небольшие
строительные

Кроме

организации.

этих

качественных

со­

ображений, мы можем привести ко.:.
личественный

только
ние,

расчет,

обоснует

но

и

который

наше

послужит

не

предложе­

инструментом

длJI тех, кто захочет воспользовать­

ся

таким

эффективным

монтажа

высотных

Первый

способом

на

который

должен дать ответ расчет,- это во­

прос о необходимой вязкости раст­
вора. Если вязкость раствора выб­
рать малой, то жидкость будет
успевать просачиваться через зазор

между трубами и мы не сможем
создать необходимое давление во

полости,

обеспечило

подъем

которое

бы

мы

должны

поднимать,

добавится существенная . сила тре­
ния,

которую

нужно

отрезка

преодолеть за

счет того же внутреннего

давления.

к

рис.

З.

На

нем

- трубы

и

профиль

скорости течения жидкости в зазо­

ре между ними. Течение жидкости

обус~овлено разностью внутреннего
и

внешнего

даwtепий

Р1

.- Ро ,

а

также движением ·внутренней тру­
бы со скоростью

U.

Профиль скорости, как извест­
но

из

специальной

литературы,

определится следующей функцией:

U (r) = Р1
Ро [ (r2
'
2µl
(r2 где
~

r-

r1) (r2 -

r) 2 -

r)]

+U

Г2·- Г

r2 -

r1

,

текущий радиус

(r2 ~ r ~
длина зазора, µ - вяз­

r 1), l

кость раствора.

Потребуем, чтобы сила \трения~
приложенная

со стороны

жидкости

к внутренней движущейся трубе,
равнялась нулю. Это условие будет
выполнено,

вложенных

труб. Если вязкость взять слишком.
большую, то к весу сооружения,
которое

друга

сооружений.

вопрос,

~нутренней

Обратимся

изображены два вложенных друг в

если

при

Отсюда

мы

получим

r =

r1.

связь

между

параметрами задачи:

(4)

и

11

r 1 представляет

подъемный кран будет подниматься

собой технологический зазор меж­
ду трубами.
Разность давлений

вместе с трубами, высота сооруже­

Величина

-

Р1

Ро

r2

определяется

площадью

и

ния

ных работ.

весом внутренней трубы. Эти вел~­
чины заданы

самой конструкцией.

А вот вязкость жидкости
сти

скорость

подъема

µ

и отча­

мы

можем

выбирать сами в широком диапа­
зоне.

йз уравнения

Uµ =

Pi -

при

Ро

2

Вязкость
меняется

(4)

найдем

изменении

порядков
сдвига

ставляется возможность выбрать·
скорость такой, чтобы условие ( 4)

было выполнено. При этом жид­
кость в своем движении не будет
обгонять движение трубы и тормо­
зить ее

движение.

Анализируя формулу

(4), мож­

но понять, почему, используя мине­

ральное

масло

подъемниках,

в

подгонять одну
Для

телескопических

приходится

примера

трубу

к

рассмотрим

U

0,1 м/с,

µ

l

1 м,

Ра

Р1 -

плотно

друг

подъема

на

смежная

пара

подъ­

друга.

После

одной

секции

фиксируется

отно­

вор выпускается из нижней секции.

Затем на высоте секции устанавли­
вается заглушка и сюда подводится
;

глинистый раствор по тонким тру-

бам, для которых давление в

50-

100 атм не будет предеЛьным.
Такой порядок монтажа позво­

ляет избежать большого давления
в нижней трубе, имеющей макси­
мальный диаметр.

ПОВЕРХНОСТНОЕ
НАТЯЖЕНИЕ

0,1 Н ·с/м 2 ,
Кроме силы тяжести, в некото­

10 4 Н/м 2 •

1,4

случаях

нужно

поверхностного
дая

мм.

частица

возникающие

в

со

всех

силу

1<аж­

притягива­

соседними

ча­

стицами. Частицы, находпщиеся на
поверхности жидкости, находятся в

притяжения

намики,

компенсируется

на

натяжения.

сторон

тивления материалов, а не гидроди­
останавливаясь

учитывать

жидкости

других

не

осуществлять

высоту

трубе. Так как это вопросы с~про­
мы,

к

сительно внешней, глинистый раст­

случай

Рассмотрим теперь давление и
разрыв,

нужно

относительно

ется

на

и

по секциям.

Другой.

При этом получим

усилия

жидкости

бе, которая лежит в основании со­
оружения. Чтобы уменьшить эти

рых

r1 ~

гидростатиче­

Внутренние трубы фиксируются

r 1). Поэтому всегда пред­

U / (r2 -

давлению

усилия,

растворов

скорости

большому

большим усилиям на разрыв в тру­

r 1) .

несколько

к

скому

ем

глинистых

на

Высота и вес сооружения при­

ведут

2

(r2 -

не усложняет ведения монтаж­

условиях.
со

Отсутствие
стороны

силами

сил

воздуха

поверхност­

них подробно, укажем только пути

ного натяжения. Наличие таких сил

их

можно

решения.

Поскольку бетон, даже армиро­
ванный, плохо ~ыдерживает усилия

на разрыв, · трубы должны быть
стальные, а бетонные секции могут
быть уложены уже после подъема
очередной секции труб. ПQскольку

12

проиллюстрировать

сле­

дующим опь~том.

Возьмите

тонкую

швейную

иголку и потрите ее пальцами. Ку­

сочек

промокательной

ложите

на

воду,

а

бумаги

сверху

по­

опустите

иголку. Через некоторое время бу-

f'

мага пропитается водой
а иголка останется

и ,утонет,

гаснет. В отсутствие силы тяжести

на поверхности

около' огня отсутствует конвектив­

воды. При Этом хорошо будет вид­

ное

но углубление в воде, которое она

поступать кислород .и,

образует.

но, горение прекратится. Но можно

Именно

используют

водомеры,

это

водяные

явление

насекомые

быстро · бегающие

попытаться

по

ного

пламени

не

поверхност­

прямо

будет

следователь­

вскипятить

.воду

не нужен кислород. Легко

силы

натяжения

к

на

электрической плитке, для которой

поверхности прудов.

Поскольку

течение,

что

пары

через

пропорцио­

воды

вытолкнут

отверстие,

понять,

всю

воду

предназначенное

в

для выхода пара. Таким. образом,

наибольшей степени проявляются в

приготовление пищи в условиях не­

нальны

кривизне

капиллярах, т. е.

бочках.
того,

мениска,

они

весомости представляет собой до­
вольно сложную проблему. Пока:

очень тонких тру­

Причем в

смачивается

зависимости
или

не

от

что

смачива­

космонавты

вынуждены

ется материал капилляра, жидкость

зоваться тюбиками с

будет либо поцниматься, либо опу­

ной пищей.

скаться по капилляру.
капиллярам
вода

ров

в

поднимается

вверх,

верхние

По тонким

стволах
на

снабжая

Конечно,

космическом

деревьев

десятки

водой

самые

риканских

на

и

не

космических

станций

пр~изошел очень похожий процесс .

листья.

разливки

воду

никто

·пытался. Однако на одной 1:1з ам,е­

мет­

Там был устано8:11ен сосуд Дьюара

Если у вас есть мелкое ситечко
для

пастообраз­

вскипятить

корабле

rюль­

чая,

вы

можете

с жидким гелием, предназначенным

про­

делать и другой опыт. Смочите си­

для

течко

маслом.

электромагнита. В условиях земно­

Стряхните его, чтобы масло не за­

го притяжения пар в сосуде Дью­

тягивало ячейки. А теперь налейте

ара

в

Вода

выходит через отверстие. (Если от­

останется в ситечке. Свойство сита

верстие закрыть, то сосуд разорвет­

не

ся от давления

подсолнечным

ситечко

немного

пропускать

воду

воды.

используется

охлаждения

поднимается

при заливке бензина в бак машины.

весь

Бензин

сосуде

хорошо

ситечко

вода

и

смачивает

свободно

обладает

медное

протекает,

не

к

поверхности

пара.)

испарится,

не

Пока гелий

температура

поднимется

и

выше

4

в.

К.

Хорошая теплоизоляция, обеспечи­

а

отталкивающими

свойств~ми, и поверхностное натя-

сверхпроводящего

ваемая

·

жение задерживает воду в ситечке.

сосудом

Дьюара,

позволя­

ет достаточно· долго хранить гелий.
Иначе

проходит

процесс

кипения

Давление в пуз~рьках газа в гази­

гелия в условиях невес~ости. На

рованной

американской космической станции

силами

воде

тоже

удерживается

поверхностного

натяжения.

пары

вытолкнули

верстие,

В НЕВЕСОМОСТИ

предназначенное

Как поведет себя жидкость, ес­
на

огне

захотим

в

приготовить

невесомости?

вы­

пищу

Читатель,

чистый

вакуум,

плотный поток солнечной

эн~ргии,

представляемые

, бораториями,-

конечно, знает, что открытое пламя

условия

в

ческих

условиях

для

от­

нился.

Невесомость,
мы

через

хода пара, и сосуд быстро опорож­

ГИДРОСТАТИКА

ли

гелий

невесомости

быстро

для

космическими

все

ла­

это

идеальные

некоторых

технологи­

процессов.

13

Это

прежде

сверхчистых

всего

Иное

получение

материалов.

Зачем

дело

боратории.

в

космической

Сфокусированный

нужны такие материалы? Исследо­

нечный луч позволяет

вания

при­

териал

ме­

вакуум

пок-азали,

вычные

няют

нам

свои

что

многие

материалы

резко

физические

свойства,

до

6000

служит

изолятором,

и

сол­

нагреть ма­

Естественный

надежным

тепло­

бесконечной

емко­

когда из них удаляются малые при­

стью

меси.

тигля! Его функцию может выпол­

Для примера укажем, что обыч­
ный
алюминий
после
глубокой
очистки

(количество

более единицы на

электромагнитное

поле,

кото­

Отсутствие конвективного пере­

кую

-электропроводность

(в

1000

раз больше обычной) при темпера­

мешивания

в

невесомости

делает

более глубокой очистку при зонной
плавке.

водорода.

более

примесям

чувствительны

к

РАВНОВЕСИЕ КОРАБЛЕЙ

полупроводниковые

материалы,

применяемые

в

Со времен Архимеда извес.тно,

элек­

тронной технике. Для очистки ма­

что тело будет плавать,

териалов применяют либо зонную
плавку, либо вакуумную переплав­

вытесненной

ку.

никакого

тысяч объе­

приобретает аномально высо­

Еще

И

не

ма)

туре жидкого

нять

примесей.

рое будет и дозировать, и транспор­
тировать жидкие объемы.

примесей

1О

для

и

°С.

ла­

В первом

случае

им

если вес

жидкости

равен

весу самого тела. Круглое бревно

примеси вы­

плавает

тесняются из зоны кристаллизации

полном

в жидкую зону. Во втором случае

ном. Не будет нарушен закон Ар­

примеси

химеда

диффундируют

по

рас­

на

поверхности

соответствии

и в

том

с

случае,

воды

этим

в

зако­

если вы

ся­

плаву из объема на поверхность и

дете на это бревно. Сила Архим;да

рассеиваются в вакууме.

равна общему весу, и вам, казалось

И в том и в другом случ~е тре­

бы, можно плыть и плыть. Но при

буется удерживать материал в жид­

самом

кой

бревно вместе с вами перевернется,

высокотемпературной

фазе,

при которой материалы особенно
агрессивны. Таким обра,зом, тигель
или

ковш,

в

котором

удерживается

очищаемый материал, всегда будет
вносить
примеси.
Чтобы
этого
избежать, приходится тигель ох­
лаждать, чтобы на его стенках
образовался твердый слой перепла­
JJЛяемого

материала,

так

называе­

мый гарнисаж.
ки

вы

возмущении

окажетесь под

водой.

вас
что

утешением.
для

Отсюда

плавания,

следует,

кроме

условия,

открыт,ого Архимедом, нужн~ еще
услови~

устойчивости

равновесия

._сил тяжести и сил Архимеда.
Эти условия легче всего понять,

р'ассмотрев, как плавает в воде же­

происходит

ком

условиях

потока.

что подогрев

самой

гии

-

нием,

в

теплового

ся

дорогой
понятна

технологического

огром­

А

если

осуществляет­

формой

электромагнитным
то

то

да не нарушался, будет слабым для

лезная лопата с деревянным

учесть,

И

обстоятельство, что ·закон. Архиме­

Таким обраЗом, процесс очист­
ного

14

и

небольшом

излуче-

сложность
процесса.

энервсего

в

(рис.

воду

до

4).
тех

черен­

Лопата погружается
пор,

пока

вес

вытес­

ненной воды не сравнивается с ее

весом.

Причем

архиме~ова

сила

приложена к черенку, а равнодейст­
вующая

сила

тяжести

-

к

лопате.

Это обстоятельство обусловливает

корпуса лодки, обеспечивает устой­
чивость

катамарана.

тойчивости

Условия

катамарана

такие

ус­
же,

как и д.ля автомобиля на широко
расставленных колесах.

По рекам и озерам удобно пла-

· вать

в лодках-плоскодонках. Широ­

кое моское дно, во-первых, обес­
печивает малую глубину погруже­
ния лодки и облегчает мавание по
мелководью, и, во-вторых, обеспе­
чивает

хорошую

лодки.

устойчивость

При наклонном

положении

такой лодки вытесренный ею объем
и,

Рис.
вертикальное

следовательно,

точка

приложе­

ния архимедовой силы смещаются

4

ч сторону наклона.

положение

лопаты

в

силой

тяжести

В сочетании с

эта

сила

вызовет

воде. В том случае, если волна вы­

восстанавливающий момент,

зовет отклонение лопаты от верти­

падет необходимость в низком рас­

кального положения, возникнет мо­

положении центра тяжести. Одна­

мент, который

ко,

прежнее

возвратит лопату в

то

тело

такую

лодку

от­

штормовая

волна повернет на бок, она опроки­

положение.

Таким образом, если центр тя жести тела будет ниже це~тра тя­
жести вытесненного объема жидко­
сти,

если

и

будет

находиться

в

нется, в то

время как

лым балластом

яхта с тяже­

поведет себя

как

«ванька-встанька».

Образом «ваньки-встаньки~ во­

устойчивом равновесии. На кораб­

спользуемсЯ д.ля объяснения общих

лях это условие обеспечивают низ­

условий
устойчивости
кораблей,
избегая~ введения сложной кора­

ким

расположением

двигателей

и

грузов. На яхтах, у которых, кроме

бельной

всего,

щего

нужно

уравновешивать

мо­

терминологии.

У

настоя­

«ваньки-встаньки~

центр

мент силы, приложенной к парусу,

тяжести

ставят

опоры, тем не менее он обладает
устойчивостью. Каким требовани­

тяжелый,

женный киль.

низкорасполо­

На парусных судах,

у которых нет тяжелых двигателей,

ям

расположен

должна

выше

удовлетворять

точки

игрушка,

щение груза по объему подводной

чтобы обладать устойчивостью?
Обратимся к рис. 5. Здесь G -

лодки

вес,

днище ~аливают цементом.
также

проводится

с

Разме­
учетом

условия устойчивости.

сти,

Для .кораблей,· плавающих по
поверхности

способ

воды,

радиус опорной поверхно­

расстояние

от

опорной

точки до центра тяжести. При от­

один

клонении игрушки на малый угол а

устойчивости

точка опоры сместится на величину

есть

обеспечения

R r-

еще

нейших времен полинезийские ры­

а центр тяжести сместит­
ся в ту же сторону на s = ra. Вес

баки в своих конструкциях парус­

G,

ных

и равная весу сила реакции, прило­

мавания.

Его

лодок,

катамараны.

используют с древ­

которые

известны

как

Водоизмещающий..._

балансир, отнесенный в ст~р.~ну от 1

1

S = Ra,

приложенный в центре тяжести,

женная

момент

в

точке

опоры,

создают

M=Ga(R-r).
15

собные сопротивляться как силам
растяжения,

так

и

Появление легких

силам

и

сжатия.

прочных пле­

нок позволяет пос~авить вопрос' о
новом

ле

-

конструкционном

пленке,

воздухом.

материа­

наполненной

Сама

пленка

уравновешивает

силы

сжатым

хорошо

растяжения,

а заключенный в ней с'жатый воз­

дух

способен

сопротивляться

си­

лам сжатия.

Простое применение этому ма...;
териалу

нии
Рис.

уже

домашней

вывод:

5

дится

выше

сделать

тяжести

центра

то

R),

(r

сразу

центр

нахо­

вращения

возникающий

О

при

наклоне момент будет действовать·
в

сторону

его.

наклона

и

увеличивать

r< R

При условии

этот мо­

мент будет восстанавливать исход­
ное вертикальное

Теперь

положение.

перенесем

эти

выводы

на корабль. Точка опоры для ко­
рабля - это
точка . приложения
архимедовой

силы

(центр

величи­

ны). При наклоне корабля эта точ­
ка смещается по некоторой кривой
с радиусом кривизны

R

и центром

кривизны· (метацентром) О.
Расстояние от точки приложе­
ния

архимедовой

тяжести

в

равняется

r.

всегда

изготовле­

мебели:

диванов,

тая трубка подойд~т и для спинки

можно

если

в

кресел, пуфов и т. д. Хорошо наду­
кресла,

Отсюда

нашлось

силы

наших

до

центра

обозначениях

И если для игрушки

положительная

величина,

r

то

для судов, как, например, для яхты,

может быть отрицательна и тогда
условие М
О будет всегда вы­

r

>

ция

и

как

палатки.

несущая

Нет

конструк­

сомнения,

что

пневматические кресда найдут осо­

бенно широкое распространение в
авиации .. Они

кресел

и,

легче

кроме

великолепными

алюминиевых

-того,

обладают

амортизационными

свойствами.
Рассмотрим возможность. изго­
товления колеса из такого материа­

ла. Возьмем кольцевую трубку диа­
метром d, накачаем ее воздухом
под давлением р. Чтобы это кольцо
сделать

колесом,

редину

его

достаточно

поместить

в

втулку

се­

и

соединить ее капроновой струной с
кольцом.

Теперь нужно ответить на воп­
рос,

какую

нагрузку

кое ·колесо.
ется

выдержит

Сжатый

растянуть

его,

воздух
нагрузка

та­

пыта­
через

спицы-· сжать. Разрежем мысленно

колесо

костью

'

го,ризонтальной

(рис.

6).

Верхняя

плосчасть

колеса поддерживается силой, рав­
ной

полняться.

р = 2 лd2

4Р·

АЭРОСТАТИКА

В

конструкциях,

пользует

человек,

Здесь nd 2 / 4 ис-

применяют~я

д возник в связи с тем, что ПJtос­

которые

'
главным
образом материалы, спо-

16

площадь поперечно­

го сечения колеса, а коэффициент
кость

два

раза

пересекает

колесо.

r':

Рис.

6

Рис.

7

Сила Р и есть допустимая нагруз­

едет на камень (рис.

ка,

столкновения

при

которой

колесо

не

сплю­

щится.

инерции

Например, рассчитаем необхо­
димое дамение в трубках, которые
могут быть использованы в качест­
ве велосипедных колес без метал­
лического обода. Пусть диаметр
каждой трубки будет равен 4 см,

зойдет

а вес велосипедиста

сипедом

Н.

вместе

с

вело­

для

и

на

силам

колесо, прев­

вес.

Поэтому

колесо

в

прогнется,

камень, затем расправит­

поедет

такого

дальше.

колеса

не

Как

видим,

страшны

не­

ровности даже на большой скоро­
сти. Более того, чем больше ско­

что

рость, тем менее заметно действие

поддерживающую силу со~Дают два

препятствия. Применение колес без

колеса,

жесткого обода позволяет констру­

900

получаем

У читывая,

касания

обогнет
ся

благодаря

нагрузка

расчетный

месте

В момент

7).

следующее урав­

ировать транспортные средства без

нение:

рессор.

lблр,

900

К условию равновесия мы дол­

жны еще прибавить условие устой-

откуда

р

. чивости

18 Н/см 2 •

колеса.

хорошо

При необходимости уменьшить

известно,

дамение нужн;о увеличить диаметр

трубки.

ямения

При

диаметре

8

см

что

склонно сворачиваться

из-за. потери

Так,

Велосипедистам

в восьмерку

устойчивости.

можно

втулку сде~ать пошире.

зуя

'
rематривае:мого

колеса

и

надувное

крес­

Этого

избежать,

необходимое . дамение будет со­
стамять всего 4,5 Н/ см 2 • Исполь­
такие

колесо

если

Исклю1-1Ительная легкосеть расколеса

позволяет

ло, можно изготовить детскую ко­

сконструировать

ляску,

лосипед или мотоцикл. Чтобы Чело­

которая

в

спущенном

состо­

янии уместится в дамской сумочке.

Движение колеса без обода по

век

мог

одноколесный

разместиться

внутри

ве­

коле­

свои

са, оно должно быть спаренным
(из двух трубок) и иметь достаточ­

особенности. Рассмотрим, что про­

но большой диаметр, например два

изойдет

метра.

неровной

2.

поверхности

имеет

с колесом, когда

В. И. Мерку.лов

оно

на-

Коленчатый

вал

соединяет

17

меЖдУ собой правую и левую втул­

Крутящий

момент

помощью

ки и служит одновременно рамой,

цепной

к

ваться к одному или обоим дискам

которой

присоединяется

мqтор,

бензобак и сиденье для водителя.
При этом важно, чтобы центр масс
мотоцикла занимал как можно более
тех,

кто

захочет

изгото­

вить такой мотоцикл своими рука­
ми,

можно

дать

втулки,

мент

которые

колесу.

мента,

должен

.и

несколько

...

практи

женного

к

Наличие

валу,

роту

колена,

центр

масс

переда­

передадут

приложенного

противоположного

низкое положение.

Для

передачи

с

такого
к

мо­

колесу,

и

МQмента, прило­

приведет

в

мо­

к

пово­

результате

человека,

чего

сидящего

на

ческих советов. В качестве трубок

валу, сместится и будет проходить

можно

впереди точки

использовать два

жарного

шланга

куска

длиной

по­

шесть­

ся вперед.

но

тяжести

мотоциклетных

теннисных

из

трех-четырех

камер,

струн.

спицы

Камеры

-

из

Бла­

годаря этому колесо начнет катить­

семь метров каждый. Камеры мож­
изготовить

опоры колеса.

При торможении центр
перемещается

появляется

нужно

назад

тормозящий

и

момент.

Легко заметить некоторую спе­

накачивать до тех пор, пока оба ко­

цифику

леса

При большом тормозящем или раз­

одновременно

проседать под
то

же

время

не

перестанут

вашим

весом.

неравномерное

И

в

давле­

транспортного

гонном

моменте

коленчатый

вал

может повернуться больше чем на

ние должно вызывать прогиб одно­

девяносто

го из колес. Повороты осуществля­

на

ются с

тель

помощью перемещения все;;.

устройства.

сто

градусов.

При

восемьдесят

окажется

повороте

градусов

води­

перевернутым

вниз

го корпуса вправо или влево. Дw1я

головой,

этог9 сиденье должно быть доста­

гонный момент обратится в нуль.

точно

Поскольку

широким.

Втулка такого колеса, конечно,

а

тормозящий
в

ше

трубой, соединяющей правые спи­

кувыркаться,

с

левыми,

колеса.

Она

как

у

велосипедного

должна

состоять

-

двух отдельных дисков

из

правого и

оси

вращения,

маятник.

торможении.

ны

спицы.

-

Эти

левые

диски

стру­

опрокинутый

может

попытке

спуска

или подъема по горе большой кру­

вает

и

будет

поведение

при

тизны

правые

положении

человек

как

Такое

возникнуть

левого, каждый из которых стяги­
только

таком

раз­

центр м,асс будет располагаться вы­

не может быть сплошной прямой
цы

или

или

при

Проведем

должны

сильном

здесь

разгоне

оценку

и

допу­

быть снабжены двумя рядами под­

стимой крутизны склонов и ускрре­

шипников,

ний, при которых водитель не будет

в

которые

вставляются

концы вала. Сам вал не может быть

кувыркаться.

Максимальный

прямым

мозящий

разгонный

и

проходить вдоль

оси

ко­

и

возникают

в

будет находиться человек. ·Поэтому

коленчатый

вал

вал

положения

леса,

ное

так как

должен
вниз

именно

в

этом месте

иметь колено,

примерно

на

опущен­
половину

тальное,

на

когда

вертикального

повернется

т. е.

моменты

положении,

из

тор­

в

горизон­

девяносто

граду­

радиуса колеса. К этому колену бу­

сов. Положение центра мае.с будем

дет

считать

крепиться

сажира,

и

и

сиденье

для

механизм привода,

пас­
кото­

рый может быть педальным или мо­
торным.

18

ния

на

смещенным

половину

от

оси

радиуса.

враще­

Тогда

указанный момент будет равняться
М
PR/2, где Р - вес экипажа,

R

радиус

колеса.

Этот

момент

диуса

ниже

оси

колеса.

В

этом

может вызывать ускоренное движе­

случае предельным склоном будет

ние

склон

или

торможение

го устройства.

транспортно­

Пренебрегая весом

с

углом

градусов.

пятнадцать

Подчеркнем,

идет

преодолевается или с которого спу­

'

которыи
u

мы

обозначили буквой Р, можем напи­

скаются

сать

склон

для

момента,

вызванного

си­

лами инерции:

-

ускорение

g

ния, равное

преодолеваться

поэтому

крутизна

с

его

Интересно посмотреть, что про­

центра

свободного

масс,

изойдет при столкновении описыва­

паде­

емого

м/ с.

9,8

Короткий

может быть больше.

aPR/g.

ускорение

и

который

разгона.

может

разгоном,

М1 =
Здесь а

без

склоне,

речь

века

механизма,

длинном

что

колеса по сравнению с весом челои

о

наклона

мотоцикла

с

препятствием.

Прежде всего водитель, как маят­

Так как М ~ М 1, для допусти­

ник,

повернется

вокруг

оси,

зани­

мого ускорения или разгона мы по­

мая горизонтальное положение

лучим ограничение а~

гами вперед

Отсю­

g/2.

но­

(а не головой, как на

да следует, что для разгона до ско­

обычном мотоцикле). Затем колесо

рости

начнет сплющиваться,

72

км/ч или для торможения

до этой скорости путь должен пре­

удар.

Есл~

восходить

ниже

оси

что

такое

м.

50

Нужно

ограничение

чрезмерным.

не

сказать,

,

дальше.

КОРАБЛЬ ПУСТЫНИ

Читатель,

го колеса не позволит достичь ука­
занного ускорения.

Аналогичное положение возни­
При

крутым

указанном:

центра масс

склонам.

расположении

нельзя

выехать и

спу­

тридцати градусов.

вязаны

склон

не

такой

может

кру­

преодолеть

согласится,

ше уступают место машинам. Одна­
ко

Но

конечно,

что если верблюд и может назы­
ваться кораблем пустыни, то толь­
ко кораблем устаревшей конструк­
ции. В наш век животные все боль­

ститься без разгона на гору круче
тизны

,

и в машине с

l::lo

по

например,

может переехать его и Покатиться

фициент трения проскальзывающе­

езде

как,

легковой автомобиль, то мотоцикл

достаточно мoЩHiiIM мотором коэф­

при

колеса,

машина

вообще не может разгоняться с та­

кает

препятствие· окажется

является

Педальная

ким ускорением.

амортизируя

сами

машины

к

узким

называемым'

пока

крепко

полоскам

дорогами.

при­

земли,

Наверное,

и автомобиль по той же причине

именно этим объясняется то высо­

малого

комерие, с которым верблюды про­

коэффициента

скольжения колес

по

трения

ходят

грунту.

Смещение центра масс на поло­

мимо

увязших

в

песке

ма­

шин. Мы, люди, можем понять и

простить

презрение

верблюда

ществить только при большом диа­
метре колеса :&t только для мотор­

машинам,

но

можем

ного

так

вину

радиуса

варианта,

колеса

так

как

можно

в

этом

осу­

слу­

простить,

что

далеко

жет

верхности

транспортного

машине

центр

В педальной же

масс

можно

распо­

ложить только на одну четверть ра-

2•

не

творению

до

чае мотор и бензобак можно распо­
ложить под сидением близко к по­
земли.

мы

наших

творения

к

себе
рук

природы.

Описанный выше мотоцикл мо­

ного

(рис.

послужить

прототипом

средства,

двигаться

8).

по

нового

способ­
пустыням

'Надувные колеса.для этих
19

АЭРОСТАТИЧЕСКИЙ
ТРАНСПОРТ ГАЗА

Природный
ном

давлении

газ при
легче

использовать

наполнен­

аэростаты,

природным

газом,

этого

8

ше, большей толщины и для боль­
устойчивости

расставлены

пошире.

Для примера рассмотрим тран­
спортное средство, опирающееся на

два колеса высотой пять .метров и

шириной шин один метр. Пусть его

общий вес будет равен двум тон­
нам (это может быть многомест­

нЬlй автобус или грузовой · автомо­
биль).

Необходимое давление в шинах

2· 10

/

транс­

газа.

При

таких аэроста­

тов (с объемом_ в несколько мил­
лионов кубометров) можно рбес­

целей должны быть, конечно, повы­

р =

для

же

больших размерах

4

Это

на мысль

ные

шей

воздуха.

обстоятельство наводит

портировки

Рис.

атмосфер­

(;п;d ) ~ 7000 Н/м
2

2

печить

производительность

спортной

системы в

сотни

тран­

милли­

ардов кубометров в год.

Однако этот способ имеет свои
недостатки.

Нарушение

аэростати­

ческого равновесия в полете, боль­
шие

ветровые

нагрузки,

опасность

загорания от молний и статическо­
го

-

электричества

аэростат

все

это

малонадежным

транспорта.

Тем

статические

не

делает

средством

менее

свойства

аэро­

природного

газа и дешевый пленочный матери­
ал

можно

использовать

для

соз­

дания иной транспортной с11стемы,
2

0,7 Н/см •

свободной от указанных недостат-:
ков.

Представьте себе,- что мы соб­

Такое же давление будут ока­
зывать колеса на песок. Эта вели­

рали

чина

их

примерно

давления,

и

во

в

пять

раз

создаваемого

много

раз

человеком,

меньше

под копытами верблюдов.
отношении

нам

меньше

удалось

давления

В этом
их

прев­

в

все

аэростаты

одну

цепочку

и

установили

от

месторож­

дения газа до места его потребле­
ния.

Соединив

аэростаты

откры­

тыми концами друг с другом, полу­

чим

своеобразный

газопровод.

зойти! К малому удельному давле­

Сами же аэростаты . будут непод­

нию 'добавятся другие достоинст­

вижно закреплены на высоте

ва

200

колес,

о

которых

мы

говорили

м с помощью косых растяжек.

выше. Все это обеспечит высокую

При

проходимость

на

рассматриваемого

l 00-

равной

производительности

аэростатический

газопровод

транспортного средства.

расхоДуется всего лишь в два раза

Описанный экипаж, особенно
если его оборудовать установкой

больше пленки, чем на отдельные

кондиционирования

транспортировки

холодильником

с

воздуха

и

прохладительны­

аэростаты,

Увеличение

ми напитками, по достоинству бу­
дет носить гордое имя корабля

полностью

пустыни современной конструкции.

системы.

20

предназначенные

надежности

для

газа.

расхода

окупается

такой

пленки

повышением

транспортной

Полезно· привести

формулы

и

метра труб шла до сих пор газовая

расчет такого не совсем обычного

промышленность.

трубопроводного транспорта.

шее

Введем

=

ния: Лр
лений

следуюЩие
р2

на

Р1

-

обозначе­

разность дав­

-

входном

Р2

и

ВЫХОДНОМ

р 1 участках трубопровода, L и d JI..ЛИНа и диаметр трубопровода со­

ответственно,

U ер

средняя

-

Q-

рость движения газа,

скЬ­

его плот­

нению

с

диаметра

достигнутым

по

срав­

размером,

равным 1440 мм, вызывает большие
трудности при изготовлении труб и
при

их

укладке.

Другое

дело

в

воздухе. Аэростатический .газопро­
вод можно спроектировать на очень

большую производительность.
Для примера рассмотрим газо­

ность.

Эти

величины

связаны

между~

где

Л

безразмерный

ент

сопротивления,

коэффици­

определяемый

экспериментальным путем.
Откуда

взять

коэффициента,

такого

большого

товлял?

,

значение

если

нас интересует,

этого

газопровода

размера,

еще никто

Ценность

какой

не

изго­

формулы

(5)

состоит в том, что коэффициент Л

может быть определен
другого

диаметра

скорости

и

течения

на трубах

при

газа.

другой

Это

пред­

таком

существующими·

ментальными

и

массу

единицу

экспери­

данными.

Вычислим из формулы
рость

ско­

(5)

транспортируемого

времени

газа

G=

4

Q

ер

=

_!!__ 4

природ­

между насосными станциями, кото­

рые обеспечивают заданный пере­
пад давления, примем равным

=

200 км

L

2· 10 м.
5

При таких технических данных

газопровод способен перекачать в

год 150 млрд м 3 .газа. Это в пять

. раз

больше,

чем 'самый

газопровод

Оренбург

крупный

западная

граница СССР.

.

Аэростатический

газопровод

будет подвергаться действию боль­
шой

ветровой

нагрузки,

которая

может вызывать колебания и, сле­
довательно, быстрый износ оболоч­

целостность.

Действию ветра можно воспре­

~

V~·

Действительно, увеличение диа­

4

плотность

· оболочку к "земле и нарушит ее

В полученной формуле обра­
щает на себя внимание большая
степень зависимости массы G от
диаметра трубопровода d.
метра всего в

давлении

ки или в крайнем случае прижмет

и,.=.fiiii..
:лd2" и

м. Из ус­

ного газа- будет равняться прибли­
3
зительно 0,5 кг /м • Расстояние

ставляет нам возможность восполь­
зоваться

16

d

рем очень малый перепад Аавления
2
Лр = 0,05 атм = 5000 Н/м • При

(5)
-

провод диаметром

ловий прочности пленки мы выбе­

собой формулой

в

увеличение

Однако дальней­

раза при сохране­

пятствовать

но

косыми,

натянутыми

числим,
жение

какое

можно

предварите.[IЬ­

растяжками.

максимальное
допустить в

Вы­
натя­

растяж­

ках, не выЗвав прижатия газопро­
вода к земле. Природный газ легче
воздуха

примерно

на

0,5

кг

на

кубический меч~ объема. Следова­

нии прочих равных условий приво­

тельно,

дит

да обладает аэростатической силой

к

32-кратному

производительности

Именно

по

пути

увеличению
газопровода.

увеличения

диа-

Р

погонный

лd 2

~

метр

1000

газопрово­

Н/м.

21

Внутреннее давление 5000 Н/м 2
создает подъемную

жар,

силу

2

р'

2

~ • 5000 ~

скоростью,

и

срок

вспыхн.уть

службы

по­

пленки

невелик. И дело даже не в стоимос­

н.

2. 10 6

да

может

ти

восстановления

участков.
Если длину пролета между опо­

рами примем равной 500 м, то эта
подъемная сила, будучи распреде­

Пленка

поврежденных

дешевая,

и

ее

всегда можно заменить новой. Дело

в

надежности

обеспечения

потре­

бителя газом. Однако и тут можно

ленной на всю длину, даст на каж­

найти выход. В европейской части

дый метр дополнительную силу

СССР имеется большое число исто­

р 1 =4·10

3

щенных месторождений газа, кото­

Н/м.

рые могут служить отличными хра­

Угол наклона растяжек примем

равным

нилищами

и

распределителями

га­

В этом случае их на­

за. Рассчитанный нами газопровод,

тяжение в пересчете на метр длины

даже если он будет работать только
180 дней в году, способен перека­

45°.

газопровода будет равняться

5

р 2 =-·10

з

чать 75 млрд м

Н/м.

-fi

огромное

Растяжки не позволят сместиться

газ

по

3

газа и заполнить

хранилище,

уже лежащим

которого

земле

тру­

газопроводу под действием боково­

бам

го ветра до такой скорости, при ко­

непрерывно и в нужном количестве

торой

давление

ветра

не.

превос­

транспортироваться

всем потребителям.

,

Малая стоимость, малая меrа.Л­

ходит

р3

лоемкость аэростатичtского

2,5 · 103 Н/м.

Теперь

мы

можем

провода делает его

определить

предельную скорость ветра. Как из­
вестно,

на

будет

из

в

си_ла давления

ветра

тельным,
которых

разом:

ного

на

НЩiичие

не­

недостатков.

Для

свя.за­

. со скоростью СJ_Iедующим об­

несмотря;

газо­

очень привлека­

транспортировки

газа

вопрос

природ­

надежности

игра­

ет большую роль. Но можно ~ка~

зать такое применение пневмоар~ч­

ного пленочного трубопровода, для
которого этот критерий

Здесь

~

экспериментальный

эффициент,

равный

чае

плотность воздуха. От­

0,3,

Q-

в

наш~м

ко­
слу­

сюда найдем

-

/

2р3

особой роли.

нудительной вентиляцин больши'х
воздУшных бассейнов.
\
Наиболее дешевый способ до­
открытый, когда

полезные ископаемые добываюз;ся
высокопроизводите.(Iьными

Таким образом, только ураtан­
ный ветер, превосходящий скорость

100

км/ч, способен наклонить аэро­

статический газопровод.
И тем

не менее

надежность такого
ляется

Хотя

и

его

редко,

но

недостаточная

газопровода

главным

и

22

яв­

непосредственно

поверхности

следующая добыча приводят к обра­
зованию огромного и глубокого
котлована
года

-.

ветер

тественная

100 км/ч,

с

земли. и вскрышные работы, и по­

мя

может

ротdр­

ными и шаЩющими экскаваторами

недостатком.

подуть с большей, Чем

играет

Речь пойдет о прlf­

бычи угля, руды

U= у ~Qd::::::::: 28 м/с.

не

вает

или

карьера. В летнее вре­
при

наличии

циркуляция

удовлетворительную

ветра ес­

обеспечи­
вентиля-

Рис.

цию

Иное

карьера.

складывается

нюю

в

положение

города, вызывая массовые респира­

безветренную зим­

торные заболевания. Это обстоя­
тельство тем более нетерпимо, что

Холодные

пору.

9

массы

воздуха опускаются вниз и остают­

рядом,

всего

ся

уровня

города

там

на длительный

срок в

не­

подвижном состоянии. В это время
карьер оказывается

вушкой

для

отходов

горных

вершин.

газообразных

пневмоарочный

Загрязненность

достигает
только

такой

люди

давшихся

не

и

Сравнительно ко­

трубопро­

вод, начинающийся на склоне горы

воздуха

выше загрязненности; может снаб­

что

выдерживают

но

чистый

про­

величины,

условий,

выше

воздух, спускающийся со снежных

роткий

всех

м

находится

замкнутой ло­

производственного

цесса.

500-1 ООО

не

соз­

автомо­

дить

свежим

учреждения

воздухом
и

не

только

предприятия,

но

и

вытеснить грязный воздух с .улиц и

бильные двигатели перестают рабо­

площадей

тать.

рассмотреНJ:iЫЙ

города.

Действительно,

выше

трубопровод

·Один конец
за
пределами

16 метров способен пе­
рекачать в сутки 0,4 млрд м 3 , т. е.
заполнить площадь· 20Х 20 км 2 сло­
ем высотой 1О м. А поскольку со­

опускается

на

всем необязательно полную смену

нижнюю отметку карьера. Даже не

воздуха осуществлять в течение од­

очень

них суток, можно обойтИсь трубо­

Вот здесь-то и

может оказать

неоценимую услугу пневмоарочный

трубопровод (рис.
трубы
находится
карьера,

а

9).

другой

большой

турбовентилятор,

установленный

на

верхнем

трубопровода,

обеспечит

конце

проводом меньшего диаметра.

полную

вентиляцию· карьера.

Аналогичная

диаметром

Читатель. может задаться воп­
росом,

ситуация

склады­

вается в воздушных бассейнах го­

почему

для

вентиляции

го:­

рода не воспользоваться обычным
стальным трубопроводом.

гора­

Дело в том, что для передачи

ми. Выхлопные газы автомобилей,
дым из заводских труб и другие

воздуха по трубе 1440 мм потре­
буется его первоначально сжать

отходы:

до

родов, окруженных

мени

в

течение

высокими

длительнQго

накапливаются

в

вре­

атмосфере

давления

требует

в

70-100

строительства

атм.

Это

огромной

23

сколько миллионов кВт, в то время

ставляет возить с собой большое
количество балласта и тем самым

как по аэростатическому трубопро­

уменьшает

воду воздух транспортирует_ся прак­

_ность. И третий недостаток, послу­

тически при атмосферном даw~ении.

живший причиной гибели многих
дирижаблей, наполненных водоро­

насосной станции мощностью в не­

дом,- это

ВЕРТОСТАТ

вают гибрид, который . получается
из объединения дирижабля (или

.с

их

грузоподъем­

пожароопасность.

Что касается последнего недо-

Таким странным именем назы­

аэростата)

полезную

'

статка,

то

в

наше

возможность

-

газ

время

появилась

заменить

горючий

водород

негорючим

гели­

ем, так 'как объемы его добычи силь-

вертолетом.

(

Как возникла идея вертостата?

но

Человек всегда хотел оторвать­

.

ся от земли. И его первые успеш­

возросли,

а

цена

стала

меньше.

Объединение .дирижабля с вер­

толетом

позволяет

уменьшить

его

ные попытки связаны с аппаратами

размеры и снять проблемы аэро­

легче

статической

воздуха.

Сначала

шары

неуравновешенности.

братьев Монгольфье,

наполненные

По сравнению с· 'вертолетом такая

горячим

за·rем

система позволяет увеличить грузо­

воздухом,

а

дири­

жабли с водородом позволили че"

подъемность

ловеку

парата. Существует несколько раз­

осуществить

ковую

свою

многове­

легких

и

в

последние

прочных

пленок

годы
послу­

жило толчком к развитию спортив­
ного

воздухоплавания

на

зинки ньufешние спортсмены ис­
пользуют миниавтомобиль. В поле­
он

служит

.

гондолой

и

источ­

ни.ком горячего воздуха, а на земле
позволяет

транспортировать

сложенном

шар

в

виде.

А дирижабли после многих
крупных и трагических катастроф
уступили свое место аппаратам
ж.елее

воздуха

самолетам,

тя­
а

позднее вертолетам.

Дирижабль обладает некоторы­
ми органически присущими ему не­

достатками,- которые
обусловили
его судьбу. Первый - это большие
размеры,

ной

вызванные

малой

грузоподъемностью.

удель­

которые

в

сочетании

привели к гибели многих дирижаб­
лей. Второй

-

это аэростатическая

неурав.новешенность,

24

которая

за-

рассмотрим

(рис.

ап­

10),

еще

одну

которая облад~ет рядом

преимуществ.

Подъемну~

силу,

создаваемую

винтом вертолета, можно предста­
вить

в

виде

Рв =
где Лр

ЛрпR;,

разность давления, сверху

-

и снизу от плоскости вращения не­

сущего винта, а Rв

-

радиус винта.

· С достаточной степенью прибли­
жения ~южно принять, что на верх­

ней

·поверхности

тороидального

аэростата в пределах от

r=

Rв до

Ra (см. рис. 10) будет поддер­

r

живаться

пониженный

внешнего

О,5Лр.

даw~ения

подъемную

создаст

уровень

на

Это. даw~ение

аэростата

величину

на

стенках

дополнительную

силу, равную

Рц = О,5Лрп(R~ -

Отсюда

большие ветровые нагрузки, малая
прочность,

сейчас

шарах

Монгольфь7. Вместо плетеной кор­

те

экономичность

личных компоновок вертостата. Мы

мечту.

Пояw~ение

и

R;).

Общую динамическую· подъем­
ную

силу

можно

представить

дующим образо~:
Р 05

(1

+ k)Рв,

сле­

Р11с.

10

r

где

k

2

=

0,5[ ( Ra )

-

Rв

=

1].

7,30 м. Так как Ra = R 8
24,8, то k
1,5.
Несущий

винт

+r

вертолета

без

оболочки создает подъемную силу,

k = (Роб - Р 11 ) / Р 8 , то
коэффици~нт k определяет относи-·

равную Р в

тельное увеличение подъемной си­

оболочкой эта сила достигает зна­

лы за счет взаимодействия несуще­

чения Р 06 = 600 кН.
И поскольку вес аппарата урав.:.

Так как

го винта с оболочкой.

Полная Подъемная сила будет
складываться из Роб и

аэростати­

ческой подъемной силы Р а, равной,

р а'= (Qв
где Q8 ,
гелия, а

Qг

плотности

-

Радиус

r

сила

воздуха

и

аэростата.

взаимодействию

аэростатической

с

подъем­

ной' силой, вся эта сила .равняется
полезной
в

грузоподъемности,

этом

раз.

параметры

случае

Сравним
с

кото-

увеличивается

тенерь 1 эти

параметрами

дири­

жабля.
Объем дирижабля
такой же
грузоподъемности будет равняться

можно выбрать, на­

пример, из условия, что

новешен

в '5

объем аэростата,

V -

Благодаря

ра11

Qr) Vg,

= 400 кН.

подъемная

уравновешивает

собственный вес конструкции.

130 тыс. м 3 , в то время как объем
тороидальной оболочки вертостата

всего

26

следствие,

Для примера рассмотрим совет­

тыс.

м 3•

Отсюда, .как

получаем

не

только

уменьшение объема рабочего газа,

ский вертолет МИ-6. Его. собствен­

но и уменьшение ветровой нагруз­

ная масса равняется

ки, уменьшение в~са оболочки, уве­

а

радиус

Rв =

17,5

несущего

G

28 500
винта

кг,

равен

м.

Получим уравнение для радиуса

r:

личение
т.

е.

Жесткости

улучшение

конструкции,

всех

параметров,

которые характер.iзуют дирижабль.
Что

касается

аэростатической

ус­

тойчивости, 'то при наличии винта
с несущей и регулируемой силой в
С учетом дополнительного веса

оболочки аэростата можно принять

пределах от О до

600

кН этот воп-

рос даже не возникает.

25

ВОЗДУШНАЯ

ПОДУШКА
i<.омимся с устройством, именуемым

КАК ПЕРЕДВИНУТЬ

эоздушной подушкой1.

ХОЛОДИЛЬНИК?

На рис.

Чтобы

Передвинуть

холодиль­

11 изображена схема

такой подушки. Вентилятор накачи­

ник, несгораемый шкаф, да еще при

'Вает воздух в некоторый объем

этом не поцарапать пол, требуются

камеру, давление в которой и соз­

большие усилия.

дает щ:iддерживающую силу. Боко­

-

В печати появилось сообщение

вые стенки камеры образуются гиб­

о том, что некоторые зарубежные

кой завесой различной конструкции.

фирмы начали выпускать холодиль­

Для судов на воздушной подуш­

ники, которые могут перемещаться с

ке продольные

стенки

помощью домашнего пылесоса. Что­

гда ,выполняют

в виде

бы понять, как это делается, позна-

лей

26

камеры

ин,о­

жестких

ки­

скегов, которые частично по-

гружаются в воду. Чем меньше утеч­
ки воздуха из «подушки>>, тем мень­

шая мощность требуется для ее об­
раз.ования. Но это обстоятельство
противоречит

условиям

движения,

по которым гибкая завеса не долж­
на касаться поверхности, чтобы не
холодильником

это

условие

легко выполняется. Воздушная ка­
мера под

холодильником

подъема

по линии.

для

требуется

Произведем простой расчет. Вес
холодильника

положим

равным

кгс, или в современных едини­

50
цах

500

Н,

а площадь воздушной

камеры 0,25 м • Из этих данных
найдем необходимое дав.Ление р =
2000 Н/м 2 , или в более привыч­
ных ·единицах р = 0,02 атм. Заме­
тим,

новой прокладкой. Камера снаб­
жается патрубком, который позво­

сколько

подкл'ючить пылесос

холодильни~а

что

ничтожное давление.

контакта с полом уплотняется рези­

ляет

удивление,

2

происходило ее разрушение.

С

Вызывает

со

что

это

примерно

требуется,

столько,

чтобы

надуть

воздушный шарик.

сто­

Таким же экономичным может

роны нагнетания. Работающий пы­

быть внутрицеховой транспорт на

которое

воздушной подушке, который позво­

уравнове­

ляет перемеш,ать тяжелые грузы по

шивает вес холодильника. При этом

территории цеха. Однако когда нуж­

резиновый манжет уплотнения мо­

но двигаться по земле, промежуток

жет немного оторваться от пола, но

между гибкой завесой приходится

производительность

лесос

создает

частично

или

дамение,
полностью

компрессора

увеличивать. Это приводит к утечке

пылесоса будет достаточной, чтобы

воздуха из камеры. Для поддержа­

компенсировать

ния требуемого давЛения приходит­

возникающие

при

этом ут~чки воздуха из камеры. Тре­

ся

ние

ходовать

о

пол

при

этом

практически

исчезает, и для перемещения холо­

дильника
усилие.
ность,

требуется
Именно

по

движение,

'

очень

гладкая
u

которои

поверх-

осущестмяется

позволяет

экономить

мощности компрессора.

Рис.

малое

11

на

нагнетать

много

воздуха

и

рас­

много энергии.

Вместо ,упругой
использовать

струи

завесы можно
воздуха,

кото­

рые хотя и требуют дополнительной
мощности, но зато не боятся не­
посредственного контакта с землей

или водой

(рис.

12).

Рис.

Под днищем

12

27

аппара;га, как и обычно, создается
область повышенного давления, ко­

которой

торая и поддерживает аппарат в воз­

предназначенные

духе. На конструкцию аппарата на

грузов в аэропортах, на железнодо­

воздушной

рожных

подушке

по

советский '

схеме

Н. А. Косоруков еще в
чил· авторское

сопловой

изобретатель

1950

ваются

от

которые

поверхности

отры­

на тридцать

и более сантиметров.
щено много работ, часть которых

только

книги,
на

то

новых

мы

остановимся

возможных

при­

станциях,

перемещения

в складских

по­

~орый будет отличаться от трамп­
лина

со

только

снежным

покрытием

возможностью

не

круглого­

сопротивлением

трения

лыж

о

по­

13).

крытие (рис.

Конструкцию такого трамплина

можно себе представить следую­
щим образом. Пластиковое покры­
тие горы разгона должно иметь две

менениях.

неглубокие канавки - лыжни, по
которым и будут скользить лыжи.

лыжи скользят

При

ПО ВОЗДУХУ

В

для

Эту идею можно п~именить для

упоМIJ.нается в списке, приведенном
конце

транспортеры,

дичной работы, но и очень малым

Так как этим устройствам посвя­

в

делать

скользят.

постройки лыжного трамплина, ко­

свидетельство.

аппараты,

можно

предметы

мещениях.

г. полу­

Сопловая схема позволила соз­
давать

Так

эти

описанном

этом

сама

лыжня

иметь перфорацию.
случае

компрес­

должна

Через эти от­

верстия снизу и должен

поддувать­

сор, подающий воздух, должен дви­

ся воздух. Что касается горы при­

гаться

земления,

вместе

предметом.

с

транспортируемым

Возможны

и

другие

способы использования воздушной
смазки,

когда

предметы,
даны,

транспортируемые

например

тюки,

ящики,

мешки,

компрессором,

а

не

воздух

чемо­

связаны

с

яет

может

28

быть

прыжка,

покрыта

то

вли­
она

обычным

пластиком, как это сделано, напри­

где лыжники тренируются и летом

...Подсчитаем

оказывает

1

Рис.

дальность

нс

мер, в Москве на Ленинских горах,

подается

снизу через щели в поверхности, по

на

трение которой

13

давление,

лыжник

на

.

которое

каждый

квадратный сантиметр лыжни. Дли­
на

прыжковых лыж в среднем

на

2,5

ника

м, ширина

с

рав­

примем

..

2 .;~~0)l =

.о о1
. '
с.

Следовательно, количество воз­

духа, которое необходимо подавать

Н/м •
2

1500

скорости:

Н.

750

Тогда давление
р

пути к

t -- 0,25
25

м. Вес лыж­

0,1

лыжами

отношением

в

одну

секунду

лыжни длиной

на

участке

одной

см, равно

25

Как видно, для того чтобы отор­
вать

спортсмена

от

лыжни,

q

нужно

создать под лыжами совсем неболь­
шое

давление,

Однако

при

равное

0,015

определении

дительности

атм.

произво­

необходимо

На
это

количество

учесть

зазора

накроет

струи

пока

воздУХа,

лыжа

не

давление

в

них будет равняться атмосферному.
Следовательно,

в

первый

момент,

когда передний конец лыжи наедет

на эти

струи,

они

еще

не

будут

обладать избыточным давлением и

Теперь

воздушные

струи

за­

полнят зазор под лыжей и создадут

в нем необходимое давление. Что­
бы этот процесс становления был

горы

духом зазора под лыжей.
Определим, какие порь! должны

быть в пластмассе и какой произ­

водительностью

должна

обладать

воздушная система. Скорость лыж­

ника примем равной
участка

лы;жи,

закончиться

равным

25

лыжами·_

0,1

на

25

м/ с; длину

котором

переходный

должен

процесс,

см; величину зазора под

1,0

мм; ширину лыжи

-·

.

м.

Из этих данных находим объ­

равняться

0,2 м 3 /с.

можем

определить

разгона,

длину

примем равной

которой

м.

50

мы

При ширине

лыж О, 1 м общая площадь лыжни
равна

S
Значит,

=

50·0,1

система-

5 м2 •

=

подачи

воздуха

должна обеспечивать расход

=

Q

достаточно кратковременным, нуж­

но, чтобы давление воздуха в ;19од­
водящем трубопроводе значительно
превосходило подсчитанное и обес~
печивало быстрое заполнение воз­

мы

метре

общий расход воздуха через поры

поддерживать лыжу. Лишь· с тече­
нием времени

доЛжно

q=----

воздухом.

Действительно,

квадратном

5.10- 3
0,25 . 0,1

нестационарный характер процесса
заполнения

каждом

Из
для

0,20· 5

=

1,0 м 3 /с.

этих расчетов

воздушной

следует,

смазки

что

трамIШина

не понадобится мощных техниче-

\,

ских средств.

Кроме

возможности

круглого-

. дичной

работы и малого трения,
трамплин с воздушной смазкой об­

ладает

и

еще

одним

достоинством,

весьма важным в процессе обуче­

ния. Представьте себя на месте на­
чинающего
умеете

лыжника.

Вы

еще

не

прыгать и поэтому рискуете

сломать себе шею. Но если вы не
будете прыгать, то~ никогда этому
не

научитесь.

ложения

Выход из

находят

в

том,

этого
что

по­

начи­

нают прыгать с малого трамплина,

ем, подлежащий заполнению:

с малой дальностью полета. Но ни

v

в одном учебном центре нет набо­

2. 0,25. 0,1. 0,001

Время

заполнения

ра

определяется

все

Обычно

возрастающих

трамплинов:

огр8Jlичивают~я

двумя.

29

Регулируемая воздушная смазка по­

аппарат

зволяет заполнить этот.пробел меж.:..
д;у трамплинами и обеспечить все

(рис.

возрастающую

дальность

·

чивым требованиям. Почти касаясь

полета.

ко

Как

огибает

зывают,

необходимая

аппарата.

таемого

ности

давление

возд;уха.

нужно

Для

имет~

давление, либо

либо

малую

что

Кроме

-

малое

при

такой

кВт

силу

в

воляет

возд;ушная

уменьшить

мощности,

под;ушка
размеры

поз­
ком­

прессоров, возд;уховодов и опорную

производи­

площадь.

Малое давление требует боль­
аппарата.

под;ушке

30-50

подъемную

По-видимому, в

главное достоинство.

размеров

неров­

Расчеты пока­

уменьшения

щеточная

тельность.

ших

те­

кн.

10

нагне­

экономич-

всевозможные

обеспечивает

из­

порциональна произведению произ­

на

замедляет

компрессор мощностью

вестно" мощность компрессора про­

водительности

сильно

ности поверхности.

Проанализируем, из чего скла­

движения

она

чение возд;уха и в то же время лег­

НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ

для

Земли

ряет одновременно двум противоре­

ЭКОНОМИЧНЫЕ АППАРАТЫ

мощность,

поверхность

Такая щетка удовлетво­

14).

земли,

дывается

и

но,

Поэтому

почему самолеты

посадку

на

колеср.,

этом ее

Действитель­
осуществляют

а

не

на

воз­

рассмотрим второй вариант. Расход

д;ушную под;ушку?

возд;уха

уменьшают

хватает для этого мощности? Ока-

расположенны-

зывается, все дело в том, что для

существенно

гибкими завесами,

ми по периметру аппарата. Очевид-

но, что если мы поставим несколько концентрически, расположенных.
завес,

то

еще

уменьшим

утечку

подвода
1

возд;уха

Разве у ,них не

от

компрессоров

к днищу требуются возд;уховоды
большого сечения. Щетки на днище
позволяют

создать

под;ушку

высо­

аппарата.

кого давления, при котором объем­

Для большей гибкости завес еде-

ный расход возд;уха .мал и его мож­

лаем

в

но подвести по трубам, спрятанным

ных

надрезов.

возд;уха

из-под

них

сплошную

днища

множество

В

вертикаль­

итоге

щетку,

получим

разделяющую

в

крыльях.

У меньшая

ностью

прекращая

можно

регулировать

или

подачу

пол­

воздуха,

силу

трения

щеток о взлетную полосу. Возд;уш­

FJая под;ушка может оказаться бо­
лее легкой и надежной, чем колесное

'

шасси.

Чтобы лучше судить об эффек­
тивности

возд;ушно~

под;ушки

со

щеточной· завесой, выведем расчет­
ные
рые

формулы

И

приведем

некото­

примеры.

Длину

прямоугольного

та обозначим
Будем

а полуширину

L,

считать,

полагаем,

что

аппара­

что
возд;ух

L-::::;pl.

- l.

Пред­

подается

в

сплошную щель, расположенную по

оси
Рис.

30

14

симметрии.

обозначим

h<.l.

Высоту

щетины

Течение

возд;уха

С учетом

6 такой подушке можно считать од­
номерным

и

удовлетворяющим

ная

р(х)

dp
dx

(6)
-

х

координата,

поперек

аппарата,

р

давле­

плотность воздуха,

скорость,

ЛS

расстояние

Po-,Jx

=

вычисляется

V

между

6

коэф­
сопро­

Р

Запишем условие неизменности
массового расхода воздуха

2Ll

густую

щетку

8

мощность и

_

п

-

4L 2 h 2 goЛS.

малых

с

~ '

l

q

•

- р (0) =

константу

С

Если

р,

и

диjlметр

d-

щетинки, то

l

k

1-

одиночной
d
ЛS .

Таким образом, для
редкой
щетки 1/k,....,1, а для d = О,5ЛS

1/tk

0,5.
Коэффициент

сопротивления
где х

вид

ЛS) ~

(

Qo

С
+
ЛS
.

условия

найдем

сжатия

приобретают

2-(!!_)-J
ро
k
l

п

~Q2pok2x

Q:

степеней

формулы

Интегрируя это уравнение, получим

Используя

l)'

квадратом которой мож­
н<rТТРенебречь. Тогда приведенные
ранее

4L 2h2 11:0
e1

1)

-

= x-=i- 1,

~Q2pok2

р2(х) =

l) h-.jgopaЛS (х, 2

-

Q

'

dp
р dx

ро,

прихо­

удобно ввести малую величину в

параметры атмосферы.

-

3 (х, 2

N _

Для

;

=

расход,

- - -----------.
р
klQo,дi (2х, 2 - Х - 1)
'

виде

Тогда

p(l)

1).

Q=-p

Ро

расход

..

произведе­

QPo ("f.. -

=

уравнение

QoP
Q=-,

2

1]

-

дящийся на единицу веса аппарата:

СОСТf)ЯНИЯ можно взять

где Qo и р

х+ l

Важными характеристиками яв­
ляются

рассматриваемого процесса

через

2Llpo

Qo

медленного дросселирования возду­

ха

интеграла

2(х,2 + Х + 1)

[

Ро

скорость

dp
dx

.·Для

помощью

определяется

N

получим

( 6),

.

ный расход:

Исключая

из уравнения

~

1)

-

Мощность компрессора для малых

коэффициент загромож­

щетки.

<х 2

-

нием разности давления на объем­

k

k -

с

о

давлений

Q:

Q.

2LhgV =

2

2L ~ р(х) dx -

тивления.

дения

может

l

гидравлического

отдельнь1ми щетинками,

Здесь

давления

кон­

Несущая способность подушки

направлен­

ние и Q -

фициент

функция

значений

быть записана так:

уравнению

Здесь

стант

этих

справочщ1ках.

гидравлического

можно

Для

найти

редкой

в

щетки

31

6=

О, 1 и не зависит от скорости

потока.

Для

густой

щетки

его

вызываемые

(рис.

можно принять равным 0,2-0,25.
Рассмотрим такой пример:

0,1, h/l = 0,1,
0,005, k · 1.

ЛS/l =

15).

Чтобы

оценить

При этих данных

Положим теперь
до

2,5 кВт/кН,
0,8 кг/(кН·с).

п

способность

Р =

2

1000 Н/м •

h/l = 0,01,

давление

величины

данных

п =

Несущая

преимущество

обратимся к расчетным формулам.
относительное

q =

rючвы

такого технического решения, опять

6

= 0,02,

в

неровностями

в=

увеличим

При

0,05.

а

этих

получим

= 0,4 кВт/ кН; q = 0,05 кг /(кН. с).

Несущая
способность
равняется Р = 2500 Н /м 2 •

лыжи

Как видно из этих цифр, пло­

щадь лыж и требуемая мощность

АЭРОСАНИ И САМОЛЕТНОЕ

оказываются

ШАССИ С ВОЗДУШНОЙ

умеренными.

Малый

расход воздуха может осуществлять­

СМАЗКОЙ

ся

через

трубчатые

стQЙки

лыж.

Как показывают расчеты и про­
веденные

эксперименты,

щеточная

ПОЧЕМУ БУКСУЕТ КОЛЕСО?

завеса особенно эффективна, если
щ~тина

короткая.

В

этом

з·начительно уменьшаются

ная

мощность,

воздуха

и

потреб­

объемный

увеличивается

расход
несущая

способность аппарата. dДнако ко­
роткая щетина не будет огибать
высокие неровности. Этот недоста­
ток можно устранить, если воздуш­
ную

подушку

жах,

которые

аэросанях

си.
ка

использовать

на

лы­

устанавливаются

или

на

самолетных

на

шас­

Упруго-демпфирующая подвес­
лыж

компенсирует

в

Инженеры

случае

широких

пределах вертикальные колебания,

использовали

тер­

мин «воздушная подушка» для изо­

бретения, которое мало напоминает
подушку. По житейскому понятию
надувная подушка
должна

пропускать

, довательно,

не

постоянной

в~его не.

воздух

и,

еле-

должна ·требовать

подкачки.

пневматические
мые

прежде

Обычные

ши~ы,

в настоящее

применяе­

время на

автомо­

билях и тр~кторах, куда больше от­
вечают

этому

названию.

По-в_иди­

мому, прибегая к понятию подуш­
ки,

авторы

мягкость

минах,

хотели

или,

малое

в

цодчеркнуть

технических

удельное

ее

тер­

давление

и

податливость, позволяющую приоб­
ретать различную форму. Но этого
же

свойства,

кажется,

можно

до­

биться, используя 1:1адувные шины
с малым внутреннИм давлением.

Такой путь увеличения
мости

колесного

стоящее время

проходи­

транспорта

применяется

в

на­

доста­

точно широко. Можно упомянуть

Рис.

32

15

обычные

автомобили,

давление

в

няться

во

колесах
время

у

которых

может

движения,

изме­
спор-

Рис.

16

Рис.

17

тивные автомобили «багги» с ши­

вильно ответить на э:rот вопрос, мы

нами

должны учесть

малого давления.

В

наибольшей

степени

этот

путь реализован на вездеходах аме­

риканской
(рис.

фирмы

«Роллегон»

дажа,

рос,

что

·
значит

малое

давление.

Если мы хотим двигаться по непро­
не

должно

что это в

этим

одним

натяжение

где Рв

Т =

-

Рв

внутреннее давление.

Пусть колесо въезжает
жащее

зоподъе,мность .достигается увеличе­
нием диаметра колеса и приданием

дет

ему цилиндрической формы.

представится суммой

леса

взаимодействие

с

грунтом.

внима­

такого

На

дерево,

оказывать

плоской

десятки

равняться

препяrствия,

колесе.

Малое

давление

-

следо­

вательно" малая реакция. Но тран~­
порт

для
по

такого

рода

движения

не

могут

на

дерево,

·

как

радиус
раз

шины

может

превосходить
то

и

удельное

в

радиус
давле­

ние окажется в десятки раз больше
внутреннего давления.

Это обстоятельство прежде все­
го предъявляет высокие требования

на

к прочности материала, из которого

камни,

Должна из:Готавливаться шина. Ес­

грунту,

встречаться

колесо

а

дорогам,

неподготовленному

котором

Так

предназначается

по

которого

Рд=Рв+ ~ =Рв( 1+ ~).

ко­

давлению в

радиус

на ле­

r. Давление, которое бу­

поверхности пятно контакта будет
плоским и давление .на грунт будет
внутреннему

ее

формулой

R,

равняется

тельно

R,

радиусом

определится

(7)

у автомо­

более

давлением

Для цилиндрической геометрии,

биля. В этом случае большая гру­

Проанализируем

внутрен­

17).

ризуется

превосходить

0,05-0, 1 атм. Заметим,
20-40 раз меньше, чем

только

когда кривизна оболочки характе­

ходимому болоту, то давление в ко­
лесах

вызываемое

(рис.

16).

Прежде всего ответим на воп­

не

нее давление, но и натяжение бан­

пни, 1,1ежащие деревья и т. д. Ка­

ли

ково

О, 1 атм, как в рассмотренном при­

окажется

давление

пающее .препятствие?
з. в. и. Меркулов

на

высту­

Чтобы пра-

мере,

внутреннее

а

давление

давление

на

равно

препятствии

33

Рис.

ОI(4Жется

2-3

ление

приведет

не

материала

18
В

атм, то такое дав­

или

к

к

сро­

ка его службы.

раз большеf

Теперь

разрушению

сокращецию

20

ным,

нам

почему

ся

в

мягкой

белорусских карьерных самосвалов

Но

большой

усложняют

7

атм.

грузоподъемности

имеют

"
Когда

такое колесо наезжает

на бревно радиусом 0,15 м, то на
нем будет создаваться давление.

рессоры

сильно

давление

колеса

тем

не

менее

сильно

сократит ее пробег.

почему

удельное
колеса

препятствие,

Обыч~-.ые шины имеют не ци­

радиальном

а

тороидальную

и

R1

R 2•

расположении

При

корда

натяжение будет определяться той
давление,

вызываемое натяжением, объясня­
ет,

и

средство.

увеличить его податливость?

форму с радиусами

разруше­

утяжеляют

на

линдрическую,

немедленному

подвеске.

транспортное

77 атм. Такое 'давление хотя и не

Большое

«мягкими»

рессорной

приведет к

нию· шины,

с

Каким путем можно уменьшить

м, внутреннее давление

1,5

колеса

понят­

пневматическими шинами нуждают­

Но вот другой пример. Колеса

радиус

становится

подпрыгивают

же

формулой

радиуса

(7),

но

в

будет fТОять
'

качестве

не

u

радиус

колеса, а попере\!ныи радиус

шины

на препятствиях вместо того, чтобы

R2,

принимать форму препятствия.

чие особенно велико у велосипед­
ного колеса. Сравните: R2 = 0,02 м,
а R 1 = 0,35 м. Для самосвалов

Пусть нагрузка на одно колесо·
равняется
такта
шины.

G, площадь пятна кон­
S = O,lRb, где Ь - ширина
Из

условия

равновесия

следует равенство

отношение

какую

нагрузку

нужно приложить к колесу, чтобы
оно

G,
34

приняло

форму

Это отли­

не так

препятствия:

= 2rЬрд = 2рвrЬ (1 + R)
z 20G.
r

велико.

Чтобы уменьшить натяжение
шины, нужно разбить ее на секции
дена

Подсчитаем,

радиусов

R1.

малых размеров. На рис.

O,lRbpв.

G =

который меньше

схема

При

такого

наезде

18

приве­

колеса.

такого

колеса

на

препятствие секция будет укорачи­
ваться, воздух из нее будет уходить
в другие

секции и

препятствие

не

до

тех

коснется

пор, пока

диска

ко-

леса,

давление

в

нем

практически

сохранится.

Мы не можем закончить рассказ

0

колесе,

н~

коснувшись

вопроса,

почему и когда колесо буксует.
Если

колесо

преодолевает

подъем или тянет за собой груз,
например

такое

же,

но

пассивное

колесо, то легко себе представить
условия, когда колесо начнет бук­
совать. Сила тяги Р не может пре­
восходить силу трения, равную
Здесь,

как

и

на колесо, а

выше,

kG.

нагрузка

G-

коэффициент тре­

k-

ния. Если :P<kG, то колесо бук­
совать не должно. Рассмотрим слу­
чай движения
участку

по

Рис.

горизонтальному

транспортного

которого все колеса

средств~,

у

условия,

ведущие.

Горизонтальная

меньше

Откуда

ние?

От

колес.

берется

колес.

А

Тоже

тянут или тормозят?
движении

по

рыхлому

грунту,

песку, снегу и т. д. с образованием
глубокой колеи.
Рассмотрим
такого

схему

(рис.

19)

,

Несущая

только
так

транспорта

у

как

грунта

наступает

только

после

уп­

лотнения грунта под действием ко­

леса с образованием более или менее
глубок ой :Ко~еи.

и

и

шагающих
ноги

грунт только вниз

ко­

и

от­

ме­

нажимают

назад и. не

упираются в препятс:rвие, лежащее
впереди.

Поставим

работе,

вопрос

о

совершаемой

силах

и

шагающим

механизмом.

Вертикальная

способность

станет

сопротивления,

гусеничного

ханизмов,

движения.

1
меньше давления в колесе, и равно-

весие

у

сутствует

на

Колесо может буксовать только
при

ет

от

Так что же делают колеса,

тяги

Указанный эффект присутс1ву­

сопротивле­

тяга?

силы

сила

леса начнут буксовать.

составляющая

веса равна нулю, на прицепе ничего

нет.

когда

19

работу
Что
лы,

по

по
при

равномерном

может

грунта.

горизQнтальной

горизонтальному

·она

совершает

уплотнению

касается
то

сила

быть

си­

движении

участку

сколь

пути

угодно

малой .

.Цегко видеть, что взаимодейст­

То,

что

шагающий

механизм

складывается

обладает исключительными особен­

из двух составляющих. разной при­

ностями, нам хорошо известно. Од­

роды:

нако

вие колеса

с грунтом

из

касательного

которое дает тягу, и

трения,

из нормально­

техническая

упиралась

на

ки

ние.

которое

Первая

сила

коэффициентом
прочностными
В
или

песке,

снеге

дает

сопр~тивле­

ограничивается

трения,

а

свойствами
разжиженном

вполне могут

грунте

возникнуть

и

в

сложность

УПJ?авления

кинемати­

шагающим

меха­

низмом.

Лет

вторая
грунта.

та­

кого способа передВижения всегда

го давления передней части колеса
грунт,

реализация

Ю.

20

назад чешский инженер

Мацкерле

нальное

торое

предложил

техническое

реализует

ориги­

решение,

шагающий

ко­

прин-

35

ступице.
в

Через

ступице

ры,

полую ось и

воздух попадает

расположенные

мент

позади

атмосферу

оси,

из

в

и

в

окна
каме­

данный

мо­

выпускается

камер,

в

расположен­

ных впереди оси. Таким образом,
передние
жатся

,камеры

на

без

препятствие,

перемещения

оси

усилия
а

по

вперед

мере

они

полняются

воздухом,

подъемную и

отталкивающую

ло­
на­

создавая
силу,

направленную вперед. Такая работа
камер ничем не отлича'ется от ша­
гающего

механизма.

Ротопед не нуждается
Рис.

воде,

20

так

как

матическим
цип

простыми

топед (рис.

ги»,

хорошо

двигателем,

в

пнев­

котором

зуется в работу поворота и пере­

20).

означает

в при­

является

энергия сжатого воздуха преобра­

средствами,- ро­

Само название, которое в пере­
воде

сам,

«вращающиеся

характеризует

мещения

колеса.

Автор изобретения

но­

довал целей

~онст­

не пресле­

высокой, проходимос­

рукцию и работу устройства. Так

ти. Ноги-камеры в его колесе' имели

Jiазываемые

сфериче(:кую форму малого диамет­

«Ноги»

представляют

собой

воздухонепроницаемые

меры,

изготовл~нные

из

ка­

ги'бкого

материала.

Восемь

Jt:ЛИ

двенадцать

камер устанавливаются

на

таких

общей

ра, воздух подавался под 6ольпiим

"

давлением. Однако сам принцип мо­

жет быть использован для создания
бездорожного транспортного сред­
ства высокой проходимости.

·АЭРОУПРУГОСТЬ
СТРЕЛА ПОПАДАЕТ В ЦЕЛЬ

быть определены

в рамках

аэро­

динамики.

Аэроупругость
циnлина,

возникшая

аэродинамики

Движущееся
вергается

научная

-

и

в

.

на

теории

воздухе

действию

дис­
стыке

вания

теории

осложняется

рода

и возможностей этой науки выбе­

сил

аэро­

иллюстрации

процес­

тело

под­

Для

таког.о

сов.

торые вызывают деформацию тела,
является

следованием

упругости.

динамического прС>исхождения, ко­

что

Аэроупругость и занимается ис­

рем такой на пс.:рвый
стой

процесс,

Тонкая

как

длинная

специфики

взгляд. про­

полет

стрелы.

стрела

пред­

предметом

исследо­

ставляет хороший пример гибкого

упругости.

Процесс

тела. И сама стрела, и тем. более

тем,

что
1

сами

силы
,

хвостовое оперение подвергаются в

зависят от деформации и не могут

полете действию аэродинамичесkих

37

Летящая

стрела отличается

от

флюгера, во-первых, тем, что центр
масс

хотя

и

флюгерных
ничем

не

ЯR{IЯется

колебаний,

закреплен,

центром

однако

и,

он

во-вторых,

стрела может изгибаться под дей­
ствием

поперечных

.аэродинамиче­

ских и инерционных сил.
Рис.

колебания Имеют -свою частоту

-

21

которая
ми

сил. В момент выстрела стрела не

и

скорость,

но

и

на­

чальный изгиб. В полете стрел~
может колебаться. Основной воп­
рос, который

при этом

возникает,

будут ли эти колебания быстро
затухать или будут постоянно под­
держиваться.
два

режима

По-видимому,

на

массовыми

жесткос:тиы:­

характеристиками

В том случае, если час'l:оты оо 1 и
00 2

заметно

различаются,

описан­

ные выше два типа колебаний про­

текают независимо и обязательно
затухают при любых аэР.одинами­
ческих

и

конструктивных

пара­

метрах.

В том исключительном случае,

такие

по-разному .влияют

определяется

00 2,

стрелы.

тщ1ько приобретает начальную по­
ступательную

Упругие

когда оо 1 =

002, · упругие

колебания

механизм

возбуждают флюгерные, а те в
свою очередь поддерживают и;згиб­
ные колебания. И здесь возможен

возникающих в полете колебаний

режи~, при котором мал1;11е началь­

стрелы (рис.

ные

точность

полета

стрелы

и

ее

дол­

говечность.

Попробуем

описать

21) .

Прежде всего мы должны до­

пустить
стрелы

флюгерные
во

колебания

встречном

пото~е.

.

кол~бания, которые может совер­
шать обычный флюгер в форме

будут

расти,

а

большие поддерживаться на неко­
тором уровне.

Как

явствует из названия, это такие же

возмущения

Какой из режимов реализуется,
зависит от конструкции
ее

стрелы,

аэродинамических

и

от

упругих

свойств.

стрелы, шарнирно закрепленный в

центре масс стрелы. Начальное от­
клонение

оси

стрелы

от

ФЛАТГЕР

направле­
появлению

Времена Робина Гуда и Виль­

на хвостовом оперении поперечной

гельма Телля прошли, и стрела по­

силы,

восстано­

теряла свое военное и промысловое

вить положение. Однако по. инер­

значение. Однако появились другие

ции

летающие

ния

полета

приводит

которая

стрела

к

стремится

проходит

положение

тела,

которые

подверга­

нию восстанавливающей силы про­

ются аэроупругим колебаниям.
Речь
пойдет
о
колебаниях

тивоположного

крыльев

равновесия, что приводит к появле­

зt~ака,

и

процесс

самолетов

-

о

фла:тере.

В силу специальной геометрии

повторяется.

Для последующего важно знать

поперечного крыла его

ось жестко­

сти

к

проходит

ближе

передней

'1астоту этих колебаний 001, которая
может быть определена как тео­

кромке, чем ось, соединяющая цен­

ретическим, так

тры тяжести. По этой причине сво­

ным путем.

38

и

эксперименталь­

бодные изгибные колебания крыла

всегда

сопровождаются

крьmа

вокруг

очередь,

его

кручение

кручением

оси

и,

крыла

в

свою

вызывает

баффтинг~ который тоже
ся

являет-

'изучения

предметом

аэроуп-

ругости.

изгиб его оси.

Порывы ветра, тряска при взле­

Порыв ветра, «воздушная яма»

те

и

посадке,

вызываемая

неров­

вызывают случайный изгиб крыла

ностью взлетной полосы,- все это

вверх или вниз. Но при этом оно

сопровождается

закрутится

акцией упругих элементов самоле­

и

изменит

следовательно,

угол

атаки,

аэродинамическу.ю

та,

и

подъемную силу. Теперь крыло бу­

не

сопровождаются

дет

токолебания

возвращаться

положению
вием

не

упругих

к

нейтральному

только

сил

под дейст­

крыла,

но

и

под

даже

выходят

в

динамической

том

и

за

случае,

По

если

они

явлением

ав­

амrшитуде

пределы

вредными,

действием дополнительной подъем­

чительно

уменьшают

ной силы, которая возникла благо­

молета.

·

не

разрушения,

являются·

даря кручению крыла. Понятно, что

ре­

так

как

зна­

ресурс

са­

Современные самолеты, особен­

при этом крыло не только пройдет

но большие дозвуковые пассажир­

положение равновесия,

ские

отклониться

от

этого

но и может

положения

в

и

действием

противоположную сторону на б6лъ­

грузок

шую

форму.

амплитуду,

чем

начальное

транспортные

В этом процессе энергия внеш­
него потока перекачивается в энер­

аэродинамических

очень

сильно

меняют

Достаточно

концы

возмущение.

крыльев

изменяется

крьmа

каждом

конструкционному демпфиров~нию,

в

Но

при

некоторой

скорости

полета приток энергии превосходит

свою

что

АН-22

после взлета отгибаются вверх на
1,5 метра. При этом, как мы у Же
отмечали,

хе.

под

на­

сказать,

самолета

гию собственных колебаний. Эта
энергия рассеивается и благодаря
и благодаря силам трения в возду­

гиганты,

в

свою

нению

очередь,

нагрузок

приводит

по

важным

атаки
а

к

это,

изме­

аэродинами-

,

сравнению

недеформированной

Очень

угол

сечении,

распределения

.ческих

рассеивание и амплитуда колебаний

и

с

конс.трукцией.

является

эф­

начинает нарастать. Такая скорость

фект, который в научной литерату­

называется критической.

ре получил наименование диверген­

что

ции. Для поворота самолета нужно

само­

наклонить его в ту или иную сторо­

лета начинают трепетать, как белье
на ветру. Talfиe колебания даже

ну. Для этой цели служат элероны.
опущенный

при

идее

Очевидцы
при

такой

рассказывают,

скорости

крылья

кратковременном

действии

на

должен

крыле

элерон

увеличить

по

подъемную

Приводят к разрушению крыльев и

силу этого крыла. Однако при этом

совершенно недопустимы

возникает крутящий момент, кото­

в эксrшу­

рый закручивает крыло самолета в

атации самолета.

В спутном следе позади крыль­

сторону

уменьшения

ев, мотогондол, выступов фюзеля­

что

жа

подъемной

и

других

некоторых

элементов

режимах

самолета

полета

в

возни­

сопровождается

силы

угла

атаки,

уменьшением

крыла.

В

таком

режиме элероны перестают эффек­

кают неустановившиеся колебания,
которые могут вызывать колебания

тивно

упругой конструкции самолета. Та­

эффект называется также реверсом

кой

органов управления.

процесс

получил

название

работать

или

работают

с

противоположным эффектом. Этот

39

СТАТИЧЕСКАЯ

называемая

И ДИНАМИЧЕСКАЯ

кость,

меньше статической жесткости той

приложенной к единице массы си­

лы, то в общем случае периодиче­
ских колебаний связь между ними
запишется так:

Здесь 00 0
колебаний,
действует

ю

-

2

же конструкции. Даже если ампли­

туда

энергии

сила,

в

а.

то

постоянной

го рода

конструкции

под

действием той же силы. Квадрат
назвать.

жесткостью.

определять

Эта

статиче­

жесткость

поведение

кон­

струкции и для nеременной внеш­
силы,

если

только

ее

частота

оо будет значительно меньше соб­
ственной частоты ооо. Иное положе­
ние

складывается

случае,

когда

эти

в

резонансном

частоты

совпа­

дают. При этом предыдущая фор.:

мула приобретает вид

ДЕМПФИРОВАНИЕ УПРУГИХ

КОЛЕБАНИЙ

От~ошение 00 0 / а. почти во всех
случаях очень большая величина.
Чисто упругое демпфирование кры­
характеризуется

чис­

лами ооо/ а.
20-30.
Таким· образом, в резоцансном
случае жесткость

40

видно,

предыдущих
1

что

рассуждений

увеличение

коэффици­

конструкции,

динами1:1еской·

конструкции

и,

жесткости

следовательно,

ее

ресурса.

При рещении этой задачи кар­
динальным

оказывается

технических средствах,

вопрос

с

о

помощью

которых можно уве.пичить коэффи­
циент

демпфирования.

перспективным

Новым

направлением

и
на

этом пути является демпфирование
с помощью. автоматически управля­

емых сил. Исследования причин ко-

- лебаний крыльев показали, что боль­
шая. часть их
мыми

связана с

крыльям

передавае­

ударами

шасси

самолета о неровности аэродромно­
покрытия.

Таким образом, встает вопрос
о демпфировании упругих колеба­

юб \а.

самолета

Из

го

А= !!.__ (wo).

ла

нагрузкам.

л~чения

юб

та, rем меньшие эффекты деформа­

можно

осо­

жить эффективным средством уве­

!о
-.

в

понятным

ента демпфирования а. может слу­

Чем больше собственная часто­
возникают

становится

бый интерес конструкторов к тако­

кон­

О, и тогда

Ао=

будет

во

ко­

-

упругой

случае

внешней силы оо =

ской

будет

же к этому добавить знакоперемен­

ны,

частота собственных
оо - частота, с какой

частном

частоты

силы

шие внутренние напряжения. Если

струкции.

ции

резонансной

столько же раз меньше, она будет
вызывать большие амплитуды де­
формаций и, следовательно, боль­

эффициент, характеризующий рас­

В

раз

20-30

конструкции особенно чувствитель­

+ a.mil

внешняя

сеивание

в

ный характер нагрузки, к которым

f
А=------jюб

оказывается

жест­

ЖЕСТКОСТЬ КОНСТРУКЦИИ
Если буквой А обозначить амп­
литуду колебаний упругой ко~­
струкции,
буквой
f - амплитуду

ней

динамическая

так

ний

с помощью

матически

внутренних авто­

управляемых сил.

Какие это могут быть силы?
Прежде всего это могут быть
силы

инерции,

возникающие

пр..,:

колебании вдоль оси, крыла неко­
торых масс. Чтобы понять, как та-

колебание крыла,- вспомним, каким

момент в десятки раз будет больше
при том же весе вала. Второе об­

образом

стоятельство

кое движение может демпфировать
человек,

качающийся

на

IW.челях, останавливает их колеба­

пассивная

ния, ни на что не опираясь, исполь­

на

зуя только внутренние силы. Для

частоту,

этого

чески

он

приседает

и

поднимается

связано

с

тем,

конструкция

малую

величину

в

то

время

изменяет

собственную
как

управляемый

что

автомати­

момент

изме­

с частотой, в два раза превосходя­

няет, пусть даже на малую

щей

качелей.

ну, коэффициент демпфирования а.

исполь­

Но так как а мало, то относитель­

качелей, и

ное изменение оказывается боль­
шим. Именно эти обстоятельства
приводят к большой эффективно­

частоту

Такое

колебания

движение

зовать и для
для

их

можно

раскачки

остановки,

выбора сдвига

баниями

все

зависит

от

фазы меЖдУ коле­

качелей

и

приседанием

сти управляющих сил.

человека.

Если нижнее положение чело­
века

совпадает

с

нижним

ся,

в

противоположном

чели

случае

что

вал,

ставляет

4%

от веса крыла, увели­

на

которого

порядок

коэффициент

Другая

возможность

просто

1:1рило­

реализована

1

с

помощью

пических

моменты.

Действительно,

быстро

вращающийся

гибкий вал

-

собный

сохранять

вдоль

крыла,

тонкий

торсион, проходящий
позволяет

пере­

моментов.

положение
руется

крыла. А так как крыло совершает

чиком

связанные изгибно-крутильные ко­
лебания, у нас ПQЯвiI.яется возмож­
ность управлять этими колебания­
ми. В чем особенность автоматиче­

всЯкий датчик,

управляемого

момента?

у

нас

Если

. спо­

неизменным
ассоции-

-

дат­

положений.

Как

гироскопом

угловых

всего

ротор,

вращения,

с

минимальные

гироско-

Чаще

•

оси

давать крутящий момент на конец

ски

создания

управляющего момента может быть

Ж:JfТЬ к крылу внутренние крутящие

оси

со­

демпфирования.

ка-

останавливаются.

СраJJнительно

Так расчет

показал,

чивает

положе­

нием качелей, то они раскачивают.
'

вес

величи­

он

должен ·иметь

размеры.

Крупные

роторы

-

-

используют­

ся

аккумуляторы

вращательно­

как

маховики

го движения.

такой вал закреплен одним концом

Маховик средних размеров мо­

с .Фюзеляжем, а други~ концом с

жет

внешним :~раем крыла, то он будет

менно

преriятствf>вать кручению и изгибу

мещений,

крьща без ~сякого ~томатического

ния

управления: З,и:есь мы должны вы­

элемент для

делить· два обстоятельств~. Во-пер­

крыла или поворота закрылка. Ги­

вых,

роскопический ·,момент,

1

крыло закручивается

малый

уrол~

на

очень

порядка -нескольких

грацусов. :При ..-/такой -~акрутке

вале

создаются

оч~нь

малые

и

использован

как

датчик

угловых

в. данном

крыла, и

одновре­

случае

пере­

кручо­

как исполнительный

уменьшения

кручения

как ~е­

стно, проп.орционален кинетическо­

в

мо­

быть

му

·

моменту

скорости

маховика

поворота

и

его

угловой

оси.

Боль­

менты, которые слабо повлияют
на амплитуцу колебания крыла.

шое
число
оборотов
позволяет
реализовать большой кинетический

Управляющий момент создается за

момент

счет закрутки

на десятки гра­

вика. А завис11:мость управляющего

диктуемого

момента

цусов

до

вала

предела,

прочностью.

СоответственнQ

его

этот

при

от

умеренном

скорости

'

весе

махо-

кручени~

по­

зволяет реализовать ~акон управле-

41

ния, при котором меняется коэф­

рости перемещения. Легко понять,

фициент демпфирования,

что

мы

знаем,

влияет

на

в

наибольшей

амплитуду

что,

как

поворот

двигателя

в

плоскости

степени

крыла приведет к появлению момен­

резонансных

та, который будет препятствовать

колебаний.

кручению крыла. К такому же. выво­

В тех с.лучаях, когда двигатели

ду мож.но прийти, оценивая энергию

и участвуют

системы: именно энергия изгибно­
крутильных колебаний будет пре­

в изгибно-крутильных деформаци­

вращаться в тепло в гидравлическом

ях крыла, роторы двигателей могут

демпфере.

самолета

расположены

далеко от фюзеляжа

достаточно

быть использованы для целей демп­

В тех случаях, когда двигатели

фирования колебаний крыльев. Эта
особенно выгодно потому, что мы

расположены

в

на

фюзеляже

непосредственной

или

близости

к

1

получаем

для

управления

нему,

маховик

с большим кинетическим моментом

без
без

увеличения
заметного

нужно

маховики

веса аппарата и
усложнения
его

-

ставить

специальные

гиромоторы.

Оси

их

могут располагаться вертикально, а

'сами

маховики,

плоских

конструкции.

Чтобы ротор двигателя выпол­

гаться

имеющие

дисков,

в

должны

плоскости

форму

распола­

крыльев.

Вес

нял функцию демпфирования, дви­

такого гиромотора, как показывают

гатель должен. быть так соединен
с крылом самолета, чтобы он без ·

расчеты,

веса крыла. Такой результат обу­

отставания

словливается

участвовал

в

крутиль­

составляет

малую

следующими

часть

факто­

ных колебаниях крыла. Как следу­

рами. Число оборотов гиромотора

ет из свойств гироскопа, он будет

может достигать

испытывать

стремящийся

ротов

в

больше, чем у двигателя. Гиромо-

повернуть

момент,
двигатель

плоскости

.

крыла.

Соединение двигателя с крылом

в

минуту,

20-25 тыс. обо­
т.

е.

значительно

тор располагается близко к концу
крыла, где его эффективность осо­

должно допускать поворот двигате­

бенно

ля в горизонтальной плоскости на

данном

несколько

плоскости может составлять

градуцов.

Однако

это

велика.

а не

Свободный

случае

3-4 °,

в

ход

450,

равлическими демпферами, усилия

При таком угле велика и

в

ваемая на демпфере энергия.

пропорциональны

ско-

30-

как у двигателя.

движение должно тормозиться гид­

которых

в

вертикальной

рассеи­

.ЧЕЛОВЕК ИДЕТ ПО ВОДЕ
Когда мы бредем по воде, то

ТИХИЕ АПЛОДИСМЕНТЫ

ПОД ВОДОЙ

сталкиваемся с двумя противоречи­

выми
Можно

Как

ни

ли

велико

ходить

желание

по

воде?

человека

Если

как

не

правило,

принимать

не

во

С

одной

стороны, вода оказывает большое
сопротивле~е

движению

ног

впе­

удавалось.

ред (эта сила особенно велика,
когда мы пытаемся идти быстрее),

внимание

а с другой стороны, эта же самая

пройтись по поверхности ·воды, е:му
это,

обстоятельствами.

историю, приведенную в Евангелии,

вода

мало

человеку удается только бродить до

нию

ступни

:мелкой воде. Причем именно не хо­

стоять

дить, а всего-навсего бродить, т. е.

удается.

едва плестись.

эти факты.

сопротивляется

на

на

воде

дно,

нам

Попытаемся

так

опуска­
что

никогд~

по­

не

объяснить

43

Проделайте

. сл~дущщий

экспе­

что

она

римент. Опусти~е ладони в воду и

метрии

не спеша сведите их вм.есте. Такое

его

движение потребует от вас неболь­
ших

усилий.

Попытайтесь

скорость

ладоней теперь будет

вас

потребуются

,

того,

в

каком

в

массу

своей

воды,

· ~ычисление

при

представляет

совсем

для

невелико. Во втором случае ладони

задачу

меняли

Однако

с

ускорением

только

и

движения
е.

и

она

гидродинамическое

при

движении

оставит

жид­

присоединенной

тел

различной

довольно

сложную

математической
имеется

формы

физики.

простой

и

очень

точный способ Экспериментального

двигались

испы,тывали

а

плоскости

массы

т.

направлении

кость почти неподвижной.

только гидродинами­

скорости,

линейку.

движении она будет 'увлекать боль­

ческое сопротивление воды, которое

величину

простую

большие

лись почти с постоянной скоростью

направление

направления

линейку в воду, то при поперечном

В первом случае ладони двига­

скорости

от

гео­

движения.

шую

небольшой

и

от

от

усилия.

и испытывали

но

только

будет двигаться. Если же опустить

движени.я

очень

не

Обычная ее масса не зависит от

теперь

меньше,

те!Jа,

:Qозьмите

часто похлопать ладонями. И хотя
максимальная

зависит

qпределения присоединенной массы

не

любого тела.

сопро­

'

этом

Если тело подвесить на тонкой

случае nренебречь, но и с'!лу, вы­

и длинной нити, то· получится фи­

тивление,

которым

можно

в

окружающей

;ический маятник, частота колеба­

воды. Эта сила, как и любая другая,

ний которого, вообще говоря, зави­

подчиняеrся закону Ньютона, т. е.

сит

званную

инерцией

от

длины

l,

маятника

1

его

пропорциональна ускорению и мас­

массы .и веса. В обычной формуле

се,. участвующей в ЩJижении.

для частоты колебаний математи­

-

Какая

же.

движении,

воде?

масса

когда

Тело

участвует

тело

в

движется

приводит

в

ческого

движение

n=

всю окружающую его массу в<)ды.
Причем
жутся

близлеЖащие
со

скоросtью

слои

дви­

самого

тела~

вовлекаютс.я

в

движение.·

жидкости

подвижными.

остаются

не­

висит

присоединенной

массь~.

рая, будучи добавлена к массе тела,
воздействие

всей жидкосjи. Особенностью при­

44

уже

как

стоит в

масса

маят­

баний маятника в вакууме не за­

Это такая фиктивная масса, кото­

массы

вес, а с другой

ника. Таким образом, час:rота коле­

Для того чтобы пользоваться
законом Ньютона, удобно ввести

соединенной

g

дения

знаменателе

/ .

инерционное

l ,

дении с ускорением свобощшго па­
~

ПРИСОЕДИНЕННАЯ МАССА

заменит

-{i;_

ся в числителе, образуя в произве­

И

/

понятие

равна

но она, с одной стороны, содержит­

только бесконечно далекие от тела
частицы

1

2л

которая

масса в явном виде не фигурирует,

более удаленные в меньшей степе­
ни

.

маятника,

в

является

то,

.

от

массы.

Если

маятник

поместить

например

в

воду,

то

в

же

жидкость,

частота

баний уменьшится.
.Теперь

можно

формулу

приближенно

следующем виде:

· n=

1
2л

этот
коле-

1

для

ч:астоты

записать

в

Здесь т 1 медова

rli1g

масса тела; Р

сила,

~ Р

-

архи­

направленная

вверх;

вес

-

тела в

присоединенная

ти; т1

+ т2

воде;

масса

ПО ВОДЕ МОЖНО БЕЖАТЬ

Однако пора вернуться к вопро­

m2
су,

жидкос­

поставленному

Можно

полная масса маят­

ли

зывается,

ника.

Формула

эта

приближенная,

в

ходить
что

начале

по

при

условиях можно.

главы.

воде?

Ока­

определенных

Например,

неко­

на

торые болотные птицы бегают если

маятник будут действовать еще и

не. по самой воде, то по плавающим

силы ,вязкости~ Но если амплитуда

на ней листьям.

колебаний маятника будет

конечно,

так

как

в

реальной

а

частота

то

этим

жидкости

достаточно

вли.янием

малой,

высокой,

можно

лис:гья

очень

так что,

в

вИду,

тонкие,

что

сами

тяжелые

.и

если

птица

задержится

на

одном из них хотя бы на несколько

Для повышения точности опре­
присоединенной

иметь

обладают очень малой плавучестью,

прене­

бречь.
деления

При этом нужно,

массы

секунд,

можно подвесить 'тело· на упругой

дальше

пружине.

бежать, а плыть.

Массу самого тела т 1 можно

лист

опустится

птице

уже

в

воду

придется

и

не

Бегущая птица толкаеr лист с

вакууме.

силой, превосходящей ее собствен­

Р равна весу этого

ный вес в несколько раз. При этом

же тела в жидкости. Частота коле­

лист почти не успевает погрузиться

баний п с большой точностью оп­

в воду.

ределяется

участвует

определить по

Разность

весу

m 1g

в

тела

в

процессе

экспери­

мента.

листа,

Из этой формулы можно найти
искомую

присоединенную

Подвешивая

тело

можно

определить

массу

при

.

1

.

которая

по-разному,

го

листа.

ног

и

ные

направлениях

может

в

Порывистые

широко

пальцы

для

масса

сотни

раз

движения

расставленные длин­

птиц

весьма

такого перемещения.

подходят

·

В большой степени использует­

движения тела.

Бредущий

присоединенная

превосходить реальную массу само­

массу.

присоединенную

разных

В создании: силы реак~ии

по воде

человек яв­

ся

присоединенная

масса

челове­

ляется не очень хорошим примером

ком,

пррявления присоединенной массы,

ледохода.

однако

выбирать льдины покрупнее, запас

даже

в

этом

случае

можно

видеть ее влияние. Медленно опус­
кающа.яся
тывает

почти

сопротивления,

как для

с

ступня

передвижения

ускорением

в

он

которых

во

время

старается
достаточен,

Чтобы удержать человека" пока он
будет выбира~ь новую льдину.

время

Однако

ноги вперед

· требуется

реку

Правда,

плавучести

не· испы­
то

пересекающим

больщое

нередко

приходится

пользовать льдины,

которые

ис­

слиш­

Попытка же аплодировать

ком малы, чт~бы на них стоять, но

под водой вообще окажется без­
успешной, как ни сильны были бы

вполне достаточны, чтобы от них
оттолкнуться. Толчок, который они

усилие.

эмоции,

вызвавшие

эти

менты. Это обстоятельство_ объясняется

присоединенной

массой·

раскрытых ладоней, которая увели­

чивается
доней.

по

мере

способны выдержать,

аплодис­

сближения

ла­

·

столько

от

их

\

Зави~ит не

плавучести,

сколько

от их собственной и присоединенной масс.

В книгах о жизни гренландских
эскимосов

описывают

прием,

с

45

nомощью
Ра10тся

которого

q.ерез

они

крупные

переби­

трещины

в

в

которых

он

принимал

участие.

Особенность этих скачек сост.ояла

ледяных полях. Эскимосы убивают
медведя
(разумеется,
белого),

в том, что тонкий лед не мог удер­

сбрасываJОТ его в трещину. А за­
тем

двоjj'ным

trается

от

удельного

llоэтому, если встать

веса

воды.

инерции

трещину.

на

него,

он

воды.

бЪiстро оойдет под воду.· Но для
толчка

льда.

никакого

значения

не

присоединенной

Вот

лошади

это

Спасение

от ли­

через

медведя

седока.

мало

отталки­

ваясь от плавающего в воде медве­

У дельныif вес

и

их было только в движении, только
в скорости. Дело в том, что при
прогибе льда происходит переме­
щение воды. Резкий прогиб требует
большой силы для преодоления

прыжком,

дя, переrtРЫrивают

жать лошадь

эта

сила

и

отталкиваться

массы

позволяла
от

тонкого

Имеет. В8.жна только масса медведя

и его П:рисоединенная

масса.

Вот

БЕГ ПО ТОНКОМУ ЛЬДУ

этим и оользуются эскимосы.

Понимание

Еще больший вклад присоеди­

ненной 114ассы наблюдается в cлy­

trae

деформации

упругой

поверх­

ности

уменьшает

этого

явления

опасности

такого

не

вида

спорта. Однако мы можем предло­

_состязание,

0пирающейся на .жидкость.
'
liaupимeP, это важно учесть при

жить

спортивное

торое

не содержит· никакой

исследоеании

ности. Для этого нужно взять фа­

оболочкtl
жидким
та

-

колебаний

ракеты,
топливом.

это

упругой

наполненной
Однако

слишком

раке­

специальная

Выберем
Uроблема·
более 0 бщеизвестное.

что-нибудь

диn;юмата

А.

А.
в

«llятьдесят

лет

Живописное

описание

Игнатьева

строю»

скачек

есть

по

тонкому льдУ Ботнического залива,

Рис.

46

разрезать

щиеся

полосы.

ее

на

все

опас­

сужаю­

Уложенные

после­

довательно, они должны образовать
дорожку

длиной

чальной шириной

в кflиге замечательного русско­

го

неру,

ко­

шириной

0,5

40-50
2 м и

м

с

на­

1<онечной

м. По краям натяги­

вают две веревки, к которым и при­

крепляют листы фанеры. Затем эту
дорожку
мощью

22

выводят
якоря

на

воду

укрепляют

и

с

по­

перпен-

дикулярно к берегу, так что первый

и самый большой лист почти ка­
сается берега.

Состязание буде~

состоять в

том, чтобы пробежать по этой до­
рожке,

по

«тонкому

льду»,

можно

дальше.

Можно

ностью

сказать,

что

в

с

l
+
2а/Ь
1
ширина

жаркие

лет­

помоста

наклонного

Тогда

участка,

через

ка:.

кой
скоростью
должен
бежать
человек по гибкому помосту, чтобы
не

погружаться ·в

воду.

моста,

глубину.

расположенного

по­

перед

ним,

займет

наклонное

(рис.

Этот участок будет щ~ре­

22).

мещаться

вперед

положение

со

скоростью

лk~ 1.
а.

а

определим

и

допустимую

h:

что ruютность

1000 кг/м ," получаем оконча­
тельную формулу для силы R:

Q=

R = 500v2ah.
Для

примера

зададимся

Тогда прогиб
мерно

см.

6

h будет равен при­
Исходя из этих рас-

. ~етов, мы . и в~брали

назначенного для состязаний.

почти

таким

же,

жении по воде

как

и

при

наклонной

гибкого

начальную

ление воды

оказывается

ско..:.

ростью S м/с, шириной помоста
а = 1 м и весом бегуна· 700 н.

ширину

помост

воды

3

движения человека. При этом дав...
на

Ь.

а

Помост

Часть

а=

h

под бегущим человеком прогнется
на некоторую

его

а.=-.

Учитывая,

с

е.

глубину Прогиба помоста

ностью.

определить,

длине

т.

наклона

в;еличину

ние дни на берегах морей, рек и
озер такой вид состязания будет
пользоваться
большой
популяр­
Попытаемся

равна

k = 0,3333;

Угол

как

уверен-.

• Будем считать, что

помоста,

пред­

сколь­

поверх­

ПЕРЕПРАВА БЕЗ МОСТА

ности. Отличие будет только в том,
что

в

рассматриваемом

случае

·

сутствует

касательное

плоскости

относительl!_о

Рассмотрим

от­

движение

воды,

и

возмQжность

пользования гибкого помоста для
создания

переправы

следовательно, трение о воду. Вода

Представим

себе

давит

стоящую

ряда

на

глиссирующую

поверх-.

из

через

сплошной

переправу,
досок,

следующие обозначения:
сила

сум­

R

давления. на

поверх­

v-

ность, направленная вверх, Н;
скорость

м/с; а

-

движения

поверхности,

продольный размер глис­

сирующей
поперечный

со­

лежащих

помост.

Ясно,

что

_грузовая машина выедет

этой формуле использованы

марная

реку.

на воде и св.язанных между собой
тросом, так что они образуют

ность с силой

.В

ис­

поверхности,
размер,

м;

м;

Ь

Q

помост,

то

она

если

на такой

затонет.

Однако

при достаточно быстром движении
машины доски под ней будут испы­
тывать со стороны воды достаточно

большую реакцию,
живать ее (рис.

чтобы

поддер­

23).

ее

При' расчете необходимой ско­

плот­

рости машины будем пренебрегать

-

3

iюсть воды, кг/ м ; а. ~ угол накло­
на,
рад;
k
экспериментальный

также зазорамИ между ними. Вос­

коэффициен.т, который с. достаточ­

пользуемся

ной для практики точностью мож­

лами

но

=

·вычислять

по

формуле

k

мавучестью

30

и

ООО

и

массой

досок,

предыдущими

такими

Н,.

h

форму­

данными:

0,2

м,

а

а =

Р

5

м.

47

"·

Рис.

Тогда

мы

найдем,

движения

машины

не меньше

36

что

скорость

должна

быть

км/ч.

·,

2.3
нужно

скоростью

только

силы

гидродинамического

сопротивления,

Нашими расчетами едва ли вос­

лодки

и

от

уравновесить

которые

ее

от

массы

присоединенной

пользуется какой-либо шофер. Он
предпочтет сделать большой крюк,

длина

чем перее~ать по такой переправе.

будет

Хотя не следует исключать такого

энергией, которая, кроме скорости,

стечения .обстоятельств, когда дру­

зависит

массы не зависят.
пути

разгона

QT

расчетов, .не до.жидаясь

рости

лючительных

обстоятельств,

вы­

КривО:J!инейное

ния.

в

массы

лодки.

·движение

всегда

изменением

зависимости

При

торможения

кинетической

общей

сопровождается

иск­

и

определяться

гой возможнос~и вообще не будет.
Чтобы
~ров~рить
правильность
таких

В то же время

этом

от

направле­

возникает

центро­

числим, каким должен быть по­
мост, чтобы по нему можно было

бежная

проехать

присоединенной массы. Это обстоя-

вес

на

велосипеде.

велосипедиста

=

равным Р

1ООО
v= 5

движения

Примем

с

велосипедом

Н,

скорость его

сила,

ско­

пропорциональная

сумме массы подводной лодки и ее

тельство,

вается

м/с,. допустимую

конечно,

на

Если

сильно

сказы­

маневренности

лодки.

при

движении

лодки

глубину погружения 0,1 м. Тогда
ширина помоста будет равна а=

са остается постоянной, то у каль­

=

мара меняется и скорость, и масса.

0,8

м.

изменяется

только скорость, а· мас­

Кальмар, как известно, пользуется
«СЕКРЕТЫ» IШАВАНИЯ

гидрореактивным

КАЛЬМАРА

отличие

торые

Присоединенная масса имеется
у

каждого

те-!'lа..

И

плавающего

как

всякая

под

водой

масса,

она

проявляет себя только при нерав­

от

ле

цикла

непрерывном

кальмар

набирает

воду

в свой мускульный мешок, а затем

энергично

48

ко­

тает в импулъснрм режиме. В нача­

узкую

постоянной

в

судов,

В

режиме, двигатель кальмара рабо­

номерном движении. Для плавания
с

водометных

работают

подводной

лодки

двигателем.

выбрасывает

воронку,

которая

ее

через

выполняет

функцию

cofUia

реактивного

дви­

в

этот

момент

он

имеет

минимальный объем, то и гидроди­

гателя.

При

выталJ(ивании

кальмара
масса

скольку

и

его

воды

масса

присоединенная

уменьшаются

в

несколько

намическое сопротивление
зывается минимальным.

Новый

цикл,

его

ока­

·

начинающийся

с

не­

набора воды, сопровождается уве­

изменной силе обратно пропорцио­

личением общей массы и, следова­

нально

тельно,

раз. А

так как ускорение при

массе,

кальмара

оно

то

при

возрастает

движении

и

дости­

гает в конце цикла большого зна­
чения. Выбросив всю воду ИЗ меш­
ка и достигнув
рости,

кальмар

двигается· по

значительной

.

некоторое

с.ко­

время

инерции, теперь уже

с отрицательным ускорением.

По-

резким

уменьшением

рости движения.

Этот

В. И. Мер1tулов

момент "яв­

ляется весьма подходящим для лю­

бого изменения направления дви­
жения. Таким образом, становятся
понятными

удивительной

секреты

скорости

и

маневренности каль­

маров.

'

4.

ско:­

ДИНАМИЧЕСКИЕ

ЭффЕКТЫ

В

ЖИДКОСТИ

И ГАЗЕ
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

ческого

происхождения.

К

нию таких процессов мы и

В первой главе мы рассмотJ'ели

в

силами,

которые·

неподвижном

или

медленно

жущимся воздухе или

интересны
чаются

и

более

процессы,

возникают
дви­

воде. Более

часто
при

встре­

которых

присту­

пим.

эффекты, вызываемые . статически­
ми

изуче­

Основное
тики

(2),

уравнение

приведенное

содержит составляющую
рая

представляет

гидроста­
на

с.

Qgz,

8,

кото­

потенциальную

энергию единичного объема жид­
кости,

отсчитываемую

от

уровня

О, где давление равно

извест­

жидкость или газ быстро движется
или же быстро перемещаются тела

z.=

в

чины р и Ро тоже интерпретировать

этой

среде.

В

этих

процессах

главную роль играют силы динами-

50

ной величине р 0 • Естественно вели­
как

энергию

статического

напора.

.,

так как

справа

от

знака

.

~

;

равенства

стоит

постоянная

величина,

урав­

нение

(2) на с. 8 выражает собой

закон сохранения энергии.

В

том

случае,

движется с

если

некоторой

жидкость

постоянной

скоростью v, единичный объем ее
будет обладать кинетической энер­
гией

1

2

1 1

2QV'
а

закон

сохранения

энерrии

запи­

шется следующим образом:
Рис.

Полученное
основным
мики

выражение
уравнением

и

является
гидродина­

называется

сохранения
как мы

няется

его

отметить,
энергии
записали,

только

для

,

ностью

в

лишенной

уровне

свободной

обозначим

поверхности

pi, а атмосферное дав­

что

закон

ление
р 0 • В общем случае эти
давления будут различными. Рас­
стояние от отверстия до свободной

таком

виде,

поверхности обозначим Н. Допус-

уравнением

Бернулли.

Следует

на

24

точно

выпол­

жидкости,

вязкости

пол-

(иде-

альной ~идкости). Реальная жид­

кость всегда обладает вязкостью,
благодаря которой часть механи-·

тим,

что

чения

поперечного

площадь

во

резервуара

се­

много

раз

больше отверстия. Это условие позволяет

нам

опускания
О.

v1

считать,

что

свободной

Давление

на

скорость

поверхности
уровне

i

сво-

тепловую, нарушая этим справедли­

бодной Поверхности равно Р1. Сам
уровень обозначим
У самого

вость уравнения Бернулли. Однако

отверстия

в

мая

ческой

том

энергии

случае,

превращается

если

вязкость

в

среды

z,.

скорость

мала, как,

например, у воды, возду­

вень

ха,

уравнение

Тогда

это

достаточно

точно.

выполняется

Легко

понять,

что уравнение Бернулли, ~ыражаю­
щее

закон

одинаково

сохранения
справедливо

энергии,
как

в

не­

давление

Р1

истечения

в

любой

равномерно

Прежде
рость

всего

истечения

верстия

ИЗ

определим
жидкости

в ·резервуаре

из

(рис.

ско­
от­

24).

Давление под крышкой резервуара

4·

уро­

zo

Н.

2

откуда

Vo=

-y2gH

+ Р1 -

том

случае,

если

движу­

СОСУДА

а

.

_ /

В
ВЫТЕКАЕТ

иско~

+ Qgz1 = Ро + QgZo + 21 \ QVo,

щейся системе.

ВОДА

ро,

vo,

zo. Очевидно, что z1 -

подвижной системе кьординат, так

и

равно

Q

Ро
•

давление

под крышкой равно llнешнему дав­

лению, т. е. Р1 =
упрощается

и

ро, эта формула

принимает

следую­

щий вид:

vo

=

..)2gH.
51

В этом случае скорость истечения

и

жидкости

части:

совпадает

со

скоростью

определим

давление

тела при его свободном падении с
высоты н.

Мы уже говорили' о приближен­
ном характере уравнения Бернулли.

Чтобы учесть возникающую из-за
вязкости
для

погрешность,

скорости

формулу

истечения

записы­

вают таким образом:

где

с;,

-

и

фф ициент,
'
коэ

ляемыи

s~

что

'

давление

уменьшается по мере сужения

тру­

бопрщюда и может обратиться

в

нуль. Это nриведет к кипению хо­

в трубах, но и

·при работе многих гидравлических

и , .

экспериментально

v

s~

следует,

дается не только

с;,- /~2-g_H_+~P-1--_--Po-

V

[..!__- . !__]

2

откуда

узкой

лодной воды. Такое явление наблю­

\

Vo

QQ2

Р2

в·

машин. Когда мы будем· рассказы­

опредеv

зависящии

вать

о

работе

гидротурбины,

то

остановимся на этом явлении .более

от величины Н и р 1. Для круглого

подробно. Здесь же только отме­

отверстия этот коэффициент лежит

тим, что эффект с~ижения давле­

в. пределах 0,95-0,99, т.

ния

е-_ мало

в

узкой

используется

отличается от единицы.

ционных

(вод:ь1)

в

течение

ния

жидкости

горизонтально

при

трубопровода

создании

насосов,

в

эже~­

пульвериза­

торах. Кроме того, 11змеряя давле­

КИПИТ ХОЛОДНАЯ ВОДА
Рассмотрим

части

располо­

женном трубопроводе перемен~юго

р

1

и

р2,

Q.

расход воды
построены

легко

вычислить

На этом· принципе

некоторые

конструкции

расходомеров.

сечения. В этом случае потенциаль­

ная энергия Qgz будет мало
няться для

всех

уравнение

точек

ме­
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ

жидкости и

Бернулли

ПОТОКА

несколько

упростится~

Наиболее широко применяемые

. приборы

1
2
PI +1QV1

в широкой части трубы, где пло­

S1

щадь поперечного сечения

вели­

ка. Вторую точку выберем в самом
узком сечении площадью

трубу

протекает

ду

некоторое

ти

Q,

то

S 2•
в

количество

скорости

Если

секун­

/

Р1
52

+

QQ

2si

рая

использовании

давлением

и

следует

из

скорости

связи

меж­

скоростью,

кото­

уравнения

Бер-

.

нулли.

r1оставим в поток соосно встав­
ленные

друг в ·дру:Га

две

трубки,

как это изображено на рис.
Записав
для

двух

уравнение

точек,

в

одна

-

25. ·

Бернулли
из

отверстии

трубки, а другая

Si'
2

ду

на

находится

Q

уравнение

ны

жидкос­

соответственно

равны

Запишем

измерения

движения жиgкост1:1 также основа­

Первую. ·точку отсчета выберем

через

для

которых

внешней

на срезе внут­

ренней трубки,. где жидкость оста­
Бернулли

навливается

и

скорость

становится

равной нулю, получаем

р

1
+ TQV1
=
2

Р2·

«Олимпика», крейсер быстро откло­
нился в

сторону парохода и

ударил

его в правый борт, несмотря на
то, что руль должен был повернуть
его

в

противоположную

Оба корабля

сторону.

получили· серьезНЬ1е

повреждения.

На

маневрах

военного

флота

ХХ

в

века

французского

тоже

Средиземном

Эскадренного

море

броненосца

нус» (водоизмещение

рость

в " начале
с

«Брен­

11 395

т, ско,­

км/ч) вызвали флажными

35

сигналами один из миноносцев, что­

бы
Рис.

·

Уровень водяного столба в пер­
вой трубке будет равняться давле,

нию Р1, а во второй трубке
Разность уровней

дать ему

словесные

указания.

Миноносец, проходя на большой
скорости и на небольшом расстоя­

25

h

- Р2·

равна кинети­

нии

от

«Бреннуса»

с

правого

его

борта, вдруг неожиданнn резко из­
менил

направление

сторону

движения

броненосца и,

попав

в

под

ческой энергии потока, по которой

форштевень, был разрезан пополам

и

и утонул.

вычисляется

скорость

потока.

В

США

в

1942 года лайнер
Мери» . (водоизмещение
т, длина 314 м) щел из
Англию, . имея на борту

крурных морских катастроф, объ­

около

.15

тысяч американских С()Л­

яснение

дат. Лайнер следовал под конвоем

КОРАБЛЕЙ

СТОЛК~ОВЕНИЕ

Приведем здесь оп~сание трех
которым

опять-таки

с

можно

помощью

найти

уравнения

В октяб~

.

«Куин

81 . тыс.

'

крейсера «Кюрасоа»
ние

Бернулли.

октябре

т, длина

4290

(вод.оизмеще­

137

м) и шести

1911 г. на внешнем

эскадренных миноносцев. Внезапно

рейде Саутгемптона в Англии про­

крейсер «Кюрасоа», шедший парал­

изошла

рий.

одна

из

крупнейших

ава­

лельным

произошла

сле­

влево, подставил себя

Катастрофа

дующим

образом.

пароход

«Олимпик»

нием

тыс.

52

шириной

1О

Пассажирский

т,

около

водоизмеще­

длиной

ЗО

м,

с

осадкой

м шел в. одном направлении

с,

резко

повернул

под форш­

тевень лайнера, и был разрезан на
две части.

м,

260

курсом,

На
очень

всех

· этих

опытные

внимательные

судах

капитаны

плава.Ли
и

стояли

штурвальные,

так

(во­

что искать объяснение этим катаст­

доизмещение 7500 т, длИна 110 м,

рофам в их поведении нельзя. При­

ширина

чину следует искать в законах гид­

английским крей·сером «Хаук»

18,3

м,

осадка

7,2

м).

«Хаук», обгоняя <сОлимпик», имел
скорость около

34

ромеханики.

км/ч, а «Олим­

Рассмотрим

течения

11 О м. После

26).

возле двух кораблей (рис.
Что видит наблюдатель, стоя­

того как передняя часть крейсера

щий

на

«Хаук»

кораблей

пик»

-. 25

км/ч. Расстояние между

судами не превышало
сравнялась

с

кормой

воды

картину

одном

из

скорость

нИх?

Вдали

воды

от

всюду

53

нию: если нельзя избежать столк­
новения, та. толкай первым.

Конечно, авторы этой рекомен­
дации

того

исходили

факта,

прежде

что

всего

именно

из

тот

ко­

рабль,
кот6рый
толкает
своим
форштевнем борт другого корабля,
имеет наибольшие шансы сохра­
ниться. С точки зрения гидромеха­

ники интер~сно то обстоятельство,
что

выполнить

ринного

рекомендацию

руководства

легче,

ста­

чем

избежать столкновения. При силь­
ном
сближении
двух
кораблей
соотношение

Рис.

2f.

сил таково, чrо корабль послушает­

постоянная, неизменным бу~ет и

ся

руля,

носом

если

к

борту

плоскости. Между кораблями жид-·

для

кость, стесненная бортами, будет
вынуждена
двигаться
быстрее.

отменяют

Запишем уравнение

'Qграничения

Бернуми для

двух точек, лежащих вблиз:ц сво­

бодной
поверхности
жидкости.
В обеих точках давление будет
и

равно

его

разворачивать

другого

корабля.

Что касается новых руководств

давление в любой горизонтальной

одинаково

гидродинамических

а

капитанов,

законов

исходят

тимое

то они,

из

не

гидромеханики,

них,

на

конечно,

накладывают

скорость

и

сближение· идущих

допус­

парал­

лельным курсом кораблей.
ШАРИК ВИСИТ В ВОЗДУХЕ

атмосферному

/

давлению. Поэтому
С помощью уравнения Бернул­

2

gz1

+2

ли можно дать объяснение еще
одному любопытному факту. Пред­

V1

Следовательно, в той точке, где

скорость

воды

щий опыт, для которого ему не по­

будет меньше. Разность уровней с

надобится
ничего, кроме
куска
аптекарской резиновой трубки дли­

внешней

больше,
и

уровень

лагаем читателю проделать следую­

внутренней

сторон

ко­

раблей и вызовет их стремитель­
ное сближение.
~

Пусть

средний

уровень

воды

ной
в

см и шарика для игры

20-25

пинг-понг.

Наденьте один конец трубки на

между кораблями цонизился всего
на 20 см. При длине корабля 137 м
это приведет к появлению боковой

мите

силы, равной

крывая

водопроводный

кран,

щемите другой

ее конец и

его

кверху.

частично

за­

подни­

Постепенно

от­

помощью рулей в этом случае при­

кран, добейтесь, чтобы у
вас получился небольшой фонтан­
чик,
подобный
питьевому.
На

водит к появлению дополнительной

струйку фонтана осторожно опус­

силы,

сближающей

корабли.

тите шарик. Что с ним произойдет?

этому

представляет

интерес

274 ООО

Н. Ясно, что

попытка отвернуть нqс корабля с

мендация,
ных

54

содержащаяся

руководствах

по

в

По­
реко­

старин­

мореплава-

Можно

ожидать,

удержится

на

что

вершине

скользнет вбок и упадет.

шарик

не

струи,

со­

На самом деле какая-то, непо­
нятная пока сила не позволяет ша­
рику

отклоняться

в

сторону

от

струи. А располагаясь над струей,
он

не

так

может

как

ни

опуститься

подпирает

няться

вверх,

вниз

сила

этот

шарик,

струя,

так

как

тяжести.

вниз,

ни

его

Так

тянет

и

медленно

под­

висит

вращаясь

вокруг своей оси.

Этот

опыт

эффектным,

узкой

ной

если

струей

воздуха,

можно

помощью

со

сторону
шланге

вверх.

пылесоса,

стороны

Та~ую

например,

на

нужно

котором

переставить

всасывания

нагнетания,
частично

более

направлен­

получить,

предварительно
шланг

еще

воспользоваться

вертикально

струю

с

будет

а

на

отверстие

закрыть

в

пальцем.

Вначале шарик нужно положить на
струю

воздуха,

тикально

направленную

вверх.

После

можете

раскачивать

вольно

широких

вер­

этого

струю

в

-

пределах;

вы
до­
ша­

рик, как привязанный, будет сле­
довать
какие

за
силы

воздухе,

ния

струей.

удерживают

рассмотрим

воздушной

метричном

(рис.
со

понять,
шарик

картину

струи

при

расположении

Шарик

27).

своей

вает

Чтобы

левой

увеличение

Увеличение

шарика

поток

и -вызы­

скорости

скорости

тече-;

несим­

стесняет

стороны

в

струи.

приводит

к

уменьшению давления в этом месте
по

сравнению

ками

струи,

с

где

остальными
оно

равно

.участ­
атмос­

ферному. Благодаря этому и появ­
ляется

сила,

струи,

которая

оторваться\

направленная

от

не

дает

воздушной

к

оси

шарику

струи.

ЭФФЕКТ МАГНУСА

Все

теннисисты

пинг-цонг

хорошо

и

игроки

знают,

что

в
за­

крученный мяч подвергается дейс't­
Рис.

1..1

вию

значительной

аэродинам:иче-

55

ской

силы,

няет

траекторию

трудняя

которая

полета

\i

Эта формула получена в пред-

изме­

мяча,

противника.

за­

п9ложении,

что

окружающая среда

Этот

лишена вязкости. Однако экспери­

эффект носит имя _Магнуса., У ка­

ментальные результаты оказывают­

занное явление можно

ся

на

игру

сильно

следующем

наблюдать

простом

опыхе.

близкими

значений

Возьмите лист плотной бумаги,
сверните его в трубку и заклейте
край. ЕсЩt теперь такую трубку

линдра,

заставить

сила

скатиться

поверхности,

то

с

наклонной

можно

скорости

ВИД·

планирующий

ци­

четырех

воздуха эта формула

Р

ном ожидаемому.
1

картину

обусловленную

вращения

не превышающей

полет в направлении, противополож­

воздуха,

для

з_аметить,

Для

Рассмотрим

другу

этом предельном случае подъемная
1

тории

совершит

к

скоростей набегающего потока.. в

что при падении трубка знаqитель­
но отклонится от обычной траек­
и

друг

течения

падением

где

сила

длина

вращающейся

.

примет

8,1 v2dl,

.

из~еряется

в

ньютонах,

в метрах.

трубки.
Движение
воздуха удобно рассматривать в си­

силу, созд~ваемую· обычным кры­

стеме координат,

лом

связанной с

ци­

Интересно сравнить подъемную
и

вращающимся

линдром. В такой ~истеме ось ци­

Подъемная

линдра будет неподвижна, а воздух

ляется по формуле

будет набегать на него.

которы~

пояснял

Левая
ха

и

же

рис.

течение

1
2
У= -те yQV S,

возле

сторону

тем

скорость.

самым

цилиндра

движения

вра­

возду­

увеличивает

его

Правая сторона цилинд­

ра враЩается навстречу основному
потоку,

и

в

1

течения

где

S -

площадь крыла,

сУ -

экс­

периментальный коэффициент (для

сторона

в

опреде­

27,

,

шарика.

щается

тем

крыла

·

В качестве иллюстрации можно
воспользоваться

сила

цилиндром.

этом

месте

умен~шается.

наиболее

совершенных

крыльев

.этот коэффициент не превосходит

1,2).

Для сравнения выберем ци­

линдр с той же площадью диамет­
рального

.;жорость

сечения.

Тогда

получим

р

Согласно

у

урав·нению Бернулли давление сле­

ва будет меньше, чем справа. Это

т. е. оказывается, что вращающий­

и

ся

приведет

которая

к

появлению

обусловливает

СИЛJ,Х,

эффект

Магнуса. Величина этой силы опре­

цилиндр

при

·созДает силу в

1О

равных

условиях

раз больµ~ую, чем

крыло.

деляется следующей формулой:

Р=

ПАРУС ФЛЕТТНЕРА

1
Т :лdvv цQl,

·Первая

где

d-

длина,
потока,

диаметр цилиндра,

vVц

скорость
-

ёреды.

56

его

набегающего

окружная

вращеvия цилиндра,

l-

Q-

описанное

попытка

использовать

преимущество

ро.тора

была сделана Флеттнером~ который

скорость

предложил

плотность

щающиеся

использовать
цилиндры

вместо

вра­
пару­

сов. Для этой цели он переобору-

довал

· большой парусный корабль
водоизмещением 778 т. ВмеGТО па­

ЛЕТАЮЩИЙ АВТОМОБИЛЬ

русов были поставлены две ро1'ор­
ные башни высотой 18,5 м и диа­

Укажем еще на одно возмож­
ное

метром 2,8 м. общая площадь их

линдра.

диаметральных

тально,

1О

раз

сечений

меньще

была

площади

с корабля парусов.

в

снятых

Как показали

ходовые .испытания, роторы Флетт­
нера

по

своим

динамическим

ка­

чествам не уступали парусам. В то

же время по простоте обслужива­
ния

они

значительно

·

последние.
что

на

Измерения

вращение

довалось в

превосходили

50

показали,

роторов

расхо­

раз меньше энергии,

чем получалось от ветра' (рис. 28).
Чем Же объяснить, что несмот~

применение

вращающегося

Располdженный

такой

цилиндр

ци­

горизон­

во

встреч­

ном потоке воздуха создает боль­
шую подъемную

силу.

К то из нас не мечтал об а~то­
мобиле, который мог бы подни­
маться в воздух? Такой автомобиль
обладал бы неоцениr.Iыми преиму­
ществами
как
перед обычными
«земными» автомобилями, так и
перед

современными

самолетами.

Стоял бы такой автомобиль не на
специальном аэродроме,

а во дворе

дома или в гараже. В любой мо­

ря на такие большие достоинства,

мент

корабли с парусами Флеттнера не

влиться

получили

Но во.т вы разгоняетесь до скорос­

нения?

до

сих

пор

распростра­

Это объясняется

парусный

корабль

теплоходом,

был

движение

тем,

что

вытеснен

которого

в

меньшей стецени зависитгот капризов

природы.

Хотя

в

1

последнее

время в печати появляются· сооб­
щения о целесообразности исполь­
зования

энергии

ветра

для

дви­

ти

вы

можете

в

60-70

сесть·

уличный

в

поток

него

и

машин.

км/ ч и отрываетесь от

дороги. Теперь вам не нужна доро­
га,

вы

можете свернуть в поле,

пе­

релететь через реку, снега и болота.
Произведем

расчет

роторного

крыла для такого автомобиля. Вес
автомобиля примем равным 16000 Н,
минимальную скорость

v= 18

м/с,

жения кораблей. И при этом вновь
вспоминают об удачных опытах

диаметр

Флеттнера.

ной силы, найдем длину цилиндри­

ротора

2

м.

Подставляя

эти данные в формулу для подъем­

ческого крыла l~2 м. Таким обра­
зом,

размер

вполне

цилиндра

приемлемым

. получается

для

конструи­

рования автомобиля.

Мы....намеренно выбрали неболь­
шую скорость движения
что соответствует

расходуемая

65

( 18

м /с),

км/ ч. Так как

мощность,

необходи­

мая для движения, пропорциональна

кубу скорости, для нашего автомоби­
ля не понадобится большей мощно­
сти. Кроме того, автомобиль не бу­
дет нуждаться в специальном сред­
стве

создания

Конечно,

тяги.

такой

автьмобиль

можно применять только для поле­

Рис.

28

тов на малой высоте.

57

цилиндр

рой распространяется звук в самом

имеет большие поперечные разме­

узком сечении трубы. Никакое уве­

ры,

личение

Поскольку
его

несущий

внутренность

можно

ис­

пользовать как фюзеляж для раз­
мещения

багажа.
во
а

пассажиров,

В

этом

вращение

можно

цилиндрическую

не

приводить

тив трубу расширяющимся участ­

сам

ротор,

решетку,

охва­

ком,

можно

усилий

видеть

«падающие

часто

звезды».

дополнительных

Такое

устройство,

щведским

инженером

Лавалем

результате

теоретиче­

и

газа.

сверхзвуковую

полученное

ских

вечерами

без

получить

скорость

МЕТЕОР СГОРАЕТ В ВОЗДУХЕ

можно

позволяет

Самое удивительное, что нарас­

тывающую несущий цил_индр.

Августовскими

не

и

двигателя

случае

давления

превзойти этот рубеж.

в

экспериментальных

дований,

называется

иссле­

«соплом

1

валя».

Ла/

На черном бархате неба, усеянном
алмазными блестками, вдруг появ­

ся медленно, то воздух,

ляется ослепительная огненная точ­

расступается

ка. Прочертив на небосводе корот­

огибает ·тело и за кормой смыкает­

кую

ся в сплошной поток. А если тело

яркую

полосу,

Теперь

каждый

что

не

это

исчезает.

школьник

звезды,

метеориты,

она

а

которые

знает,

своем

перед

как и вода,

ним,

плавно

движется со сверхзвуковой ·скоро­

или

стью? Тогда возмущения, вносимые

пути

телом, не успевают отойти от него

метеоры

на

Когда какое-либо тело движет­

встречают атмосферу Земли.

и воздух

в

носовой части

сжима­

Что же происходит, когда мете­

ется. В этом процессе важную роль

ор с большой скоростью входит в

и:Грает отношение скорости движе­

плотные слои атмосферы?

ния

пор

мы

рассматривали

с·жимаемой

жидкости

движения

воздухе,

в

До сих

течение

или

не­

та~ие

которые

поч­

ти не приводят к его сжатию. Что­

к скорости

звука,

которая

при

обычных условиях равна 340 м/с.
Это отношение названо числом 'Ма­
ха,

по

имени

немецкого

исследова­

теля.

бы ответить на поставленный воп­

При сжатии воздух, как извест­

рос и дать объяснение многим дру­

но, нагревается. Вычисления пока­

гим явлениям, нужно учесть свой­

зывают,

ство воздуха сжиматься,

со

этих

случаях

играет

которое

в

существенную

что

скоростью

Рассмотрим течение воздуха в

движении

звука

та

нагрев

сужё}ющейся трубе. Так как через

гает

любое сечение за единицу времени

число Маха равно

400°

60°

сверхзвукового

ТУ -144

воздуха

С. Для
самоле­

дости­

С. А в том случае, если

10,

нагрев дохо­

протекает одно и то ~е количество

дит до

воздуха, то по мере сужения трубы

ры,

скорость воздуха увеличивается. В

известные в природе вещества.

. понижению

давления

холодной воды.

и

кипению

Воздуху эта опас­

вить,

что

плотные

чины

метеоры

в

окружающей

ется,

58

увеличить

только

до

трубе?

скорость

Оказыва­

величины,

с

кото-

испаряются

происходит,

ческие тела

ность не угрожает. До какой вели­
можно

С, т. е. до температу­

которой

все

Эти 'цифры позволяют предста­

воде увеличение скорости приводит
к

6000°

при

тела

темш;ратура

воздуха повышается на
советского

роль.

при

и

слои

когда косми­

корабли

входят

атмосферы.

сгорают,

не

в

Малые

достигнув по­

верхности Земли. Крупные (их тог-'
да

называют

метеоритами)

-

рас-

плачиваются

тем,

что

оставляют

в

воздухе свою большую часть.
Как

же

спасти

пературы

испарения

Чтобы понять, как же все-таки

космический

сохраняется

температуры? Напомним читателю,

ловиях,

что эта проблема являлась серьез­

опыт.

ным препятствием на путИ

капните водой.

освое­

корабль

слегка

жет

на

венные спутники

рез

несколько

лись

достаточно

цы

тех

пор,

атмосферы.

Земли существопока

они

далеко

Как

находи­

от

только

приближались к Земле с
нием

вернуться

грани­

туда,

они

намере-

откуда

они

вышли, Земля принимала их в свои

настолько горячие объятия, что они
тут же

ние

сгорали,

послав

свои

радиосигналы:

послед­

«бип,

бип,

бип, ".».
жен только после того, как были
созданы настолько мощные ракеты,
что

они

могли послать

на круговую

орбиту спутник боЛ:ьшого веса, ко­
торый имел на борту тормозные
двигатели

и

запас

топлива

к

ним.

таких

следующий

нагретый

Капля

поверхность

ус­

утюг

плотно ля­

утюга

секунд

и

че­

испарится.

Теперь нагрейте утюг до самой вы­
сокой

температуры,

восходящей

намного

температуру

воды.

Казалось

капля

испарится,

пре­

кипения

бы,

что

теперь

едва

коснувшись

утюга. На самом деле она будет
долго «бегать» по его поверхности.
Этот эффект объясняется тем,

1

что

между

утюга

Вход в атмосферу стал возмо­

в

проделайте

На

ния космоса. Все первые искусст..:
до

извест­

ных на Земле веществ.

корабль от действия столь высокой

вали

всех

слой

и

пара,

каплю

горячей

каплей

от

поверхностью

воды

который
действия

появляется

и

защищает

высокой

тем­

пературы. Такой же способ защиты
принят и для космических кораб­
лей. Носовую часть корабля по­
крывают толстым слоем ~акого-ли­

бо вещества с малым коэффициен­

Кроме того, на корабле должна
быть сложная система ориентации

том

и

скрытой энергией испарения. При­

система

автоматического

управ­

теплопроводности,

температурой испарения и большой

ления. По сигналу с Земли или по

меняемые

команде космонавта корабль пово­

температурах

рачивается

так,

дого

тормозных

двигателей

ются

в

сторону

включения

эти

что

сопла

его

направля­

движения.

двигатели

После

начинают

затормаживать корабль. TaJ< как
для
полной
остановки
корабля
понадобилось бы столько же топ­
лива,

сколько

и

для

разгона,

то

высокой

покрытия

при

высоких

переходят

состояния

в

из

твер­

газообразное,

минуя жидкую фазу.

Такое

испа­

рение называется абляцией. Покры­
тие

своими испарениями

защищает

корабль от действия высокой тем­
пературы.
СМЕРЧ-ТОРНАДО

торможение осуществляется только

на некоторую величину.

При этом

корабль сходит со своей околозем­
ной орбиты и входит в атмосферу,
имея

уже

несколько

меньшую

Знает

ли

читатель,

что

такое

смерч-торнадо?
Здесь нужно сказать несколько
слов по поводу терминологии. В со­

скорость. Однако космический ко­

ветской

рабль

требляется термин «смерч» приме­

ся

от

ются

.или
него,

капсула,
все

отделившая­

равно

аэродинамическому

подверга­
нагреву

до температур, превосходящих тем-

научной

нительно
ским

к

двум

процессам,

~равда,

некоторое

литературе
разным
которые

упо­

физиче­
имеют,

сходство.

Пер-

59

-

вый

это

процесс,

восходящими

вызываемый

потоками

воздУха

над сильно нагретой поверхностью

Земли.

Некоторая

куляция
смерча

начальная

воздуха

приводит

на
к

вихревое облако с наклонным или
вертикальным
столбом
самого
смерча-торнадо.

цир­

периферии

заметному

вра­

Детальное описание внутренней
полости

из

смерча

штата

дал

Канзас

один

фермер

Стоя

[ 11] .

во

щению вблизи.центра, создавая об­

входе в убеж~ще, он наблюдал за

щее

винтовое

приближающимся по равнине смер­

ное

вверх.

хватывает

течение,

При
с

направлен­

этом

земли

~оздух

пыль,

за­

что

и

чем.

Вблизи

воронки

от

смерча

убежища

поднялся

конец

над

зем­

обусловИло его английское назва­

лей

ние

«Большой лохматый конец воронки

(пыльный

dust devil
«Пыльный

дьявол).

дьявол»,

несмотря

и

повис

прошел
прямо

над

над

фермером.

моей

головой.

представ­

Кругом все неподцижно. Из конца

явление,

воронки шел скрипящий, ш11пящий

которое имеет хорошее физическое

звук. Я взглянул вверх и, к 'своему

и

удивлению,

на

свое

ляет

грозное

собой

имя,

безобидное

математическое

описание.

Э1 ого

увидел

само

сердце

не скажешь о другом смерче, кото­

смерча. В его середине была по­

рый в западной литературе

лость

назы­

вается «торнадо». О нем-то, и пой-

Торнадо зарождается из мате-.

ринского

или

спускается

смерчевого

вниз

до

облака,

Земли

в виде

длинного хобота, внутри которого
воздух совершает быстрое враща­
тельное

около

разованы вращающимися облаками,

а сама она была освещена не­
прерывным блеском молний, зигза­
гом перескакивавших с одной сте­
ны

на другую.

По;iость была со­

вершенно пустой, и только туман­

достигающей

скорости

ны~ образования двигались вверх и
вниз.

Материнское облако, представ­

ляющее собой маленький тропиче­

.

имеет

котором

так

называемый

стоит

мертвая

тишина,

двигался

медленно,

и у меня было время хорошо уви­
внутри и

снаружи».

Внутренняя полость смерча, как

.

глаз,

Смерч

деть все

ский ураган, как и настоящий урав

расстояние

скоростью,

звука.

ган,

на

шед­

со

движение

иногда

кверху

м,

30-70

· километра. Стены полости были ·об­

.

дет речь ниже.

шая

диаметром

fJTO

показали

блюдения

и

многочисленные

измерения,

на­

обладает

и обладает спиральным строением.

резко пониженным давлением. По-

Если смерчевое облако имеет боль­

этому,

шие

запертым

размеры,

оно

практич~ски

жится

на

Землю,

чается

от

циклона.

циклон

приводит

и
к

ло­

домом

соприкасается

с

закрытыми

с

ок­

отли­

нами, дом буквально взрывается~ и

Очень

часто

целые стены вываливаются наружу.

Резко

появлению

гладкие

ограниченные
плотные

почти

стенки

воронок
1

смерчевого

представляют одно из важнейших и

облака невелики: в поперечнике
5_..:_ 1О км, высота 4-5 км. Расстоя­

своеобразных свойств смерча. По­
видимому,

ние

смерча

между

размеры

она

мало

торнадо.

Средние

~

когда

Землей

и

верхним

краем облака порядка нескольких
сот метров, реже больше.
В смерчевом обла'ке, как' прави­
ло,
наблюдается
горизонтальное
60

его

именно

этим

объясняются

свойством

некоторые

проявления.

В

Канзасе,

этой

стране

смер­

'чей, 9 .октября 1913 г. смерч про­
шел по небольшому саду. Он выр-

вал с корнем большую яблоню и
разорвал

ее

на

отдельные

Скорости
смерче

кус­

дороге

ехал

в

по

ный,

проселочной

жаркий,

ломаете.я,

дался
с;екунд

вихрь

гроза.

рости

стало

Телега

и

' 1957

налетел

тихо

фермер

сол­

на

унесены смерчем.

штате

ней

ла

на

в

воздух

и

ферме

форме

же.:лезную

несколько

до-.

груже­

спе~алисты

опре­

км/ч, а порывами до

км/ч. Немного дальше от до­

в этом месте скорость до­

стигала

км/ч.

480

Американский'

метеоролог

ФайWIИ, детально изучивший мно­

улетели.

гие сотни смерчей, еще в

приводил. цифру

ря~ом с ней ведро с молоком.
В штате Оклахома четырехком-'

двухэтажный

и

лений:

Хозяйка осталась сидеть на стуле,

натный

апреля

2

роги была разрушена громадная
и црочная подставка для объяв­

ла корову. Вдруг коровник и коро­
поднялись

измерениям.

смерч

пересекая

210-225

350

в коровнике сидела хозяйка и дои­
ва

исчезает

делили, что скорость ветра достига­

·""

Небраска

косвенным

опрокинул

весу

остались на месте, но оглобля и
две лошади исчезли. Они были
В

всего

ных, очень тяжелых вагонов .. По их

все

и

г.,

рогу,

несколько

вперед,

по

Далласский

когда раз­

Через

ушел

прояснилось,

неЧ:но.

он,

грохот,

вихрь.

чаще

вольно точно высчитывали ЭТ':f ско­

Проснулся

ужасный

а

День был душ­

надвигалась

страшный

один

бесследно. Однако специалИсты до­

Лошади шли шагом и фермер за­
дремал.

ни

запряженной

телеге,

двумя лошадьми.

что

в

мерения скоростей не выдерживает,

он остался невредим.

Фермер

.

столь .велики,

воздуха

из существующих приборов для из­

ки. В метре от яблони стоял улей
с пчелами,-

движения

. цифру

деревянный

он

1300 · км/ч.

получил

следующего

на

г.

1884

Эту

основании

зарегистрированного

дом был унесен смерчем вместе с

факта:

семьей фермера. Дом был разломан
на мелкие куски, вся семья убита.

смерчем, пробивала оконные с.текла

В дом вела невысокая трехступен­

образуя

чатая лест11иаu. _Рядом с ней к до­

лом -стекле.

му

была

прислонена

И

лестница,

и

так

скамейка.

скамейка

мелкая

же,

как

галька,

увлекаемая

револьверные

круглые

пули,­

отверстия

в

це­

•

Знаменитый в Америке Ирвинг­
ский

остались

смерч,

который

появился

на месте. Малd этого: недалеко от

30

лестницы стоял старенький фордик

среди многих разрушений уничто­

и

жил

новый

ной

75

под

деревом

керосиновая
ны

смерч

на

столе

лампа.

вырвал

горевшая

У 'автомаши­

два

задних

мая

стальное

ко­

леса, но кузов остался, Керосино­

воздухе

вая

с

лампа

будто

продолжала

рядом

гореть,

н~какого

как

бешеного

.

В

СССР

августа

лавской

1953

во

время

смерча

23

г. в г. Ростове. (Ярос­

области)

во. дворе

1
·рядом

кадка

мост

Подняв
и

улице

ведро

остались

и

на

дере­
месте.

дли­

громадное

сооружение,

изогнула

Кан:iас,

воронка

закрутила

силой~

.Вся

превратилась

·в
его

струк­

в

плот­

1,5-2

м.

Перечисленные примеры свиде­
тельствуют о сверхзвуковой скоро­
сти

движения

О

вянная

Февральской

дома

~

колодца снесло деревянный · сруб,

. стоявшее

м.

моста

(1200

а

по

штате

ный сверток диаметром

у

No 37

в

железный

невероятной

тура

вихря и не было.

г.

1879

воздуха

в

км/ч).

большой

свидетельствуют

скорости
другие

воронк~
f

смерча

многочис­

ленные факты.

61

2;

Рис.

После

смерча

деревянного

дома

Рис. Зu

стена

оказалась

ткнутой насквозь доской.
много

когда

толстые

соломин~и

доски,

деревья

(

слу­

а

лист

вращения

палка

толщиной

дователь

своем

скорости

дают

разные

Американский

Бруке

обзоре

иссле­

(Brooks, 1951)
смерчей

в

называет

период

сущест­

Колонноподобные и воронкооб­
разные смерчи наиболее многочис­
л~нны

и

типичны.

Хотя

и

ко

практически

Такой
лона

смерч
разве

катится

по

отличается
что

от

ланный с фотографии рис.

1955)

грамм

на

основании

определяется

кино­

скорость

1200 км/ч, равная скорости зву­

цик­
но

в

отличие от циклона обладает боль­

В

lah,

земле.

размером,

шой плотностью энергии

поздней

реже,

но бывают смерчи с очень короткой
колонкой, когда материнское обла­

максимальную скорость

более

720 км/ч.
работе (Abdul-

Тонкие

изогнутые формы обычно хара~те­
смерча.

сосновая

и

положение.

вования

железа

редки

вертикальное

преимущественно

протыкали

измерения

результаты.

диаметр;

конечный

около сантиметра.

Точные

лый

ризуют

щепки

29),

зований; значительная длина и ма­

протыкали

см. сделанный с фотогра­

рис.

пробила

про­

Имеется

зарегистрированных

чаев,

фии

одного

Раньше

считалось,

(см. сде­

30).

что

смерч

является че~-то обособленным, су­
ществующим

независимо

от

ма­

да материнское облако . опускается

теринского облака. Сейчас доказа­
но, что смерч. и .облако представ­

на

ляют

ка и выше. Интересны случаи, ког­
Землю,

воронка

отсутствует

совсем и облако медленно ползет по
Земле.

вые

можно

выделить

смерчем

атмосферой,

что

четкая
и

устойчи­

граница

неподвижной

сильно

отличает

смерч от других воздушных обра-

62

вихре­

Когда воронка касается Земли,

особенности:

ме~

единого

вого движения.

,..

Формы смерчей очень разнооб­
разнь4 но при всем этом разнооб­
разии

элементы

у ее подножья почти всегда обра­

зуется облако или столб пыли или
водяных брызг.· Этот столб назы­

вают

каскадом.

Один

из

наблю­

дателей отметил, ·что пыль и мел­
кие

предметы

маются

в

каскаде

совершенно

так

же,

подни­

каI<.

и

облако и в горизонтальном вихре
переносились

на

десятки

километ­

ров и больше.
Пересекая большие реки или
озера, смерч-торнадо образует в
толще воды глубокую траншею.

Именно такую картину набщодали
свидетели

московского

года.

1904

Своеобразной
смерчей
ние».
ние
и

Рис.
при

ударе

поливке

31

воды

из

улицы.

поднимается
метров,

на

как

на

внешнего

при

каскад

несколько

сот

воспроизводящем

фотографию рис.
чие

шланга

Иногда

31.

Только нали­

вихревого

смерча

особенностью

является

Пройдя
по

их

«прыга­

некоторое

Земле,

они

перемещаются

расстоя­

по;цнимаются

по

воздуху,

не

касаясь Земли и

не вы:зывая дви­

жения

на

воздуха

Именно

в

такие

дились

наблюдения

фирование

поверхности.

моменты

и

фотогра­

внутренней

полости

смерча,, Затем смерчи
каются

и

прово­

снова . опус·­

продолжают

движение,

течения

оставляя после себя пунктирную
линию,
образованную
разруше­

воды в

ниями.

может объяснить подъем

и

Наиболее тщательная регистра­

время существования смерчей весь­

ция и изучение смерчей проводится

ма отличны от

каскаде.

ского

Скорость перемещения
поведения

материн­

в Соединенных Штатах. За период

Средняя

скорость

с 1916 по 1950 годы наблюда­
лось 5204 смерча. От них погибло
7961 человек. Материальные убыт-

облака.

перемещения

смерча

км/ч.

40-60

равняется

Время

существо­

вания смерчей, зарегистрированных

.ки составляют

в

ларов. В более позднем обзоре про­

Соединенных

лется

7

от

Штатах,

нескольких

колеб­

минут

до

часов.

наименьшей

шириной,

иногда

миллиарда дол­

водятся данные вплоть до
Количество

Змееподобные смерчи обладают

0,5

1961

г.

зарегистрированных

смерчей равняется

11 053.

Средне­

годовое количество смерчей

в пе­

риод с

1953

на воронкообразных смерчей рав­

1963 годы равняется
595. Однако в 1957 г. их было 864, а

няется

в

1965

г.-927.

В

странах,

несколько метров.

350-400

Средняя
м,

достигает

несколько

иногда

км.

1,5

шири­

а

высота

сот

метров,

высоких

Интересно влияние смерчей на

в

·

по

лежащих

широтах,

европейских

и

в

в

более

том

. СССР,

числе

смерчи

небольшие водные массы. Описы­

образуются реже, обладают мень­

вается

шей

ряд

случаев,

вьiсасывал. до

дна

когда·

смерч

колодцы

глу­

разрушительной

гистрация

их

силой

и

осуществляется

ре­
не

биной около 10 м, небольшие озера
и • болота осушались полностью.

столь ·тщательно, как в США.

Их вода вместе с

описаний можно видеть, что неко­

рой

поднимались

фауной
в

и фло­

смерчевое

Даже

торые

из

приведенн~х

физические

выше

эффекты,

со-

63

Верхняя ступень

ggo

·,
ffuжн1111 ступень

8360

t·•

Рис.

32

про:вождающие торнадо, не уклады­

сыпучие

ваются

мог бы найти применение и в че­

ния

в

привычные

механики·

представле­

жидкости

и· газа.

воздушного

столба

с

Попытаемся разобраться ,в ме­
ханизме смерча-торнадо. Для этого

большой скоростью? Почему хобот

обратимся

к

рис.

спускается вниз, с силой ударяется

мы взяли

из

~ниги

о

кина

землю

сосет
чему

и

воду

эту

же

и

в

воДу

существует

массой

же

.

время

вверх?·, П~­

резкая

\

между вращающейся

ной

то

и

граница

.

неподвиж-

воздуха?

Почему

Качественное объяснение этих
эффектов

на

Материальным
1
ск,им

основе

извест~

з7"

который

Д.

В.

Налив­

[11].
источни_ком

смерчевое

или,

и

энергетиче'
является

смерча

как

его

еще

вают, материнское' облако.

вся~ое

смерч «прыгает»?

по-аидимому,

ловеческой практике.

Действительно, каков механизм

вращения

материалы,

назы­

Как

и

облако,
оно
возникает
восходящему
ш~току,

благодаря
который

подн'имает тепльiй

влаж­

нам законов гидродинамики кажет­

ный воздух. Отличие состоит лишь

ся

в том, что смерчевое облако обя­

совершенно

необходимым

для·

душевцого

комфорrа

всякого спе­

зательно

вращается.

-циw:tиста.

Человеку,

далекому

1часть

движется

от

его

науки,. по-видимому, следует объ-

до

яснить, что душевный комфорт уче­

кается

ного является ·таким

охлаждению

тельным

мотивом

же

побуди- .

научных

иссле­

инверсионного

по

и

тики:

опускаться

последних.

Вы­

доходит

и

расте­

Благодаря

конденсации

влаги

плотность воздушных масс быстро
увеличивается,

о

вверх,
слоя

горизонтали.

дований, как и потребности прак­
Кстати,

Центральная

и

они

начинают

вниз.

Так

воз.никает

явление механизма торнадо, быть

нисходящий поток, который, встре­

может,

чаясь

позволит

воздействия
его

найти

для

разрушительного

Искусственно

средства

с

восходящим,

образует

уменьшения

вращаiощиеся кучевые облака. Дви­

действия.

жение и форма смерчевого облака

созданный

управ­

таковы,

что

некоторые

исследова­

ляемый воздушный вихрь, способ-·

тели их называют маленькими ура­

ный всасывать и транспортировать

гаю1мм:.

64

Вращающаяся

тороидальная

масса воздуха обладает достаточ­
ной устойчивостью, чт~бы сохра­
нять

свою

Однако
маги

форму

плотность,

из

«проливаться»

В

вокруг

ОКJ?ужная
по

ее

с

метру.

теперь
смерча.

сохра­

количества

скорость

мере

оси.

тем

в

течения

части

соответствии

туры

с

течения

позволили

вихреВJ;йМИ

31,

ной

изотропной

ния

воронки

она

могла

основа­

достигать.

вытянутыми

среде"

какой

яв­

виде

нитей

зования

в

придают

вихревых

новые

неожиданные

свойства.

Всем хорошо известно, что вра­

тело

сохранять

вращения

и

лам,

которые

ось.

На

ские

24Q м/ с. Таким образом~ экстен­

обладает

свой-

направление

препятствовать
пытают~я

этом

оси

си­

наклонить

принципе

угловых

у

весь

обра-

равнялась

то

· камере

что

ляется воздух, структурные

гироскопические

м/с,

вихревой

нитями,

если скорость вращенмя в облаке

10

ин­

вдоль основного течения. Однород­

ством

рис.

нас

поток воздуха образован тонкими

воздуха

диа­

в

установить,

щающееся

узкую

которые

Подробные исследования струк­

воронке

в

.

условиям,

тересуют.

движе­

пропорционально
В

как

завихрен­

законом

широкой

обратно

струи,

воронка

момента

растет

струи.

вертикальной

возникает

ния

начнут

вращаться

соответствии

из

Э'!:И

носители

будут

нения

облака

что

материальные

Так

увеличить

огромные

Естественно,

ности,

конденсация

настолько

что

к

положение.

обильная

может

уже

и

в вихревой камере весьма близки

основаны

компасы,

перемещений

датчи:t<.и

и

дет­

волчки.

Вихревая нить представляет со-.

сивный источник энергии восходя­

бой

щих· дотоков благодаря воронке ·вы­

щающейся массы воздуха. Каждый

зывает

отрезок

интенсивное

вращение

н_е­

Большая

центробежная

воздуха,

сила

разрежением

возникающим

на

нити

объем
можно

быстровра­
рассматри­

вать как маленький гироскоп, оба

которой части исходной масtы.

уравновешивается

вытянутый

оси

конца оси которого гибко соеди­
нены

с

осями

смежных

гироско­

пов.-

естественным

Такая схема позволяет объяс­

образом выполняется на всей длине

нить наблюдаемое поведение оди­
ноЧной вихревой нити, когда она
под действием боковых сил при­
обретает винтовую геометрию и

смерча.

Это условие

смерча,

он

не

кроме

лежит

выполняются

на

нижнем

его

на

конца,

земле.

условия

конце

А

если

как

равновесия

воронки,

почему

она удлиняется?

Чтобы ответить на' этот и дру­
гие

к

вопросы,

мы

.,

рассмотрению

факт,

должны

один

наблюдаемый

камерах..

Такие

примечь

интересный

в

вихревых

камеры

подвер­

гаются интенсивному исследованию

по причине особого практического
интереса.

На их

циклонные

топки,

сепараторы,

fl.ИКИ

5.

и

т.

основе делаются

центробежные

вихревые

д.. Условия

В. И. Мерк.улов

холодиль­

движения

вращается

как

твердое

целое.

Две или больше вихревых .нитей
благодаря
взаимодействию
вра­
щаются вокруг общей оси - водят
хоровод.

Подробные вычисления показы­

вают, ч;о воздушный столб, ·об­

разова.нный
набором
отдельных
вихрей,
обладает
упругостью и

ведет

себя как резиновый, жгут.

Момент,

концу,
дается

приложе~ый

к

одному

благодаря закрутке пере1
без изменения на другой

65

конец,

угловая

скорость

тоже

сохраняется. Гран~щ1 раздела меж­

ду

быс.тро

смерча

и

вращающейся
неподвижной

массой

окружаю­

щей средой,
обычно
неустойчи­
вая, будет сохраняться.
Сделав

столб

предположение,

смерча-торнадо

что

состоит

из

рим

«почти»,

не

так

как

совершенно

на

термодина-

остановились

. мических,
других

электростатических

возможных

процессах,

провождающих торнадо.
го,

мы

что

неучтенные

ют

набора вихревых нитей, ;мы можем

на

и

молчаливо

со­

Более то­

предполагали,

процессы

не

влия­

сделанные выводы.

Теперь самое время обратиться

дать объяснение некоторым его фи­
зическим особенностям, которые не

к

псщдавались объяснению.

дей, которые живут в зоне возник­

Хотя

мы

смотрением

возможному

менению

практическому

наших

знаний.

при­

Для

лю­

ограничились

рас­

новения

смерча-торнадо,

есть

их разрушительному действию, по­

смерчей

и

подвергаются

необходимость коснуться и смер­

видимому,

ча-пыльного дьявола. Дело в том,

ческим результатом было бы пре­

что.

дотвращение или уничтожение тор­

исследователи

торнадо

неод­

нократно наблюдали, как навстре­
чу

опускающейся

мой

благодаря

влаге

воронке,

материнского

облака,

под­

н11мался от земли другой .смерч

-

Поскольку

надо

ко,

то

его

вратило
смерча.

при

должен

периодических

надо

от

земли.

низм

торнадо,

сали

выше,

отрывах

Весь

тот

который

меха­

мы

сохраняется

или

сутствие
v

не и

части

рый

дьявола

тор1;1адо,

этим
и

иногда

из

~

ни,ж-

по-видимому,
состоянием.

можно

чехол

при­

--

типичным

Именно
каскад

при

Посто­

периодическое

пыльного

является

опи­

и

наличии пыльного дьявола.
янное

тор­

объяснить

пыли,

одевается

в

кото­

столб.

Не­

которые изменения окружной и· ра­

диальной
надо

скоростей

находятся

с другими

вблизи

в

тор­

противоречии

данными

о

скачке

ок­

бы

подходящим
щим

циальных
ча,

может

ным

Итак,
почти

всем

торнадо,

законы

66

мы

нашли

видимым

используя

объяснение
проявлениям

известные

гидромеханики.

Мы

влаги

оказаться

-недостатком

и

выпаде­

предлагаемого

Поэтому

смотреть

возможность

вия

смер­

существен­

способа.

следует

на смерч после его

рас­

воздейст­
формиро­

вания.

Из

р~ссмотренного

видно,

что

воронка

осуществляется

энергии

смерчевого

щего

момента

облака,

воронки

ликвидации
и

к

через

передача

нагруженной

Разрушение
к

описания

смерча,

которую

приведет

дьяволом.

вызываю­

родоначальников

смерча.

пыльным

облака

ние дuждя, обеспечит достиже­
ние цели. Потребность в обработке
больших объемов облаков, потен­

сняются, если принять, что нижняя

дополнена

предот­

смерчевого

конденсацию

ляется самой

была

обла-

возникновение

реагентом,

ружной скорости', но хорошо объя­
часть

и

и
тор­

смерчевое

уничтожение

Обработка

возникать

источником

является

ря захваченной им пыли. Тем более
смерч

материальным

энергетическим

пыльный дьявол, видимый благода­
такой

главным .практи­

надо.

види­

конденсированной

самым

яв­

частью

смерча
крутя­

остановке

и

исчезновению вихря. Такое разру­

нам

шение можно обеспечить путем на­

гово-

рушения равновесия между центро-

бе.жными

силами

давления.

Для

в

центре

кое-то

и

градиентом

этого

воронки

достаточно

выпустить

количество

массы,

ка­

тепла

Физическая
низма

бах

торнадо

позволила

са,

гания

устройство

или

доставки

топлива

вещества

в

устье

взрыва.
и

Для

взрывчатого

воронки

можно

воспользоваться транспортирующей

способность~ смерча. Он сам всо­

в

малых

бы,

меха­

масшта­

по-видимому,

сконструировать новый тип пылесо-:.

и радиального .импульса путем сжи­

топлива

реализация

погрузочное

для

и

разгрузочное

сыпучих

материа­

лов,
хлопкоуборочную
машину
большой
производительности
и
тому подобные машины.
Да.же

одного

рассмо,..ренного

нам достаточно только осуществить

смерча-торнадо достаточно, чтобы
убедиться в бесконечном ·разнооб­

дистанционное

разии

сет

и

взрыв.

5*

поднимет

нужное

вещество,

воспламенение

или

физических

природе.

эффектов

в

ВЯЗКАЯ JКИДКОСТЬ
НЕ ПОМАЖЕШЬ

Обязательной
принадле~ностью старинных телег было ведерко

-

НЕ ПОЕДЕШЬ

с

За давностью лет трудно уста­
новить,

кто

первый

ввел

в

упо­

требление это правило. Это могли
быть русские купцы, которые на
пути

из

варяг

преодолевали

северными

в

греки

водораздел

реками

и

мя

делались

Оси в

то

деревянными,

вре­

и

без

обил'ьной смазки быстро перетира­
лись. Легко представить,

как ста­

рый, умудренный опытом возница,

волоком

смазывая очередной· раз ось теле­

между

ги, говорит своему более молодому

Днепром.

Чтобы уменьшить силу трения, они
смазывали деревянные брусья, слу­
жившие рельсами, салом.

68

колесной ·мазью.

товарищу:

помажешь

-

не

по­

Так или иначе, эта пословица
появилась

/

не

едешь.

давно,

но

она

не

поте-

ря:Ла

своего

Всякое

и

значения

смазки

деталей

трущихся

Строго

сейчас.

. подвижных

сопряжение

неподвижных

и

жидкости

поверхностей.

няется

летворять

дущих

Процессы,
между

жидкость?

протекающие

в

подвижными

и

газы

тем,

во

примерах

гидродинамики

деталями,

всех

роль

есть

которых

ческие

именно вязкость.

про­

преды­

вязкости

главную

процессы,

роль

в

играет

О них-то сейчас

и пойдет речь.

цессы.

Так, ·образование и сохранение

на

вяз­

бы:ла невелика. Однако в задачах

зазоре

гидромеханические

реальные

являются

что

можно условно разбить на физи­
и

все

кими, хотя до сих пор мы обходили
молчанием этот факт. Де.~ю объяс­

требует

Каким требованиям должна удов­
смазочна,-

говоря,

твердой

поверхности'

Проявление

тонкой

вязкости

пр~ще

масляной пленки, которая не исче­

всего обнаружить простым прибо­
ром, который изображен на рис. 33.

зает

Внутрь

даже

под

давлением

в

вертикально

расположен­

1ООО Н / см ,. относится к физике

ного

поверхностного слоя. Легко понять,

Между

что присутствие такого слоя умень­

зазор. Внутренний цилиндр подве­

шает

шивается

2

износ

сопряженных

поверх­

цилиндра

ними

ностей в момент трогания и оста­

кладине

новки

внешний

механизмов.

вода,

слоя
же

керосин

или

не образуют.
явлениям

процесс

воздух

К

следует

за

присадок,

зочную
уместно

между

· Здесь

заметить,

что

прием давно и успешно

другой.

небольшой

горизонтальной
тонкой

цилиндр

а

укрепляется

с

подшипников

цилиндрами

пере­

проволоке,

и

привод от электромотора.

и

имеет

В зазор

наливается

ка­

кая-либо жидкость. Если внешний

металличе­
в

на

помощью

трущихся

вносимых

жидкость.

такого

отнести

счет

·

что

физическим

восс·тано.вления

поверхностей
ских

Отметим,

к

вложен

имеется

цилиндр

привести

некоторой

сма­

во

вращение

постоянной

с

скоростью,

будет

то внутренний цилиндр будет увле­

такой

каться

ну.

использует

жидкостью

Однако,

же

стQро­

удерживаемый

в

ту

закру­

живая природа. Жидкость, которая

ченной проволокой, он остановится

сма;зывает

в

суставы,

и

материал

некотором

положении.

самих суставов имеют одинаковый
состав.

В процессе износа поверх-

,

ность сустава восстанавливается за

счет смазочной жидкости. Этим в

Значительной степени об~яс~яется
большой

ресурс

живых

механиз­

мов и такой общий для живой
природы
при:нцип:
чем
больше
движения,

тем

лучше

для

орга­

этой

книги

низма.

мы

Однако

в

должны

ограничиться

рением

только

процессов,
движения
щих

рамках

при

т.

гидродинамических
е.

жидкости
этом

рассмот­

сил

рассмотрением
и

возникаю­

инерционного

и вязкого происхождения.

Рис.

33

69

Рассмотрим течение жидкости в
малом

зазоре

между

пать

к

чае,

ее

способность

стенке

если

даже

цилиндр

в

слу­

изготовлен

водоотталкивающего

·

прили­

том

он

из

материала.

движущимся

ром, а с другой
подвижным
тате

цилиндром.

устанавливается

зазора

В

резуль­

для

малого

распределение

мало отличающееся

По

углу

реннего

от

подняться

сует

и

при

смазочную

на

радиус

силы

рую

~линдра

то

и

касательного

обозначим

того,

введе~

трения,

буквой

цилиндрами

окружной· скорости

Кроме

и

vн

для

вращения

на­

цилиндра.

согласно

тельного

которой

трения

сила

каса­

определяется

по

следующей формуле:
VH
т=

µ -

где

ни

от

скорости,

зазора.

Она

ческие

свойства

жидкость.

такого

подшип­

динамическая

жидкости,

вязкость

оо

вращения

угловая

шипа,

шипом

h

и

подшипни­

ненагруженном

состоянии,

радиус шипа.

Анализ
дать

этой

очень

формулы

много

конструкции

и

для

может

понимания

механики

процесса

смазки.

Первый вопрос, который мож­
но

поставить:

какой

вязкостью

должна обладать смазочная жид­
кость'! Чем больше µ, тем боль­
шую

нагрузку

ник.

Однако

приведет

к

выдержит

подшип­

увеличение

вязкости

большому

моменту,

от

Ньютона

Тогда,

величины

жидкости

зывается динамической

М = 2лµR 2 оо / h.

зависящая

характеризует

Гипотеза

себя

как это следует из формулы

не

ни

под

который тормозит вращение шипа,

µh,

констан.та,

подминает

между
в

R -

h для ·

Ньютон с форму лир овал гипоте­
зу,

ком

пло­

кото­

т.

µ -

зазор

его

подшипника

F = 12лµR 3 oo/h,

опре­

мо­

препят­

ника определяется формулой

скорость

величину

обозначение

зазора между

ружного

на

изогну­

чему

нагрузка

смазочной

, получим

мы

по

Несущая способность или допу­
стимая

внут­

мент. Если этот момент разделить
щадь,

этом

где

на. него

вверх,

поверхности

линейного.~

можно

действующий

по

скоростей,

закручивания

цилиндра

делить

цилинд­

тормозятся не­

-

катиться

ствует нагрузка. Шип как бы бук­

Прилипшие слои, с одной стороны,
увлекаются

начинает

той стороне подшипника, стараясь

цилиндрами.

Основной чертой вязкой жидкости
является

и

физи­

идти

и

h?

на­

вязкостью.

оказалась

ние

по

може:r
пути

следует

уменьшения

Действительно,

выбрало

Гладкие

быть,

машинострое­

именно

шейки

зазора

этот

коленчатого

путь.
вала

справедливой поч.ти для всех жид­

двигателя

костей. Описанным

зажатые между баббитовыми вкла­
дышами, образуют подшипник с

торый

называется

Куэтта,

можно

прибором, ко­
вискозиметром

определить

вяз­

Весьма похожее течение возни­
кает

в

зазоре

подшипником

жения.
того,

в

Отличие
что

между

шипом

и

подшипнике сколь­

появляется

поперечная

го

нагрузка

даже
масла

чтобы

малым

малой

сгорания,

зазором,

вязкости

оказывается

обеспечить

так

горяче­

достаточно,

необходимую

несущую способность подшипника.
В то же время телега, у кото­

из-за

прижимает шип к нижней стороне

70

чрезвычайно
что

кость различных жидкостей.

внутреннего

рой

и

зазор

мала,

h

велик,

должна

и

скорость

смазываться

густой,

так

называемой

тележной

ности жидкости и совсем не зави­

сит от ее вязкости. Последнее об­

мазью.

Как

уменьшить

подшипника
хранить

сопротивление

скольжения

при

этом

его

и

с1'оятельство

ступную

нагрузоч­

ную способность?
Попытаемся

этом

ответить

на

формулы

которые

получены

в

из

них

настолько,

и

зывается

ны­

предположении,

что

что

силами

инерционные

считать,

щение
мала,

осей
так

могут

На

что

что

рис.

а

метричном

силы

фикацию.

силы.

Когда

картина
в

силы

хождения.
нальна

приводит

ны

квадрату

жидкости,

несим­

шипом
к

сила

плот-

воды,

то

На

образование

расходуется

По

называемое

мере

мощность

этих
двига­

увеличения

ско­

ростей плавания энергия этих волн

появ­

и,

проис­

пропорциональна

сопротивление,

телей.

и

течения

поверхности

тело

носовая и кормовая. Они соз­

волн

следовательно,

мощность быстро

пропорцио­

скорости

по

волновым.

течение,

ицерционного

Эта

Го-

от его корпуса расходятся две вол­

таком

большом
между

гидро-

водоизмещающее

движется

расчет­

вторичное

зазоре

задача

ввести хотя бы простейшую класси­

показана

в

является

"

дают

подшипником,

лению

задач

динамического tопротивления.

путем.

возникающее

малым.

вязкость

полученная

Замкнутое

пренебрежимо

ока­

воря о сопротивлении, необходимо

вязкие

возникающая

подшипнике,

зазору,

сме­

и

инерционные

34

про­

Одной из наименее исследован­

крайность.

зазор

велики,

превосходить

течения,

ным

сопротивления,

СОПРОТИВЛЕНИЕ

ных

другую

При

силы

вязкости.

Рассмотрим

вода.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ

пренебрежимо малы по сравнению

Будем

момент

как

следуют,

зазор h мал, а· вязкость µ велика

с

жидкость,

пропорциональный

Предыдущие

применять

порциональный вязкости и обратно

этот

вопрос.

воды,

позволяет

для смазки такую маловязкую и до­

со­

.

поэтому

потребляема~
растут.

судостроители

Именно

стремятся

;вырвать корабль из объятий воды
либо с помощью воздушной подуш­
ки, либо с помощью подводных
крыльев.

Помимо волнового сопротивле­
ния,

смоченная

испытывает

поверхность

судна

сопротивление,

обус­

ловленное вязкостью воды. В чис­
том

виде это

сопротивление

прояв­

ляется для подводной лодки, когда

она

плыв~т

на

значительной

глу­

·бине.
Каждая точка поверхности дви­
дущегося под водой

тела

испыты­

вает действие силы, которая имеет
две

·

компоненты

касательную

Рис.

34

к

нормальную

поверхности

и

тела.

Касательная компонента возникает

71

благодаря
жению

относительному

частиц

сколь­

жидкости.

Равно­

действующая этих сил, называемая
сопротивлением трения,

площади

смоченной

В

неподвижном

зависит

от

поверхности.

ствие полного объяснения парадок­
са Даламбера. Почему важно иметь
такое
объяснение?
Представьте
себе, что объединенными усилиями
теоретиков

и

экспериментаторов

состоянии

будет доказана ограниченность па­

равцодействующая сил давления не

имеет горизонтальной компоненты.

радокса и будут ,указаны' условия,
когда парадокс Даламбера не имеет

Если

места. Это значит, что инженеры­

бы

жидкость

была

вязкости, то такое

лишена

положение со­

судостроители

получат

в

руки

спо­

хранилось бы и при движении. Од­

соб ~ильного умены.uени~ гидроди­

нако

намического

тормозящее

тельных

ление

сил

действие

трения

в ·кормовой

каса­

снижает

части

сравнению с давлением в

Как известно, вязкая жидкость

дав­

судна

по

носовой

сопротивления.

прилипает

к неподвижным

обтекаемого тела, ·это приводит к

части. Это обстоятельство приводит

торможению

к

сти,

появлению

ния,

сопротивления давле­

которое

.Иногда

называют

стенкам

к

части

движущейся

отрыву
тела

и,

потока

как

в

жидко­

кормовой

следствие,

к

уве­

~

профильным.

личению

сопротивления

трения

и

давления. А что если сконструиро­
вать

ПАРАДОКС ДАЛАМБЕРА

В

том

гипотетическом

тело,

' ности
случае,

ся

каждая

точка

которого может

вниз

по

потоку

плоскости?

следовательно, свободно проскаль­

рости

зывает

устраним торможение

вдоль /стенок

обтекаемого

При

перемещать­

в

когда жидкость лишена вязкости и,

поверх-

касательной

достаточной

движения

мы

не

ско­

только

жидкости

на

сопротивление

границе обтекаемого тела, но мо­

трения, т~к и сопротивление давле­

жем даже создать тягу. Вот только

ния. Сопротивление невязкой жид­

конструкция будет сложной. Лег­

кости

че создать модель, в которой дви­

тела,

исче:}ает

равно

здраво,
что

нулю.

· следовало

Размышляя

бы

сопротивление

жидкости
как

·как

будет

ожидать,
маловязкой

столь

же

с

На

рис.

мод'ель,

сама вязкость.

сожалению,

в

этом

случае

постоянной

пока:1ана

35

которая

~остоит

лярно

распространенные

краям пластинки.

как

вода

такая

из

плас­

тинки, расположенной перпендику­

здравый смысл нас подводит. Такие
среды,

скоростью

только часть граничных точек.

мало,

'

К

жется

потоку,

и

двух

цилиндров

по

Эксперименты. с

и . воздух, обладаКУГ весьма малой
вязкостью. С ростом скорости и

такой

размеров движущихся· тел влияние

движны, их присутствие не влияло

вязкости

на

Тем не

становится

менее

еще

меньше.

сопротивление ока­

щее.

моделью

Пока цилиндры

течение

ния.

показали

и

Когда

на

силу

цилиндры

следую­

были

непо­

сопротивле­

,привели

во

зывается очень большим. Это явле­

вращение,

ние

лось в пять . раз. С ростом l?азме­

называют

парадоксом

Далам­

бера.

ров

Подчеркивая, что из всех проб­
лем

гидродинамики

проблема

со­

вращающихся

скорости

нально

степени,

величин.

72

имели

в

виду

отсут-

потока

уменьшалось

противления изучена в наименьшей
мы

сопротивление

уменьши­

цилиндров

и

сопротивление

обратно

пропорцио­

корню квадратному из этих

динамика

животнq~х».

В

главе

«Гидродинамические машины»
дет

рассказано,

как

бу­

рационально

выбранная компоновка корпуса 'и
движителя

тоже

уменьшение

обеспечивает

сопротивления.

НЕ НЬЮТОНОВСКИЕ

жидкости

В

связи

химии

с

бурным

полимеров

чаще

сильно

Рис.

нам

3.5

кой

энергетической

достигнуто

такое

противления.

ценой

уменьшение

Ведь

на

цилиндров

расходовалась

мощность.

Ответ

определяется
ствами.

было

на

жидкостей.
так

называть

рость

сдвига,

вопрос

вращения

пропорциональная

вязкости. А так как вязкость воды

мала

вращались
ная

по

потребляемая

потоку.

скоросrь

лась

и

Во-вторых,,

средней

в

хщлиндры
Их

окруж­

точности

равня­

скорости

о

тиксотропных

растворах.

движения

не

является

а

движения.
пример,

как

можно

выигрыша

была

по

на

В

типографском

давно

используется тиксотропное свойст­

раствора
клише

тончайшее

краски.

В

краска

процессе
нанqсится

выжимается

нейлоновое

сито,

через

она

ведет себя как жидкость с умерен­

сопротивле­

ной вязкостью. В тот момент, ~огда
краска, нанесенная на бумагу, пе­

Уменьшения

гидродинамиче-

сопротивления

можно

до­

бить~я также с помощью упругого
рироваться
поскольку

прототип

имеется

у

водных

она превращает­

кость в

этих

условиях

продолжала

сопротивлен~я

животных,

тропным

бегущая

уменьшения

рестает двигаться,

ся в твердое ;ело. Обычная жид­
бы
растекаться,
фильтроваться.
При этом изображение соседних
точек сливалось бы. Качество печа­
ти во многом обусловлено тиксо­

покрытия, на котором должна гене­

низма

деле

много

нию.

ского

использовать

творов.

или

расходуемая

характера

специфическое свойство этих рас­

когда

двух

от

ве­

Там же был приведен

на

в силу этих

глинистых

постоянной

зависит

движения,

меньше

каса­

Вязкость таких раство­

зили жидкость.

цилиндров,

и

в главе '<<Гидростатика», когда Гово­
рили

цилиндры не подгоняли и не тормо­

вращение

справедлив

вязкость

во

мощность,

неньютоновски­

них не

жидкости вблизи цилиндров, т. е.

причин

жидкости

такой жидкости мы познакомились

личиной,

то

привычных

какая-то

ся

мала,

которых

закон Ньютона, связывающий ско­

ров

мощность.

от

Такие

как для

гладких цилиндров в воде требует­
мощность,

1

тельное трение. С одним примером

обстоятель­

Во-первы·х, для

свойства

с

вращение

этот

двумя

со­

ми,

вt:е

сталкиваться

отличаются

принято

Естественно задать вопрос, ка­

инженерам

приходится

растворами,

развитием

волна.
такого

Но
меха­

об

этом речь пойдет .. в главе «Гидро-

свойством

применяемой

краски.

73

Рис.

36

Рис.

Особенности поведения вязко­
упругих

жидкостей

монстрировать

на

можно

опыте

с

проде­
резино­

вым клеем. Перелейте клей в сосуд
с

широким

горлышком,

ние

вязкоупругих

37
жидкостей

вестно как . эффект
по

имени

из­

Вайссенберга,

исследователя,

который

обнаружил и изучил это явление.
На рис.

например,

36, 37

показаны схемы

в стакан. Наклоните стакан и нач­

его

ните переливать клей в другую по­

сравнения

суду. После того как К!Jей достиг­

обычной

ния обычной жидкости в таком же
приборе. Рис. 36 изображает опыт,
подобный проведенному нами с

прекратилось

карандашом. Однако в этом случае

нет

край

нижнего

сосуда,

стакана.

жидкости

при

поднимите

Течение
этом

экспериментов.
дается

бы. Не так ведет себя упругая жид­
кость. Она будет вытекать из ста­

центральный
неподвижно,

Рядом

картина

стержень
а

сосуд

закреплен
жидкостью

кана через край, который располо­

вращается.
поведение

перь налейте на дно стакана немно­

опущена трубка, открытая сверху.

начните ·его вращать.
наматываться

на

Клей будет

карандаш

и

под­

ниматься вверх. Необычное поведе-

жидкости,

Описанные
полимеров

рис.

поведе­

жен выше уровня клея в нем. Те­

го клея .. Опустите туда карандаш и

На

с

для

37

свойства

очень

показано

когда

важно

в

нее

растворов
знать

и

уметь использовать при разработке
технологических

процессов.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ МАШННЪI
специальная

ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ

область

гидроди-

намики.

Рассматривая различные транс­
портные

вали

средства,

свое

мы

останавли­

читатель,

конеч­

но, знает, и потому ему легко пред­

принципе действия этих аппаратов.

ставить работу воздушного винта.

Но ведь в каждом из них исполь­

Остановимся на анализе эффектив­

зуется либо воздушный (или греб­

ности

ной)

винт

на той мощности, которой эта тяга

либо

компрессор

для

только

самолета,

на

воздушной

внимание

Как создается подъемная сила
крыла

создания

для

величине

его

т~ги,

создается.

В отличие от крыла, воздушный

ки. Машины, совершающие работу

винт совершает работу и сам по­
требляет
некоторую
мощность

жидкостью

или

или

на

смаз­

над

подушки

тяги,

создания

винта,

газом,

-

это

Рис.

(рис.

38).

винта

Полезную

38

мощность

можно' определить

к~к

про­

Массу
зить

воздуха

через

скорость

сила

скорость

А

тяги

v

винта,

перемещения

а

аппарата.

какую мощность

нужно

потребную тягу

из­

боту винта? Так как скорость ~оз­

v,
1

/

струи

до

винта

равнялась

то ее энергия будет равняться
2
2 Mv • Получив от винта прира­

щение

продольной

скорости

струя унесет энергию

1

/ 2

М (v

w,

Здесь

сх

тивления,

Cx~2-S.

-

коэффициент

а

S

верхности,

площадь

которая

Сила

тяги

Как

2

·винта

по

закону

через

те же

Отношение

винта

мощности

лезного действи~ винта

из

Sв

этой

формулы,

пастей.

ометаемая

площади
счет

винтом.

можно

диаметра

путь

до­

винта,

о:Граничивается

скоростью

концов

ло­

Поэтому обычно увеличи­
количество

двигателей

и

воздушных винтов.

к

ГРЕБНОЙ ВИНТ
Между

воздушным

винтом

и

гребным, яВляющимся· движителем

l

+

за

такой

вают

общей составит коэфф'~циент по­

11 =,.
l

площадь,

окружной

= Mvw.

полезной

видно

Увеличения

но

может быть записана так:

Nn

ше

стичь

P=Mw.
мощность

сопротив­

КПД винта тем больще, чем боль­

величины следующим образом:

Следовательно,

по­

l
11=----l + Сх _!__
4

2 мw.

той

Теперь мы можем написать

+

ся за счет работы винта

импульса выражается

это

,сопро­

ление создает.

Разность этих энергий создает­

l

сопро­

QV2

р =

+ w)2.
N 8 =Mvw+

через

-

тивление

расходовать, чтобы обеспечить ра­
душной

ометаемую

М= QVS 8 ,

Nn= Pv,
Р

и

выра­

ЩIОЩадЬ SB

изведение

где

можно

l w
2 v

кораблей,
разницы,

нет , принципиальной
и

имеющееся

конструк-

тивное

различие

что вода в

вызывается

раз

800

плотнее

тем,

нельзя

считать,

что

воз­

блемы

решены

и

духа. А так как динамические силы
\.

пропорциональны

тяги
при

и.

плотности,

потребляемая

прочих

равных

сил.а

мощность
условиях

у

гребного , винта в 800 раз боЛьше,
чем

у

пропеллера.

объясняются

Именно

сравнительно

этим
малые

размеры гребных винтов.
В
мя

популярной

от

времени

ложения

химеда (рис.
ного

литературе

вре.­
пред­

винт

винта,

так

как,

вии

по

предпо­

вопрос

винта

и

все

про­

нового

Рассмотрим,

о

взаимодейст­

корпуса

судна.

При

обычной компоновке гребной винт
находится в корме корабля. Ра­
ботающий винт понижает давление
в кормовой ча,сти корабля и тем
но

не'

и

только

и

тягу,

гидродинами­

сопротивление.

Возникает
рос,

создает

увеличивает

ческое

Ар­

39) в качестве греб­

нельзя.

например,

самым

поЯWiяются

использовать

придумать

здесь

ничего

К!уда

как

естественный

нужно

его

воп­

переставить

спроектировать,

винт

чтобы

ложению авторов, он должен об­

этого

ладать

было. Применительно к надводным

большей

т. е. большой

эффективностью,

удельной

тягой

и

высоким кпд.

двухкорпусным
предложить

Мы с вами уже знаем,, что тяга

создается

отрицательного

благодаря

разности

судовой

может

быть

скоростей потока до винта и после

гребное

него. В идеальном винте Архимеда

сами

жидкость

корпусного

витками

перемещается

винта

с

между

постоянной

ско- ·

ростью. Таким образом, все витки,

кораблям

в

гребной

самом

-

-

винт

меж,цу

узком

сечении

как гребной

Работающий

с

это

или

корпу-

пространства.

взаимодействовать

кроме первого и последнего, ничего

компо-

движитель

колесо

смотрим,

можно

следующую

новку:

, не

явления

меж­

Рас­

винт

будет

корпусами.

движитель

по­

не меняют в потоке и не создаiот

нижает

тяги. А так как они все-таки
вы,

повычJает его. сзади. Это· обстоя­

зывают
на

их

перемещение
вращение

'

жидкости,

расходуется

зна­

тельство

уровень

воды

приведет

положительным

впереди

сразу

к

эффектам.

двум

Во­

чительная мощность. Поэтому винт

первых,

исчезнет

носовая

Архимеда

так

вся

поступающая

не

применяют

в

судо­

существующих

вода,

межкорпусной

строении.

Несмотря

как

на

совершенство

, ·гребных

винтов,

Рис.

волна,

промежуток,

откачиваться

движителем

брасыват~я

в

кормовую

и

и

в

будет
пере­

часть.

39

77

Во-вторых, появится тяга
пусе.

Действительно,

на кор­

снижение

площади,

ометаемой-

В этом случае, как и всегда в ме­

уровня воды в носовой части при­

ханике,

ведет

движитель

к

уменьшению

ческого

давления

гидростати­

в

этом

месте.

кормовой

вышению

ления

части

приведет

к

гидростатического

на

давлений

корму.

и

Эта

приведет

по­
дав­

разность

к

образова­

поперечного

подводных

частей

сечения

корпусов,

как

требует

корпуса
ляет

и

нам

нения

энергии,

Обра'тимся
смотренном;

ная

тяга,

сечение

ния

рассмотрим

судна

в

во

движителем,

движения
перепад

судна

S дв·
на

Скорость

U,

а

движителе,

как и выше, Лр.
Традиционную

конструкцию

двухкорпу{;ного

судна

днищем,

соединяет

которое

дополним

между

со.бой оба корпуса. В этом случае
вся

вода,

прошедшая

к

формуле,

ходного

под

понимать

сечения

движителем.

входное

продольная

непроизводительные

В

механике

78

этой

не

потери

зываемый
движения,

известен

принцип
согласно

энер­

рис.

40

показано

се­

ско­

от

на­

обратимости
которому

колесо

формулы,

зависит

так

при

обратном приложении сил будет
осуществляться обратное движе­
ние. Таким образом, пропеллер
~шкно обратить в ветряк, а Греб­
ной винт - в гидротурбину.
На

U дв:

работа

омета­

ГИДРОТУРБИНА

=

потребная

несколько

гии будут в несколько раз мен~;.ше.

Потребная работа движителя будет
равняться, как обычно, силе тяги,
равной Р дв
ЛрS дв , умноженной

из

вы­

Следовательно,

идв=

видно

в

площадь,

равняться

Как

площадью

площадь

которая

превосходит

рость потока в этом сечении будет

на скорость.

опре­

межкорпусного

чение, пройдет и через движитель.
Следовательно,

уменьшить

се­

ометае­

обозначим

давления

следует

сечения

площадь,

S 0 x,

S~

расположе­

входном

Площадь входного

обозначим
мую

и

сохра­

поперечное

месте

движителя

чении.

корпус­

закон

вот

случае

емую
окупается

позво­

деляющей КПД движителя. В рас­

жителя.

тической ценой

а

не

потери э,нергии может.

пространства,

энерге­

компоновка

нарушить

раз

какой

увеличения

движителя

стьлько же раз больше тяги дви­
понять,

на

U дв·

правило, много больше площади,
ометаемой дви'жителем, тяга, со­
здаваемая на корпусе, будет во

Чтобы

нагрузки

Рассмотренная

нию тяги на корпусе. И поскольку
площадь

уменьшение

скорости

В то же время увеличение уровня
в

движителем.

Рис.

40

пропел-

Рис.

41

лерной турбины. Ее отличие от
гребного винта определяется усло­
виями работы. Гребной винт изме­
няет осевую скорость набегающего
на него потока. Турбина работает

энергия воды, вышедшей из турби­

в

по­

Рассмотрим две точки: сразу после

Следова­

турбины, где скорость будет равна

туннеле,

сле

и, расход

нее

тельно,

не

не

воды

до

меняется.

меняется

рость потока.

и

Какую

и

осевая

же

кручивает~я.

колесо

обратимся к уравнению Бернулли.

энергию

из

виде

патки

спирали

расположенные

(улитки),

по

ладает· вода,

турбины,
тическую

энергию

и

Согласно

1
"

превращается

ско­

в

1
+ P1=yV2Q

. Эту

Скорость на выходе мала и ею

можно,

кине­

равно атмосферному.

энергию

отнимает турбина. После турбины
вода вытекает без всякого враще­
ния и с меньшим давлением. Чтобы
вытекающая вода обладала мень­
шей энергией, участок трубы после

турбины, который наз~1вают вса­

Р2,

1
2
ZQV1.

выше

и

v2

Бернулли

2

2V1Q

По­

вращения

давления.

где

откуда

которой об­

расположенная

энергию

ло­

2

уравнению

аппарата,

спирали.

тенциальная энергия,

трубы,

и Р2·

способствует

направляющего

всасывающей

за­

и подводящий канал, выполненный
в

а давление р,, и точку на выходе

рость и давление будут равны

турбины,

Этому

ей свою энергию? Для объяснения

V1,

Вода, перед тем как поступить

рабочее

вода, миновавшая турбину, отдает

ско­

отнимает турбина у воды?

на

ны. Может возникнуть вопрос: как

пренебречь.

Давление

Р2

Значит, дав­

ление р, после турбины будет ниже
атмосферноrо. Этим объясняется
название всасывающей трубы.
Понижение

·

давления

после

турбины эквивалентно увеличению
на

такую

сверху.
симо

от

же

Таким
того,

величину

давления

образом,
на

незави­

каком

уровне

сывающей трубой, делают расши­
р-яющимся (рис. 41). Благодаря уве­

стоит турбина, она перерабатывает

личению

определяемую

шаются

площади
скорость

сечения
и

умень­

кинетическая

всю

воды

потенциальную

до

энергию

разностью

плотины

и

воды,

уровней

после

нее.

Современные

турбины

КПД, равный
вращают

96 %

в

95-96%,

имеют
т. е. пре­

электроэнергию

всей

энергии,

95-

запасенной

водой.

которые

вместе ладони

«проекты»~

обещающие

увеличить

на

сложенные

рук.

КПД такой турбины трудно
J
довести до 60 %. Однако, когда
напор

Тем не менее встречаются еще

похожи

воды

100

превосходит

(например, в 'Горных

реках),

м

при­

менЙть турбину другого типа не­

КПД в два-три раза. Один из них

возможно.

состоит

свободно падать до нижнего уров­

м обычно применяют пропел­
лерные . турбины с поворотными

ня

лопастями.

и

в

том,

здесь,

что

вода

достигнув

должна

максималь­

ной скорости, обрушиваться на
турбину. - Можно бqшо бы много

При

напоре

меньше

40

При

напорах

воды

от

говорить о ложности этого проекта.

до 100 м прИменяют так назы­
ваемые радиально-осевые турбины.
Такая турбина, как и пропеллернаJJ,

Однако

ставится

в

достаточно

соответствии

нения

законом

что

сохра­

энергии

новки

100 %,

с

сказать,

КПД любой уста­
может
быть больше·

не

и ни о каком трехкратном

40

аппарата,

но
в

входит

речи.

из

ющей

менее

струи

энергию

можно

пада­

использовать.

предваритель­

воду.

в

Закрученная

турбину

радиальном

затем

не

направляющего

который

закручивает

вода

его .увеличении не может быть и
Тем

после

направлении,

поворачивает

турбины

сначала

в

и

а

выходит

осевом

направле­

нии. Отсюда и происходит ее наз­
вание.

Раньше это делали с помощью во­

Такого

типа

самой

крупной

турбины

стоят

дяных колес. Но у них был низ­

на

кий

струи

ноярской ГЭС. Один агрегат этой

с

станции

КПД.

высокого

Сейчас

напора

энергию

используют

по­

в

мире

обладает

Крас­

моЩностью

мощью ковшовой турбины, ·общий

500 т~с. кВт. Для сравнения на­

вид

помним, что все агрегаты знамени­

которой

показан

на

Струя воды, поступающая

рис.

42.

из соп­

ла 1, с бол~шой скоростью уда­
ряется в ковши ра'бочего колеса

того

Днепрогэса

ностЬю

600

обладают

мощ­

тыс. кВт.

2,
ГИДРОТРАНСФОРМАТОР

Чтобы

закончить

гидродинамичес~х

рассказ

машинах,

о

опи­

шем еще одно ~нтересное устрой-

ство

гидротрансформатор.

Рассказывают,

что

образцы

а1'f омобилей,

в

этого

начале

века,

первые

созданные
могли

пере­

двигаться лишь по горизонтальным

участкам

хорошей

дороги.

По­

падая в песок, грязь или на крутой

склон,

эти

автомобили

~станав­

ливались. Как же rак; две лошади
могут

по
Рис.

80

42

его

катить

ровной
на

экипаж

дороге,

гору,

а

но

не

и

мощный

только

втащить
стальной

мотор

этого

сделать

не

может!

Дело в том, что на трудных участ­
ках

дороги

скорость
раз

В

увеличивают

же

связывает

.с

вал

При

несколько
усилия.

можно

быстро

та­

достичь

редуктора,

который

вращающийся

медленно

этом

в

конструкции

эффекта

помощью

уменьшают

и

тяговые

механической

кого
с

лошади

движения

вращающимся.

момент

на

втором

валу

будет, естественно, больше. Набор
таких

редукторов

с

различными

передаточными числами образует
коробку передач, которая и по­
зволяет автомобилю выиграть со­
ревнование

с

конным

Рис.

Те, кто управлял автомобилем,
знают,

сколько

•

с

.

хлопот

терен на другую. Для одного пе­
реключения требуется отсоединить
мотор от коробки передач; выжав
терни

сцеплеция,

вывести

. редуктора

из

одного

На

1

гателем.

сцепления;

синхронизировать

2

· коробки

цепление

шес­

передач;

сцепление;

вновь

ввести

в

соответствующую

шестерен и только

порта
такие

операции

чение

одного

Вот
тают

к

кам,

транс­

раз

Эти

в

сильному

над

соба

те­

созданием

нового

вращения,

лишенного

трансформатор,

ставляет
турбины

спо­

ненных

в

назначен

одном
для

б. В. И. Меркулов

жидкость.

от центра
на

стен­

рисунке

такому

попадает

колеса

к

в

те­

полость

ударяя

3.

жидкость

по

заставляет

к

центру

колеса

и

попадает на реактивное колесо

5,

,

связано

Так

пред­

ное

с

неподвижным

как

колеса

щаются

с

турбинное
в

общем

разными

картером.

и

насос­

случае

вра­

·скоростями,

пред­

то жидкость в. ~их будет вращаться

вращения

с различной скоростью. Реактивное

к'?рпусе,

передачи

кожуха

которое напоминает собой колесо
турбины, но отличается от него тем,
что оно в обычном режиме жестко

недостатков

собой сочетание гидро­
и гадронасоса, объеди­

масло

вытесняется

моментов

который

насос

Благодаря

его лопаткам,

рабо-

механической коробки передач. Эту
проблему помогает решать гидро-

ко­

4,

вращаться и турбинное колесо, и
связанный с ним турбинный вал 6.
Заторможенная турбиной жидкость

утомлению.

преобразования

помощью

показано

турбинного

движения

конструкторы

колесо

дви­

заставляет вращаться

1,

как

чению

проделывать

сотни

' часа.

почему

с валом

с

разрез
насоса

Центробежная сиЛа вызывает пе­

отвлекаю'т внимание шофера, приводят

связано

Вал

вращение

Насосное

стрелками.

приходится

во

ретекание масла

пару

затем отпустить

городского

\,.1

соосныи

показан

43

заполняющую

за­

муфту сцепления.
Водителю

рис.

приводится

торое

выжать

\,.1

другои,

гидротрансформатора.

отпустить муфту сцепления, чтобы
терен

'

на

ротов.

шес­

вращение

вала

с ним, с одновременным преоб­
разованием моментов и числа обо­

связано

с переключением одной пары шес­

муфту

43

экипажем.

и

81

колесо

с

его

лопатками

является

два раза увеличивает срок службы

направляющим аппаратом и обес­

двигателей,

печивает

согласование

дукторов,

скорости

жидкости,

окружной

поступающей

этом

тивную
его

оно

силу,

испытывает

откуда

и

реак­

происходит

ведущих

валов,

мостов

ре­

и

по­

луосей.

с турбинного на насосное колесо.
При

карданных

Однако

кроме

гидротрансформатор,

преимуществ,

определенными

обладает

недостатками.

и

Это

название.

прежде всего его большие размеры,

Передача энергии от насосного

особенно если учесть всю систему

колеса к турбинному
ется

в

различных

· осуществля­

условиях

по­

разному. Если колеса автомобиля,
а следовательно, и вал турбинного
•колеса

крутятся

жидкость
почти

в

медленно,

турбинном

полностью

\

колесе

на

автомобиля.

на

Такой

для

места,

преодоления

и

вызывает

На

перекачки

обязательную для
матора.

Кроме

гидротрансфор­

того,

гидротрансформатора

большим

масла,

потерям

применение
приводит

мощности,

к

чем

использование механич~ской короб-

. ки

передач. · Тем не менее в неко­

торых

случаях,

родских

например

автобусов,

для

го­

преимущества,

создаваемые гидротрансформатора-

харак­

ми, намного превq_сходят их недос-

трогания
крутых

ровных

и

колесах

режим

момента

т. д.

свою

турбинном

ведущих

терен

емов

Это

усилие
и

колесе

теряет

скорость вращения.

большое

то

охлаждения

с

,

татки.

в настоящее время на улицах

подъ­

участках

наших

городов

все

чаще

можно

дороги и после разгона турбинное

видеть автобусы, которые не имеют

колесо вращается быстрее и, сле­

коробки передач, а снабжены гид­

довательно,

ротрансформаторами.

реакцию
него
раз

испытывает

от

перетекающей

жидкости.
хватает

уменьшившихся

реакции как

для

преодоления

усилий

служит

редуктором,

на

число

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР
Не задавались ли вы вопросом,

коле­

почему

гидротранс­

автоматическим

который

редаточное

через

Этой

сах автомобиля.
Таким
образом,
форматор

меньшую

меняет

между

пе­

двига­

имеют

все

водопроводные

краны

такую осонструкцию,

что

их

нельзя быстро закрыть? Особенно
краны на больших трубопрово­
дах,

например,

ходится

пожарные,

крутить

при­

очень долго.

Не

телем и колесами так, чтобы, с
одной стороны, двигатель работал

лучше

в оптимальном режиме, а с друrой

варе? Четверть оборота

и скво­

стороны, усилия на колесах были

зное

притер­

достаточны

ременного

для

преодоления

сопротивления.

И

пе­

все

это без всякого участия водИтеля.
Кроме

того,

обеспечивает

некоторые

нительные

преимущества.

мобильной

трансмиссии

ударные

нагрузки,

, допол­
В

авто­

исчезают

характерные

для механической коробки передач.
Это
обстоятельство
в
полтора-

82

отверстие

так,

в

как

.в

хорошо

само­

той бронзовой пр·обке совмеще­
но с трубопроводом. Еще четверть
оборота - и кран закрыт.
Оказывается,

гидротрансформатор

и

сделать

все

дело

в

гид­

равлическом ударе.

Представьте себе, что по ка­
кому-либо промышленному водо­
проводу диаметром О, 1 м и длиной

L

=

1ООО м течет вода
ростью v = 10 м/с. И

со

в

ско­

конце

водопровода

можно

стоит

закрыть

кран,

в

который

течение

одной

11оды немалая. Лопатки направляю­

.

щего аппарата, которые служат для
закручивания потока, одновременно

секунды.

Подсчитаем

количество

дви­

позволяют

регулировать

расход

жения, которым обладает текущая

воды 'вплоть до его поirного пре­

по трубе вода:

кращения. Необходимость в такой

К

где лr

2

Mv

регулировке

лr LQv,
2

=

пло~адь' сечения водо.­

-

провода,

равная

в

нашем

случае

О"0078 м • Объем воды в водопро­
воде будет равняться 7,8 м 3 • Ее
масса М ~ 8000 кг. Тогда· коли­
2

чество

К=
Если
стенки

считать,

водопровода

тягиваться,

маться,
мы

а

то,

вода

не
не

закрыв

вызываем

всей

что

могут

кран

сталь

будет

таком

1

с,

остановку

движущейся

при

сжи­

за

воды,

что приведет к удару силой
Конечно,

рас­

может

внезапную

массы

кН.

80

давлении

податлива,

и

и

вода

слегка сожмется. Это обстоятель­
ство

немного

остановки

растянет

воды,

и

процесс

с.цедовательно,

уменьшит максимальную силу.
даже

если

сила уменьшится

в

Но
два­

три раза, все равно беды не из­
бежать. Разрыв трубопровода из-за
гидравлического удара был частой
причиной

к

бусы

и

сразу

не

уменьшалось

у·меньшить

турбина

начнет

вых,

по

двум

энергии.

расход

воды,

все

Это недопус­

причинам.

генератор,

ко­

крутиться

быстрее и быстрее.
тимо

троллей­

потребляемой

Во-пер­

связанный

с

тур­

биной,
будет
вырабатывать ток
частотой не 50 Гц, а больше, а
во-вторых, турбина и генератор
могут

не

выдержать

возникающих

центробежных сил.
В

тот

день,

о

котором

идет

речь, .какой-то завод, потребляв­
ший большое количество элекtотключился

роэнергии,

Генераторы
шиеся

и

теперь

от

турбины,
вхолостую,

сети.

вращавначали

уве.Личивать скорость вращения. Это

удерживаемая, продолжала двигать­

возможность быст­

ся. Естественно, что при этом она

тех

пор,

водо­

пока

и

.рой остановки воды в трубо~ро­

оторвалась

воде.

аппарата

Действие гидраwiического удара
можно

трамваи,

не

системе

вентилям

J1СключаюЩим

ос·тановились

кранам,

до

в

'

перешли

ной сон, все лампочки выключены,

обнаружили автоматы и быстро
закрыли доступ воды в турбину.
Находившаяся там вода, обладав­
шая большой скоростью, ничем не

аварий

снабжения

;

роэнергии. Погрузился город в ноч­

то

стальные

в

ся количество потребляемой элект­

Если

80 ООО кг·м/с.

тем, что

течение суток несколько раз меняет­

личество

движения

связана с

проиллюстрировать

исто­

куум.

и

Вода

сколько

от

направляющего

там

образовался

опустилась

хватило

ва­

настолько,

энергии

противо­

рией, которая произошла на одной

действовать

из

двинулась вспять и со всей мощью

днепровских

ций.

Как

станции,

В

·гидроэлектростан­

устроен
мы

агрегате

агрегат

уже

такой

рассказывали.

имеется

трубопровод.

.вакууму.

ударила по турбине,

Затем

она

по лопаткам

направляющего аппарата. Действие
такого

мощного удара можно срав­

Правда, он не очень длинный, зато

нить

в

Один агрегат был полностью раз­

поперечном

нескольких

6•

сечении

метров,

да

достигает
и

'

скорость

только

.с

действием

взрыва.

рушен.

83

себя как жидкость, фокусируются

Разумеется, т.акой эффект мож­

но было предвидеть заранее и при­
нять

меры,

исключающие

его.

в

направленную

В мирное время гидравлический
удар тоже нашел применение. Речь

специальный

ставят

струю,

вперед. Вот эта струя и проби­
вала броню немецких танков.

В

крышке турбины, отделяющей тур­
бину от .помещения, где находите.Я
генератор,

.

узкую

клапан, который называется клапа­

идет

ном срыва вакуума. Когда под крыш­

гидромрнитор, знают, наверное, все.

кой появляется вакуум, превыinаю­

Струя

щий

норму,

гидропушке.

воды,

Что

которую

такое

непрерывно

открывается,

качает мощный насос, может найти

впускает в образовавшееся ррост­
ранство воздух" и обратный гид­

различное применение. Можно по­

равлический удар предупреждается.

опасном расстоянии от огня; можно

В описанной истории клапан был

разрушить

неисправен.

очень

Мы

Это

не

аналогию

у

вызвало

напрасно

между

р·авлическим

Великой

клапан

о

аварию.
проводим

взрывом

ударом.

Во

Отечественной

нас

появились

тушить

,

пожар,

находясь

породу,

прочная.

Если

отверстие

в

стальной

на

снарядов

вать быстро,

основано

большую

также

начинен

накапливать

Действие

гидравлическом· ударе.

снаряда

других

Корпус

взрывчаткой,

Так

чение

и

вает

а

можно

мгновенную

Получить

гидропушки.

компрессор

неско~ьких

воздух

расходо­

мощность.

идея

Небольшой

в

углубление,

Но

Вот если энер­

долго,

то

родилась

головной части имеется взрыватель

воронкообразное

плите.

такого насоса, работа.ющего непре­
гию

этих

создать

войны

«тигров»,

чудовищ.

бы

не

раз большим, то она могла бы
разрушить даже гранит, пробить

гид­

рывно, не создать.

фашистских

она

струю с давлением, в десятки, сотни

снаряды, которые пробивали броню
И-

если

без­

время

и

кумулятивные

«Леопардов»

на

в

секунд.

в

те­

накачи­

замкнутый

объем.

металлом

Энергию этого воздуха используют

(рис. 44). КогДа происходит взрыв

'для того, чтобы разогнать тяжелый

покрытое

заряда,

специальным

горячие

который при

газы

и

металл,

этом давлени"' ведет

поршень.
поршень

В

тот

момент,

достигает

когда

максимальной

скорости, он ударяет по неболь­
шому объему воды. Это давление
может
что

достичь

вода

сопловое

вырвется
отверстие

пушечного
может

такой

через
со

снаряда.

разрушить

величины,
узкое

скоростью

Такая

самую

nушка

крепкую

породу, пробить стальной лист.
Существующие
имеют тот
лишь

гидропушки

недостаток,

два-три

что делают

выстрела

в

минуту.

Если объединить в одну конструк­
цию двигатель, который обеспе­
чивает пушку энергией, компрессор
и

пушку,

упростить

Рис.

84

_44

личить

ее

то

всю

можно

значительно

установку

и

скорострельность.

уве­

За

основу такой пушки можно взять

летит струя воды, тем более эф­

хорошо известный свободнопорш­

фективной

у свободнопоршневого дизель­

позволяет

компрессора, в отлич~е от обыч­

пасного

ного

система

нет

двигателя

с

компрессором,

кривошипно-шатуннQго

низма

и

поршни

посредственно

нями

меха­

двигателя

связаны

компрессора.

конструкция

водомета. Пожарникам такая струя

,

невой дизель-компрессор.

является

с

порш­

Такая

конст­

не
1

Чем

. ствие

огонь

расстояния,

труб.

не-.

тушить

с

безо-

оросительная

требует

густой

сети

•

определяется

дальнодей­

струи?

Прежде

всего,

конечно,

на-

уравновешена

~ чальной скоростью истечения воды

и потому .допускает бол"ьinие вuут­

ренние усилия и двИж~":ИЯ' с боль­

из водомета .. Чем с . большей ско­
ростью выбрасывается вода, тем

шой частотой.

дальше

рукция

динамически

",

Дизель-компрессор
работает
так. Вспышка · топлива в рабочем

А

объеме

висит

вызывает

перемещение

нако

она

должна

вода

тормозится

интенсив~юсть
от

размера

капель.

Сжатый воздух сквозь клапан час­

Чем

толще

уходит

в

использования,

продувание
часть

трубопровод
частично

цилиндра,

возвращает

в

а

для

идет

на

остальная

исходное

по­

меньше

она

Од­

воздухом.

торможения

разрушения

поршней двигателя и компрессора.

тично

улететь.

струи

струя

и

воды,

подвергается

за­
от

тем

тормо­

зящему действию воздуха. Однако
мощность

-

струи

поперечный

скорость

размер

и

ограничи-

-

ложение оба поршня. Затем ЦИl<Л

ваются мощностью насосной стан­

повторяется.

ции

Если уменьшить рабочий. объем
компрессора до размеров, необ­
ходимых для обеспечения работы
двигателя, то мы получим избqrток

труб.

энергии

котором

в

позволяет

каждом
глухую

компрессора

поршнем,
няться
в

заменить

и

в

минуту.

до

скорее

давления
по

это

воде.

пушки

что

объем

раз

воды

устройство

назвать

гидропу­

диаметром

И .вот

можно

котором

Для тушения пожара, для оро­
почвы

или

для

породы

применяют

личной

конструкции.

разрушения

водометы

Чем

раз­

дальше

в

естест­

малые

приведена

можной

проме­

такого

проводу

реализации

подводится
который

1,

коническим
крывается

по

2.

затвором

совершать

Сопло

Такие

который

3,

перемещения

4

в

5.

и

поворота

вания

его

закон

крывании

При

сочета­

Форма кулачка

открывания

сопла.

за­

горизонтальные

кулачком

скорость

трубо­

заканчивается

соплом

нии с пружиной
ляют

воз­

водомета.

Вода

может

схема

технической

задаются
ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ВОДОМЕТ

кажется

жутки времен~ располагать боль­
шой мощностью ..
Обратимся к. · рисунку 45, на

перемещения.

леметом.

шения

здесь

подводящих

венным обратиться к импульсному
режиму
работы
водомета,
при

выстрелов

60

каждый

небольшим,

следует

разго­

такой

Учитывая,

выстреливаемой

будет

тяжелым

ударять

Скорострельность
довести

часть

, будет

действием

компрессоре

Это

донную

который

под

можно

цикле.

и

и

опреде­
закры­

медленном

выходного

за­

отверстия

давление в трубе и, следовательно,

85

Рис.
скорость

истечения

остаются

45
и

не­

лететь

ближе.

Для

процесса
/

измененными,

уменьшается

диаметр

струи.

быстром

закрытии

ходит

удар,

проводе

и

соответственно

скорость

процесс

один

мере

При

ВИХРЕЙ

этом

Свойство воздушных вихревых

фокуси­

колец

сохранять

затвора

ские

улетел чуть раньше.

В этих

дования

виях задние частицы

на некотором

догоняют

и объединяются
Таким
режим

работы
во-первых,

рость

истечения

усло­

рых,

собрать

ее

в

и,

такое

отдавать

себе

импульсное

тому,

времени

будет

86

что

ме.жду

иметь

создаваемых

взрыва.

С

с

по­

результатами

М. А. Лаврентьева,

Б. В. Шабата. Поскольку дальность
гать

1-2

км, авторы предполагали

использовать

-

вихри

для

выброса

газообразных промышленных отхо­
дов на такую высоту, где они могли

бы уноситься горизонтальными по­
токами

воздуха.

К

этому

можно

добавить еще большое количество

в

отчет,

увеличение

мощности струи достигается
годаря

коль­

полета таких вихрей может дости­

некоторый

ность водомета.

что

вихрей,

миться в книге

ско­

должно быть больше, чем у тон-·
кой струи. Эти два обстоятельства
позволяют увеличить дальнобой­

иссле­

крупномасштабных

этих исследований можно познако­

во-вто­

объем, время разрушения которого

СО АН

экспериментальные

мощью

позво­

увеличить

гидродинамики

и

цевых

импульсный

струи

геометрию

СССР были проведены теоретиче­

передние

водомета

ляет,

Нужно

ституте

в обlций объем.

образом,

свою

и двигаться на большое расстояние
было обнаружено давно. В Ин­

каждый объем воды, выходящий
позже, имеет большую скорость,
чем предыдущий объем, который

расстоянии

должнQ

неизбеЖные

ГЕНЕРАТОР ВОЗДУШНЫХ

любопытный

закрывания

для

трубо­

ровка струи.

По

это

как

а

издержки.

увеличивается

продольная

-

хорошо,

устройств

рассматриваться

увеличива-

истечения.

происходит

в

это даже

пожарных

проис­

гидравли­

давление

многократно

•

орошения

достаточно

сопла

контролируемый

ческий
ется,

При

только

бла­

промежутках

импульсами

меньшую

вода

скорость

других

возможных областей

при­

менения кольцевых вихрей. Напри­
мер,

для

опыления

посевов,

вино­

градников и садов, для рассеивания

туманов над аэродромами, для обра­

ботки

облаков

химическими

ре-

агентами, чтобы вызвать , дождь
или
предотвратить1
образование

кольцам больших размеров, созда­
ваемым с помощью взрывов.

града. Цепочка из вихревых колец
может

использоваться

личения

ной

дальности

струи.

действие

Это

для

уве­

полета

увеличит

водя­

дально­

дут

используя

душной

струи

ко­

энергию

воз­

комПрессора,

фор­

ного диаметра. Прежде всего такой

способ

.

должен

дешевым

по

оказаться

сравнению

с

более
исполь­

том

зованием взрывчатых веществ, бо­

кольцевые вихри бу­

лее технологичным, менее шумным.

реализованы

создаваться

только

не

в

взрывом,

а

В упомянутой выше книге при­
следующий

Кроме

не­

которым генератором, который бы
создавал вихри дешево, без шума,
с большой частотой.
веден

торый,

вихрей,

орошаемую одной

Однако все эти проекты могут

случае, если

генератор

· сконст­

мировал бы вихревые кольца нуж­

установкой площадь земли.

быть

руировать

интерес

водо­

противопожарных

метов, увеличит

Представляет

закон движения

того,

генератор

вихрей

может формировать вихри с дос1а­

точно большой частотой. Легко по­
нять,

что

поведение

цепочки

вих­

рей будет отличаться от поведения
одиночного

вихря.

В

частности,

дальность полета Их должна увели­

вихря:

~о [ ( 1+ 4~~о t) 1/4

L(t) =

1] .

чиваться.
цепочка

Длительно
вихрей

действующая

вызовет

течение

прилегающего воздуха в сторону их

Здесь

Ro -

начальный

начальная

Vo -

время

t -

скорость

полета,

текущее

вихря

до

мула

дает

расстояние
Эта

исключительно

с

-

коэффициент,

генератора.

совпадение

вихря,·

а=б · 10- 3

экспериментальный

L(t) -

радиус,

полета. Это обстоятельство сделает

более эффективным механиЗм уда­
ления
ных

Цепочку

от
фор­

хорошее

экспериментальными

газообразных

промышлен­

отходов·.

мелких

кольцевых

вихрей можно с большим эффек­
том

применять

дальности

для

полета

увеличения

струи

воды

в

данными. Однако само движение и

дождевальных

этот

жарных гидромониторах. Для это­

закон

выполняются

некотором

пути,

после

останавливается

и

толрко

чего

на

вихрь

разрушается.

го

достаточно

.

ПопуТно

Ro= 2 м
и начальной скорости Vo= 100 м/с
вихрь проходил расстояние 500 м.
Вот этим параметром Lmax/ Ro=
250, который мало зависит от раз­

дяной струи.

меров, мы и будем пользоваться.

обсудим

1ООО

для

высоты

м

подъема

потребуется

вихрь радиусом

4

вихря

кольцевой

м.

Из приведенной выше формулы
следует,

вихря
му

что

начальная

пропорциональна

скорость

начально:­

кольца

и

летящие

согласуют

скорость

замедлят

процесс

вихревые
тем

струи

самым

разрушения

теперь

от противодавления.
компрессоры,

вихревым

по­

во­

возможную
генератора.

Основу такого генератора будет
составлять
компрессор.
Главное
требование к такому компрессо­
ру - слаба.я зависимость расхода

Описанные выше исследования
одиночным

и

конструкцию вихревого

радиусу.

к

в

совместить

скорость

воздуха

теристикой

относились

соосно

и

генератор вихрей и сопло водомета.

При начальном радиусе

Так,

установках

которых

,

в

Такой

обладают

харак­

винтовые

производительность
широком

диапазоне

87

давлений

от

давления

не

зависит.

В более узком диапазоне пологая
характеристика

присуща

,так

Лt, =

рым центробежным компрессорам,

ственно

генератором

вихрей

из

опыта

известно,

что

Do/Uo=0,04 с, то

некото­

которые обладают высокой nро­
изводительностью
и
обеспечи­
вают необходимое- давление. Соб­

как

с и Лt =

0,004

0,04

с.

Таким образом·, мы: определили
требуемое быстродействие затвора
и длину выдержки

. Мы

вы­

.

мо~ем значительно увели­

ступает. затвор, который рбеспечи­

чить

вает

размер вихря, если вслед за выбро­

импульсную

подачу

воздуха

длительность

выдержки

и

шенной порцией воздуха будем по­

по определенному закону.

В известных экспериментах по

давать струю меньшего

диаметра и

образованию вихревого кольца реа­

большей скорости, так чтобы она

лизовали

догоняла весь объем на некотором

слеДующий

процесс.

Из круглого отверстия импуль­

сом выбрасывали цилиндрический
объем воздуха или воды. Цилин­
дрическая поверхность, по которой
происходил

ла

разрыв

устойчивость

образовывала
Важным

тов

скорости, теря­

и,

разрушаясь,

кольцевой

результатом

является

расстоянии от

Пусть компрессор обеспечивает

постоянный

объемный

Q м /с. Переменный диаметр за­
твора обозначим D (t). Тогда ско­
рость струи будет равнятьс~
4
Q

=

V(t)

эксперимен­

что 't5езразмерные параметры вихря :

' Само

собой

о

этой

'{Ювания. Однако мы: вправе считать,

ватьСя для скоростей,

мы

согласуем

D(t)

разумеется,

не зависят от способа его форми­

лучше

f D(9>]

U

:rtD 2 (t)

.

факта,

что. энергетическая эффективность
генератора будет тем выше, чем

расход

3

вихрь.

установление

затвора.

формулой

можно

2

.

что

пользо-

значительно

меньших скорости звука. Для при­

ближенного

расчета

будем

счи­

начальное

тать, что частицы воздуха, покинув­

распределение скоростей с тем рас­

шие затвор, не взаимодействуют с
'
.

пределением, которое соответствует

установившемуся режиму.

ходят

Итак, компрессор и. быстродей­
ствующий

затвор

должны

заме­

нить взрывчатое вещество.

Для этого затвор должен быст­
ро

открываться,

воздуха

в

виде

частицами

выпускать

порци!?

воздушного

цилин­

из

моменrы.

на

возду~а,

'
затвора

котором

весь

D,

Струя

то врем.я вы­

D
и

Время открытия затвора долж­

где

в

88

0,1

u;

t,,

начальный

U0

соберет­

момент

t1

и улетит на рас­

t3

-

момент фокусировки.

В конечный момент

t2

скорость

будет р·авняться

но иметь порядок

Лt 1 =

воздуха,

S=Uo(tз-t1),

бро,са равно
Лt=-·.

объем

ся в одной точке.

стояние

вихря и ее диаметр

скорости

расстояние,

вып~щенный в течение некоторого

имеет скорость

равна

· вы-

последующие

интервала времени t 2 -

скорость

U

.в

Определим

дра длиной, равной диаметру. Если
струи

которые

Uo [

D

И

D(O)]

2

D(t2)

струя должна за

время

tз

-

t2

пройти тот же путь S

l

2
D(O)
Uo [ D(t )j

S=

Интервал

'
(tз

2

D (0)}
[ D(t2)

D(t2)
D(O)

начальный
можно

tз
tз

-

момент

принять за

Перепишем

ti

-

времени

начало

последнюю

~=

'V~

1

t1

отсчета.

vt2
D('O)

формулу

г;--;:.
'V l -Тз-

интерес представляет случай, когда

<<

1.

Это условие нам позво­

т

но
со

достичь,

l _ _!!__

где

=

v

=

если

Тогда время

скорость

·v

)=о,8 ( 1-_!_ )с.
т

будет

и

выброшен

~) м 3 с,

0,8Q ( 1 -

который

измене­

образует

Увеличение
мирования

Тогда

одиночный

длительности фор-

'
вихря

в

10

вает диаметр вихря в
1

vt2

D (0)

t2

=

l -

2tз .

D(O)

tз=~,

S

2Uvo D(O).

раз увеличи-

раза ио

2,15

сра,внению с диаметром затвора. Во
столько
вается

Отсюда

.

т

вихрь.

const -

ния диаметра.

1

затвор

t2 будет равняться

20Duo ( 1- _!_

законом

~ D~~>],

задать

закрывать

За это время
объем воздуха

2tз

D(O) [ 1

реально

~)-

2v = 0,1Uo.

изменения диаметра

D(t)

т

скоростью

о

Зададимся, линейным

D(O)

Такого условия мож­

S= lOD(O).

мулу

D(t2) =

1

1

По-видимому,

ляет написать приближенную фор­

D(O)

vt2

t2=D~O)(1

1

= 1

Как мы увидим ниже, особый

t 2 /t 3

изменения

откуда

t2 •

-

~ледующим образом:
D(t2). =
D(O)

определяется

пределом

диаметра

отсюда находим связь
2

t2 - t 1 = t 2

допустимым

же

,

раз

при

скорость

этом

увеличи-

движения

вихря.

Кроме того, уменьшается _требуе­
мое быстродействие затвора тоже в

10·

раз.

'

'

ВОЛНА СМЫВАЕТ ГОРОД
лась прежняя ярость, оно бросает­

ЗАРОЖДЕНИЕ ВОЛНЫ

ся
Вы ·заметили, с какой неумоли­
мой

закономерностью

волны набегают
жанные

дыбы,

вдали,

на

они

встречаясь

с

Сдер­

становятся

к

берегу,

препятствиями,

на

а

очень

_сердятся и подымают тучу брызг.
Давно

уже

прошел

шторм,

берег

одиночной

цысокой

волной.

~орские

берег?

приближаясь

на

Сколько красоты можно увидеть
в

море,

если

глазами

на

поэта,

него

посмотреть

художника,

музы­

канта[ Но еще больше красоты вы

обнаружите,

если,

кроме

.

того,

вглядитесь в море глазами ученого.

Глядя

на

поверхность

моря,

вы

успокоившееся море ласка~т берег

увидите,

редкими

цы воды, от поверхности до самого

спокойными

движениями.

Но вдруг, как будто в нем просну;

90

дна.

В

как

двигаются

все

опрокидывающейся

части­

волне

вы

увидите

одиночная

нарушение
сердитая

гармонии.

волна

расска­

торую называют скоростью распро­

странения волны, будет равняться

жет вам и о прошедшей буре, и о
законах

· сложения

волн.

вал будет для вас не легендой,
выражением

строгого

а

Вдоль

волна

моря дует

поверх1юсти

волны. Для

ветер.

Что

произойдет,

если на этой глади появится ·склад­

ка? Над гребнем складки скорость
воздуха О,удет больш·е, а у ее осно­
в.ания

меньше.

-

Бернулли

Согласно

давление

уменьшится,

опускается

зависит ,от

гладкой

.а

у

на

основания

Таким

при

наличии

тяжести

образом,

и

длины

места а

странен·ия

скорость распро­

волны

можно

через длину волны и

·гребне

лы тяжести:

с~анет

ветра

поднимается)

глубокого

закону

выразить

ускоР.ение си­

>)gЛ/(2л).

v

вение любой неровнqсти на поверх­
моря

силы

и

= >/2лg/Л, где g - ускорение сво­
бодного падения, равное 9,8 м/с.

больше. Таким образом, возникно­
ности

/k.

Величина а (частота, с которой

математиче­

ского закона.

а

v

Девятый

Приведем таблицу, показываю­
щую,

как

изменяется

ск()рость

приводит к появлению сил, которые

распространения

будут увеличивать эту неровность и

колебания Т в зависимости от дли­

гнать ее в направлении ветра. На­

ны волны л.

капливая
тую

у

в

себе

ветра,

энергию,·

эти

отня­

неровности

по­

степенно превращаются в огромные

волны,
даже

того,

неспособные

спустя

много

остановиться
времени

как прекратился

гармонические

л., м

ветер.

звуки,

с

их

период

60

70

80

90

8,83

9,68

10,45

l l,l 9

l l,86

5,60

6,20

6,70

1,15

7,59

100

110

120

130

140

12,50

13, 11

13,70

14,26

14,80

8,00

8,39

8,76

9,12

9,46

после

Подобно тому как любую како­
фонию можно получить, комбини­
руя

т,

м/с

и

50

Л, м

v,

волн

так

и

v,

м/с

т, с

..

беспорядочную пляску волн можно
представить

в

виде

суммы

нических колебаний.
Гармониче­
ское колебание можно
описать

sin (kx -

волны медленно

что

длинные

опуска1ОТся

t,

то

график, вы­

в виде волнистой кривой с

с

помощью

секундомера

определить скорость распростране­
ния

волн

и

достаточно

их

длину.

только

Для

измерить

ВОЛНА БЕЖИТ, ВОДА
ОСТАЕТСЯ

гребнями

2л/k.

До сих пор мы с вами говорили

В другой момент времени кар­
тина

повторится,

однако

часто­

ампли­

и

между

этого

ту их набегания.

тудой подъема и спуска, равной а,

Л =

под­

нимаются, но зато быстро переме­

зволяют

черченный по этой формуле, даст
нам форму свободной поверхности

расстоянием

и

вед~нные формулы и таблица по­

crt).

Если зафиксировать какой-либо
момент времени

видно,

щаются по поверхности моря. При­

математически:

у= а

Отсюда

гармо­

сместит­

ся вправо. Скорость смещения, ко-

т.олько

о

форме

волны.

Как

же

движутся частицы воды?, Впечатле­
ние,

что

вода

движется

вместе

с

91

Рис.

волной, хотя и сильно, но обман­

46
длины

которых

мало

отличаются

чиво. Если бы это было так, то вол­
ны перенесли бы всю воду от одно­
го берега к другому. Однако этого

волн

не происходит. Полное решение за­

где

дачи о волновом движении показы­

амплитуда будет равна нулю. Ско­

вает, что каждая частица жидкости

рость распространения

описывает

замкнутую

1

кривую,

близкую к окружности

друг от друга? Там, где фазы обеих
совпадают,

ка

их

повой

волны,

волн,

вместе

с

вол­

ной, затем опускается вниэ, а ока­
завшись

назад,

во

а

после

кую кривую
плавок,

впадине,

будет

если

нет

вверх. Та­

описывать по­
ветра.

Частицы

резуль­

противоположны,

которую

скорости

-

из

такого пуч­

называют

скоростью,

меньше

в

груп­

два

раза

распространения

которых

этот

.

пучок

состоит.

Теперь можно сказать, что де­

смещается

этого

фазы

волн,

(рис. 46).
Когда точка находится на греб~е
она движется

амплитуда

тирующей волны удвоится. А там,

вятый вал

это максимум резуль­

-

тирующей волны, образовавшейся в
результате

сложения

нескольких

некото­

близких по частоте волн меньЩей

рой глубине, также описывают ок­

амплитуды. Однако номер этой вол­

ружности, но меньшего радиуса. На

ны по счету не обязательно Должен

глубине, равной длине волны, ради­
ус
такой
окружности
будет
в

быть девятым.

жидкости,

535

находящиеся

на

раз меньще, чем иа поверхнос­

ти воды. Таким образом, на боль­
шой глубине море спокойно в лю­
бую погоду.

но волны различной длины и часто­
сложатся

9'

произойдет,
две

волны,

если

в

, море

частоты

и

волн

можно

весьма

проил­

простым

спо­

собом.
Возьмите

две

расчески

с

раз­

лич'ной частотой зубьев. Наложите
рез

Ветер возбуждает одновремен­
Что

люстрировать

их

СЛОЖЕНИЕ ВОЛН

ты.

Сложение

их

одна

них

на

другую

как

волна

лосок.

~'

свет,

относительно

увидите,
жит

на

че­

перемещайте

друг

вдоль

светлых

глядя

друга.

зубьев
и

Вы

побе­

темных

по­

ВОЛНЫ Ч'1УВСТВУЮТ

как

ДНО МОРЯ

«правое плечо вперед». Волнсl' раз­

шеренга

солдат

ворачивается
До

сих

пор

мы

не

учитывали

т.

е.

считали,

что

жид­

кость имеет бесконечную глубину.
При какой глубине можно прене­

команде

своим

фронтом

берега

в

к

берегу.

Вдали

вJiияния дна на волновое движение
жидкости,

по

от

участвует толща

воды,

движении

равная

дли­

не волны. Эта масса воды обладает
определенной, довольно значитель­

бречь наличием дна? Как известно,

ной энергией. Что же происходит,

на глубине, равной длине волн, ко­

когда волна выходит на мелкое ме­

лебание жидкости настолько мало,

сто?

что

уменьшается. Энергия воды не мо­

ее

можно

считать

неподвиж­

Толщина

водяного

слоя

ной и заменить твердым дном. Та­

жет

ким образом, для океанских волн

чество воды поднимается на боль­

глубина

100 м будет считаться ма­

исчезнуть,

и

меньшее

шую

высоту.

лой, а коротк~е черноморские вол­

тому,

что

ны испытывают влияние дна только

крутой, а потом с ,шумом опроки­

вблизи самого берега.

дывается.

Законы

волнового

движения

Это

волна

и

коли­

Такую

представить

в

приводит

~тановится

волну

виде

к

очень

нельзя

суммы

гар­

глуб1tна значительно меньше длины

монических колебаний, и она в
буквальном смысле нарушает гар­

волны,

монию.

жидкости

в

том

иные~

случае,

чем

для

если

ее

глубокой

жидкости. Скорость распространения

волны

от

длины

1

теперь, уже
волны,

а

не

зависит

зависит

ЦУНАМИ

от

глуби~ы h:

Итак,

Групповая

скорость

равняется

той же величине. Указанная зави­

симость скорости v от глубины
объясняет одно интересное обстоя­
тельство.
могут

Волны в

дви~аться

в

с

вами

попытались

разглядеть за шумом и брызгами
морс"кого прибоя. закономерности

-fih.

v

мы

движения воды. Теперь можно по­
нять
роды,

такое

грозное

как волны

явление

при­

цунами.

Эти волны образуются при раз­

открытом море

личных геологических катастрофах

самых

в глубинах океана. Это может быть

различ-.

зависимости

оживший подводный вулкан, земле­

от направления ветра, их вызываю­

трясение, образование складок дна

ных

направлениях

в

щего. В то же время гребни при­
брежных во.Ли всегда параллельны
\
берегу. Где и почему эти волны
поворачиваются лицом к берегу?

или появление нового острова. Во

всех· этих случаях бЩiьшая масса
воды испытывает

сильный толчок,

отчего. образуется гигантская вол­

Анализируя предыдущую формулу,

на

можно понять, как это происходит.

этих

Пусть волна ид~т так, что один ее
конец находИтся ближе к берегу,

рами, а длина фронта

чем другой. Ближний конец, нахо­

сота

дящийся на более мелком месте,

всего

имеет

метров, так что - на фоне обычных

меньшую

скорость,

чем

тот

цунами. Поперечные размеры
волн

исчисляются

-

километ­

десятками

и сотнями километров. И хотя вы­
их,

как

правило,

несколько

не

десятков

велика,
санти­

конец, который находится вдали от

океанских

берега.

таят в себе огромную энергию.

Такая

волна

ведет

себя

волн

их

не

видно,

они

93

Такая волна благодаря своей
длине обладает и большой скорос­

шая волна медленно и как-то очень

тью распространения, достигающей

длинно вытащила меня в бухту ...
Отнесло меня Довольно дале­

иногда

ко

км/ч.

700-800

катастрофы волна
ростью

и

тысячи

места

спешит со ско­

современного

островам

От

самолета

материкам,

километров.

к

покрывая

Совершенно

незаметная в океане· на глубоких
местах,

волна

цунами

-

метров

Вокруг

шумело

Чертыхаясь

я

даже

и

уси­

отплевыва­

стаскивать

развернувшись,

сапоги,

случайно

и

взглянул

в сторону океана.

Это было так страшно, что я

меньше.

дело

энергия

шум

стал

становится

ней

и

ясь,

закрыл

в

триста-четыреста.

лился.

неузнаваемой, когда приближается
к берегу, где глубина становится
Скрытая

за

глаза.

Потом

посмотрел

опять. И еще успел подумать, что

мое

дрянь.

Совсем

дрянь.

поднимает бо,льшие массы воды на.

Потому что надо всей этой. мелкой

высоту до

толчеей

м. Гигантская волна

40

обрушивается на берег и оставляет
за собой руины и обломки на месте
городов и

такая

над

шлюп­

нависал темный

переливающийся, застывший и не~
серо-зеленый

водяной

не

кряж. Он валился на меня с нахло­

очень давно произошла на Куриль­

бученной белой, как льдина, грядой

ских

наверху,

-островах.

драматизму

сание

Н.

и

Потрясающее
достоверности

цунами

дано·

Мартьянова

нападает
сила,

из-за

«Не

в

опи­

рассказе

спи!

угла»

по

Цунами

в

Так вот ты какое[

Под

последнее,

что

я

ви­

его косой лоб, и по нему сте­

-

кали

вниз

какие-то

легкомыслен­

ные струйки и разорванные круже­

волна.

взглянул

тобой...

дел

и

ва пены. Это была вторая, главная

(Знание

1965, No 9).

«Я

с

катастрофа

мной,

кой, над бухтой
сущийся

лесов.

Именно

надо

сторону

"
Встретились

низким

Меня оторвало <;>т шлюпки, под­

воды.

мы

светлым

няло, завертело
ло

в

и вдруг выброси­

-

какой-то чужой

мир, чужую

солнцем, перерезая спокойную си­

планету, где не было ни ветра, ни

неву, шла на берег высокая, темная

воды,

и тоже какая-то очень

пены

спокойная

ни

-

земли,

ни

воздуха,

ни

только страшная белая не­

полоса. Вот на ней местами забил­

продыхаемая

смесь,

ся

кая, а в ней

меня поворачивало и

белый,

венчик,
стал

прозрачный

от

солнца

перекатывающийся

нарастать,

и

я

шум

понял,

что

просто не успею добежать ни до
склона,

ни

даж.е

до

мостков

через

поздно.

-

назад

Оставались

тоже

Я

ледяной

пригнулся,

гряда

стоя

и дьявольски

вал

,

задыхавшегося.

Внезапно

это

кончилось.

Гре­

бень цунами ушел вперед, ~ я со­

ДО

и отплевывался, но я дышал, я был

шлюпки

прибрежная

шлюпкой,

оглушенного,

ны еще дальше в океан. Я кашлял
жив! И я не отрываясь смотрел на

Похоже, что эту первую волну

ней.

вяз­

было

них бьmо метров тридцать.
ослабила

швыряло,

и

скользнул по тыльной стороне вол­

нашу речушку.

Оглянулся

медленно

пустая

не то

кам­

рядом

со

холодный

захлестнул,

не

берег и видел, как взлетали в воз­
дух бревна и доски причалов, как в
пене

швырнуло

вперед разваливаю­

щиеся сараи рыбозавода, как .дале­
ко

по

речушке

побежал

высокий

то подтопил нас. Я толком ничего

поворотливый вал. А волна со спа­

не успел сообразить, как отхлынув-

дающим бурым гребнем шла даль-

94

'\

А как ведет себя топливо, ког-

ще и дальше, вот уже были сбиты
крайние домики, и мне показалось,

да

что

невесомости?

грязная

пена

догнала

ние черные пятнышки

послед­

убегавших

нет

ни

находится

В

верха,

в

состоянии

этом
ни

состоянии

низа.

И

если

топливо занимает только часть ба­

людей ...

... Волна

остановилась

и

лениво

поволокла с собой в бухту крыши,
щиты, бочки, шлюпки, ДОСКИ».

.

Сопоставляя
законы

этот

поведения

понять

рассказ

волн,

обстоятел:tJства,

и

можно

сохранив­

встретил

ка, то где оно будет находиться?
Чтобы понять важность этого воп­
роса, представим себе, что произой­
дет

после

двигателя,
лось

включения
если

тормозного

топливо

,

несимметрично

располага­

относительно

оси ракеты. Ракета начнет кувыр­

щие жизнь автору.

Он

ракета

основную

волну

каться, как фейервеJЮчная игрушка.

вдали от берега, где глубина была
большей,

а

следовательно,

волна

КОРАБЛЬ НА ПОДВОДНЫХ

более низкой и пологой.

Но
вать

по

если

не

по

это

законам

человеческим

но

сказать,

ственное

КРЫЛЬЯХ

событие

механики,

законам,

что

его

оцени­
Имеется

а

то

нуж.­

спасло

соб­

ние

еще

одна

область

законов волнового ;:(вижения

жидкости.

мужество.

и

техники, где нужно глубокое зна­
Дешев

.и

надежен

вод­

волнового дви­

ный транспорт. Но ХХ век спешит,

жения жидкости позволяет опреде­

пытаясь обогнать время. И вот на

лить время, за которое волна цуна­

реках появились стремительные су­

ми достигнет берегов, предугадать
наиболее опасные" участки берега.

да

Все

ется. воздух,

Знание законов

это

необходимо

для

преду­

на п~дводных крыльях, для коv
u
u
~орых роднои стихиен скореи являчем вода.

Появились такие суда и на мор­

преждения возможной катастрофы.

ских линиях. Однако плавают они
только в спокойную погоду. И те­

волны в топливном

перь,

ОТСЕКЕ РАКЕТЫ

в

Волны быва~т не только на

перед

тем

плавание,

вы

как

отправиться

должны

ждать

.у

моря погоды. Виноваты в этом вол­

море. Главную часть веса современ­

ны,

ной

ры, то принимают его в свои тяже­

ракеты,

предназначенной

освоения космоса,

кое

топливо.

составляет

Волновое

для
жид­

которые

то лишают

судно

опо­

лые объятия.
В

движение

настоящее

время

ученые

и

топлива в баках ракеты в большой

инженеры многих стран работают

степени

над

влияет

на

ее

движение.

А о точном управлении ракетой без
учета тех возмущений,

какие

вно­

сит волна, не может быть и речи.
К этим возмущениям еще добавля­
ются упругие колебания корпуса
ракеты

созданием

. Исследование

движения

жид­

с

управляе­

мыми подводными крыльями. Сис­
тема

автоматического

так изменяет угол

управления

встречи крыла с

волной, что корпус судна не испы­

тывает

никаких колебаний,

двигаясь

.

судов

вает

из

по
воды

прямой,
и

не

не

и

он,

выскаки­

погружается

в

кости в упругих баках представ­
ляет собой трудную и интересную

волны. Можно себе представить,
каким точным должно быть такое

математическую

управление,

задачу.

как

точно

придется

95

l,s·

определять движение волны! Когда

от плоскости симметрии- на

задача будет решена, морские суда

Когда дельфин плывет в nлоскост 11

будут, как птицы" летать над бушу­

симметрии

ющими
в
в

плавник находится впереди форm-:­

погоду

превратится

тевня на расстоянии от О, 1 до

Если

прогулку.

дельфин

хвостовой
ИСПОЛЬЗОВАТЬ

ВОЛНУ

Океанские волны обладают до­
вольно большой энергией. 1:{тобы
понять это, достаточно увидеть, как

легко качает волна огромный океан­

ский лайнер. Еще большее впечат­
ление

производит

шенных
которые
ударами

зрелище

· разру­

железобетонных
не

смогли

штормовых

Использовать

устоять

дамб,
под

энергию

волн

на по большому пространству. По­
этому пока будем говорить о спорте.
Здесь пример нам подают дельфины.

Многие видели, как небольшие груп­
пы · дельфинов,
расположившись
форш,тевня

движущегося

судна,, плывут долго и быстро без
всяких види'мых усилий. При этом
они плывут непосредственно под цо­
верхностью воды

до глубины

или

1,5-2,0

плывет

плавник

1,5

сбоку,

м.

то

располагается'

позади форштевня на о,з·-о,s м.
Дельфины могут плыть друг за jJ.РУ­
гом

или

друг

над

другом.

Они

приближаются к судну своим ходом
и на расстоянии

м резко сво­

6-9

рачивают к форштевню. Прежде чем
занять постоянное положен~е, пере­

мещаются перед форштевнем впра­

во и влево. Они могут часами плыть

перед

·кораблем,

совершенно

не

двигая плавниками.

волн.

трудно, поскольку она рассредоточе­

вблизи

хвостовой

путешествие

увлекательную

КАК

его

а

просторами,

штормовую

судна,

м"

погружаются

м. Зона их «ка­

тания» располагается вправо и влево

Чтобы ~онять, как удает~я дель­
финам так плавать, обратимся к
рис.

На каждую точку поверхно­

4 7.

сти тела дельфина действует гидро­
статическое

давление,

рцвное

весу

водяного столба в рассматриваемой
точке. Дельфин располагается так,
что его задняя часть находится под

гребнем волны, в зоне высокого гид­
ростатического давления, а голова­

под впадиной, в зоне малого давле­
ния. Разность этих давлений и вызы­
вает

его

поступательное

движение.

Нет сомнения, что большие ветро­
вые

·

волны

· .стаями

также

используются

дельфинов для быстрого и

экономного _передвижения.

Возможн~сть движения за счет
соскальзьшания с переднего склона
волны

используется

катании

на

дос'ке

в

спортивном

(«серфинге»).

Этом вид спорта очень развит в Ав­
стралии и в некоторых других стра­

нах, где большие океанские волны

подходят к самым береrам. Искус­
с:rво такого катания состо~т в уме­
нии

управлять процессом скольже­

ния. Если вы направите движение
круто вниз по склону волны, то смо­

жете обогнатр волну, спуститься в ее
.t>ис.

96

47

впадину. Там вы потеряете скорость,

::- ..;

.

.~·::::::::::::::::;:::== ·=· ••
'

J,~:~:;,;·,~;'-~,:• " '';

!

Рис.

доска

погрузится

в

воду,

а

волна,

r

48
дов,

когда

волновое сопротивление

настигнув, накроет вас своим греб­

превосходит

нем.

смоченной поверхности судов, кото­

Медленное

сQскальзывание

приведет к тому, что волна вас обго­

рая

в

этом случае

Если

нит и вы окажетесь на заднем скло­

сопротивление

трения

удваивается.

говорить о практическом

применении такой конструкции, то

не ее.

Значительно

меньше искусств.а

нужно иметь в виду, что расстояния

нужно, чтобы оседлать волну на лег­

между

кой лодке, однако в этом случае, как

большими и к тому же д_олжны ме-

правило,

няться при изменении скорости дви-

чтобы

нам

не

хватает

скорости,

отстать от волны .. При

достаточной
можно

не

мощносrи

постоянно

.

на

могут

оказаться

'

жения.

Однако для спортивных

двигателя

удерживаться

корпусами

например,

парусных

судов,

судов

класса

переднем склоне волны. При этом

«Торнадо» это обстоятельство не бу­

расход топлива в двигателе сущест­

дет

венно уменьшится.

пятствием.

Рассмотрим

два рядом

щих корабля (рис.

служить

непреодолимым

Описанный

плыву­

катамаран

пре­

только

При доста­

частично утилизует волновое движе­

точно близком расположении каж­

ние. Поставим перед собой вопрос,,

дый из них оседлает волну другого и

можно ли создать судно, движение

48) .

будет испытывать дополните.Льную
толкающую силу. Если· мы захотим
постоянно

использовать

преимуще­

ство парного плавания, объединим

эти два корабля общей надстройкой.
А чтобы выпуклость внеiuних бортов
не создавала лишней волны, обре­

которого

не

вызывает

волны.

Кораблестроители твердо знают,
что

движение

всякого

водоизме­

щающего тела вблизи свободной по­
верхности будет сопровождаться
волновым движением. Показать, что
это утверждение не всегда справед­

получится ката­

ливо,- это значит цоколебать <?дну

маран с малым волновым сопротив­

из важнейших концепций теории ко­

лением. Само собой разумеется, что

рабля. Для практики этот вывод
указал бы путь, - на котором можно
уменьшить корабельную волну.

жем их вдоль оси

такая

-

конструкция

эффективна

только для быстро плавающих су7. В. И. Мерку.по+

. 97

1

Образование волны, во-первых,
требует мощности и, во-вторых, при­

И если передние лопатки работали в
насосном реЖиме и требовали под­

водит к разрушению берегов. По­
следнее обстоятельство в настоящее
время привлекает к себе все большее

будут работать в турбинном режиме
и требовать отвода такой же мощ­

внимание.

ности.

вода

мощности,

то

задние

лопатки

Возьмем тонкий стальной лист,

Управляющие воздействия, при­

погрузим его в водяной поток. При

ложенные к воде на входе и выходе

параллельном

из

положении

направлению

листа

потока

никакой

волны

канала,

делают

возмущающее

возможным

движение

не­

тела

в

практически не образуется. Ничего

жидкости.

не

корабля такие условия не рассмат­

изменится,

если

этот

же

лист

согнуть в прямоугольную коробку с
образующимися плоскостями, па­
раллельными

дель судна, если во внутренней части

сделаем

риваются

необходимые

утолщения.

и

такие

течения

теории
не

дос­

тигаются.

Математическое моделирование

скорости воды.

Мы превратим эту коробку в мо­

В традиционной

описанного течения не вызвало

ни­

каких трудностей. Однако при физи-

, ческом

моделировании и тем более

Однако теперь не вся вода, приходя­

при выдаче рекоме·ндаций для прак­

щая к входному отверстию, войдет

тики мы должны учесть еще и требо­

во внутренний канал. Часть ее нач­

вание простоты инженерной реали­

нет обтекать трубу с внешней сторо­

зации.

возмущениям

В испытанной нами модели суд­

внешнего потока и к образован11ю

на с малым волновым сопротивлен,и­

ны, а

это

приведет

к

волны на свободной поверхности.
Этого можно избежать, если на вхо­
де в межкорпусное пространство по­

ем вместо двух управляющих меха­

низмов использовался один судовой

движитель (в данном случае гребное

ставить колеблющиеся крылья, ко­
торые должным образом воздейст­

колесо), расположенный между кор­

вовали бы на поток и подталкивали
воду внутрь. Для любой геометрии

Верхняя стенк.а канала отсутствова­

внутреннего

канала

можно

указать

необходимое управляющее воздей­
ствие, которое бы гарантировало
требуемый режим течения.
Если пренебречь вязкостью во­

пусами в· самой узкой части канала.

ла и заменялась свободной поверх­
ностью. Как видим, исходная модель
претерпела

значительные

изме-

• нения.
Однако подбором режима рабо­
ты движителя мы могли добиваться

ды, а при изучении волнового движе­

условия, при котором в~сь объем

ния это вполне допустимо, то можно

жидкости,

воспользоваться

принципом. обра­

входного сечения, проходил в канал.

тимости. Применительно к рассмат­

Кроме этого, движитель компенси­

риваемому

выражается

ровал гидравлические потери канала

лопатки .про­

и, само собой разумеется, выnолнял

в том,

что

случаю

если

он

одни

приходящийся

толкнули воду в канал и обеспечили
отсутствие возмущения в набегаю­

полнительный

щем потоке, то такие же лопатки на

мый для движения.

против

свои прямые функции: .-;оздавал до­

импульс,

необходи­

выходе из канала, но работающие в
обращенном
режиме,
обеспечат

лило, если говорить в целом, убе­

согласование вытекающей воды со

диться

спутным

ких рекомендаций. Не менее инте-

98

невозмущенным

потоком.

.

Испытание такой модели позво­
в

правильности

теоретичес­

ресными являются и частные наблю­

сироп-толкачей, так как- он позво­

дения.

ляет

На свободной поверхности возникают

носовые волны

от

каждого

канал.

При

определенном'

увеличить

тя­

гу, а, следовательно, и КПД бук­
сира.

В главе «Гидродинамические ма­

корпуса, которые входят в межкор­

пусный

значительно

ШИfJЫ» мы рассказали, каким обра­

режиме движения и работы движи­

зом создается тяга гребным винтом.

теля

Те же законы применимы и в рас­

эти

1юлны

·

интерферируют

между собой, а также с волной, воз­

сматриваемой

буждаемой движителем, и внешний

только корпус судна считать насад­

поток

ком винта.

остается

практически

невоз­

конструкции,

если

Ометаемую площадь винта при

мущенным.

Нетрадиционными оказываются

этом

следует

определять

и условия работы движителя. По­

щади

выходного

нижение уровня воды перед движи­

пусного канала, а требуемую тягу

телем и увеличение уровня воды пос­

определять

ле движителя привело к появленим;>

нию внешней поверхности корпуса.

сечения

только

по

по

пло­

межкор­

сопротивле­

тяги на корпус, которая превосходи­

Так как ометаемая площадь в этом

ла тягу на движителе и сопротивле­

случае будет большая, а сопротивле­

ние корпуса,

ние

вместе взятые.

Такой режим, который наблю­

малым,

рости

дался только при малых скоростях,

малым.

эффективно использовать для бук-

КПД

7•

после

то

и

приращение

винта

Оrсюда

должно

следует

движительного

ско­

быть

высокий

комплек,са.

ГИДРОДИНАМИКА ЖИВОТНЫХ
для измерения скорости этой рыбы

ЧЕМПИОНЫ ПОДВОДНОГО

·

ПЛАВАНИЯ

трудно придумать. Измерения пока­

зывают, что в течение нескольких

О скоростях, достигаемых морс­

секунд

он

движется

со

скоростью

· все.

км/ч. А меч-рыбы питаются тун­
цами. В литературе за меч-рыбой ут­
вердилась скорость 130 км/ч. Такая

таки они основаны на фактах, за­

скорость не достижима ни.для одно­

кими .животными,

ходят

целые

ле­

генды. Конечно, многое в этих ле­

гендах

-

преувеличение.

ставивших

" ученых

Но

провести

стро­

спиннинга.

100

подводного

судна.

леску

быстрые дельфины, которые, хотя и
не развивают таких больших скорос­

возможности

тей, однако дают хороши)i пример

Крупный тунец, проглотив жив­
начинает

го

Вызывают восхищение ловкие и

гие измерения.

ца,

90

разматывать

Лучшей

экономичного

использования

неЦ' должен либо превосходить по

энер­

гетических ресурсов, заключенных в

своей мощности табун в

их мышцах.,

дей, либо иметь весьма эффектив­

· Говоря
вспомнить

о

дельфинах,

парадокс,

ный способ снижения гидродинами­

уместно

который

100 лоша­

ческого сопротивления.

лет

Не

нужно

тридцать назад сформулировал ан­

быть специалистом, чтобы понять,

глийский физиолог Грей. Опреде­

что холоднокровная рыба, исполь­

лив

возможности

зующая для окислительных процес­

дельфина и сопоставив их с необхо­

сов кислород, растворенный в воде в

димой·

энергетические

мощ­

весьма малой концентрации, _не мо­

ностью, он пришел к выводу, что тре­

жет соперничать в мощности с табу­

бующаяся мощность раз в семь пре­

ном теплокровных животных. Кроме

восходит возможную. Из этого про­

того, на хвостовой плавник тунца,

тиворечия Грей сделал закономер­

обеспечивающий его движение, ра­

ное предположение, что дельфин об­

ботает

'.ладает

мышц. Остальные мышцы не связа­

для

его

движения

эффективным

.который

уменьшает

механизмом,

гидродинами­

ны

с
1

твердой моделью в

ли

тяги ·не

треть

плавником

могут

и

всех
в

со­

участвовать.

Если бы водные обитатели испы­

тр1вали

семь раз.

одна

хвостовым

здании

ческое сопротивление по сравнению

с контрольной

только

такое

сопротивление,

как

Правда, в последнее время нача­

построенные человеком суда, то они

подвергать

не могли бы осуществить дальние

сомнению

точность

вычислений Грея и вместо семи на­

миграции

по морям и

океанам.

зывают цифру четыре, и к этому до­

Следовательно, природа допус-·

бавляют, что при кратковременной

кает такое движение в воде, которое

работе дельфин может развить мощ­

сопровождается

trость, в четыре раза превосходящую

лением.

в

нормальный уровень. Эти сомнения

чем

же

малым

секрет

сопротив­

быстрого и

и ;вызвали вопрос: существует ли па­

~кономичного плавания водных жи­

радокс Грея?

вотных? Чтобы разобраться в этом

Приведем

один

простой

при­

процессе,

мер, который позволит нам занять

рыми

по этому вопросу совершенно ~:шре­

ВОДНЫХ

познакомимся ·с

сторонами

некото­

гидродинамики

ЖИВОТНЫХ.

деленну:Ю позицию. Для .этого вы­

числим сопротивление дирИжабле­
видного тела диаметром

0,5

ПРИРОДНЫЕ ДВИЖ.ИТЕДИ

м и дли­

2,25 м, движущегося со скоро:..
~тью 25 м/с. Согласно многочислен­

Для того чтобы какое-либо тело
могло двигаться в воде, необходимо

ным

наличие

ной

экспериментальным

данным

силы,

уравновешивающей

сопротивление такого тела равняет­

гидродинамическое

ся 3000 Н. Чтобы двигать его со ско­
ростью 25 м/с при стопроцентном

ние. Как известно, в созданных че­

коэффициенте полезного действия,

. тр~буется 100 Л. с. Рассмотренное
' дирижаблевидное тело можно срав­
нить с тунцом, который имеет такие
~-ж.е размеры и может двигаться, как

.

сопротивле­

ловеком конструкциях такую силу

создают гребные винты-движители,
которые
отбрасывают
сильную
струю

воды.

А

как

создают

силу

тяги рыбы, дельфины и другие оби­
тат~и водной среды!

мЬl. знаем, с такой же скоростью. Это

.При простейшей классификации

сравнение нав(щит на мысль,.что ту-

движителей, используемых водными

101

животными, мы должны указать три

ка будет двигаться с ускорением;

их типа: гидрореактивный, гибкую

тогда в каждый последующий мо­

пластинку,

машущее

движитель

мент времени она будет находиться
в потоке с большей скоростью, чем в

крыло.

Гидрореактивный

животных работает так же, как и во­

предыдущий. Так как в создании тя­

дометный движитель, созданный че­

ги участвует вся поверхность, то та­

ловеком. Мощный мускульный ме­
шок кальмара выталкивает воду че­

кой движитель способен вызвать
большое ускорение, хотя КПД его

рез

тем

будет не очень высок. Описанный

воронки

механизм создания тяги целесооб­

узкое

создает

отверстие

тягу.

воронки

Поворотом

осущестмяется

изменение

и

направ­

разен

в

тех

случаях,

когда

нужно
,

ления движения. 'способность каль­

сдела,ть рывок, например, для прео-

мара изменять объем обусломивает

доления водопада, при погоне за до­

некоторую специфику его движения.

бычей. Угорь, форель дают прекрас­

При уменьшении

ный· пример такого движителя. Бо-

происходит

массы

кальмара

дополнительное

. лее подробно рассмотрим третий тип

увели­

чение скорости движения. Правда,
при

следующем

цикле,

когда

движителя.

мус­

кульный мешок будет набирать во­

МАШУЩЕЕ КРЫЛО

ду, произойдет такое же торможе­

Наиболее высоким КПД об~ада­

ние. Однако в том случае, если каль­
мар удирает от хищника,
равномерное движение в

такое

не­

ет

движитель

ло».

сочетании

Такое

типа .«машущее

название

кры­

объясняется

может

сходством действия ·плавника с ра­

дать ему определенные преимуще­

ботой крыльев птиц. Да и по своей

ства.

форме

с

высокой

маневренностью

Более распространенным

ямя­

очень

ется второй тип движителя, который

мы

назвали

Чисто

гибкой

приводит

напоминает

плавник
форму

тунца

крыльев

таких птиц, как ласточка или стриж.

пластинкой.

К указанному типу движителей

колебание

относятся хвостовые uлавники мор­

периодическое

пластинки

хвостовой

к

ских

поямению

млекопитающих. и

чемпионов

как силы тяги, так и силы торможе­

подводного

ния. Чтобы гибкая пластинка созда­
вала тягу, она должна изгибаться по
закону бегущей волны. При этом

меч-рыбы. В отличие от рыб, у мле­

амплитуда

волны

должна

'

движения

приведет

к

инерционных

точек

сти и колеблется в вертикальном

возрас­

сил

со

реакции

стороны

жид­

направлении,

.

Такие

движения

вертикальной

Благодаря

нарастанию

эти

оказываются

силы

тяги,

силу торможения.

амплитуды
разными,

крылья

.

у

млекопитаю­

щи:х, дышащих воздуХО'tf, обеспечи­

каждой волны

создают силу

как

птиц.

вают

-

почти
\

кости. Эти силы на заднем склоне
а на переднем

и

положен в горизонтальной плоско­

пластинки

поямению

тунца

копитающих хвостовой плавник рас­

тать от носа к хвосту. Нестационарность

плавания

им

хорошую маневренность в

плоскости.

Однако

вдали от свободной поверхности, где
горизонтальные и вертикальные направления

не

'

отличаются

друг

от

отчего суммарная сила будет отлич­

друга, работа движителя рыб и мле­

на от

копитающих

нуля.

не

имеет

различия.

Положительный вклад сил ока­

Каков механизм создания тяги у

зывается еще больше, если пластин-

такого движителя? При поперечном

102

Рис.

49

колебании хвостовой плавник как бы

де,

закручивает

ность

воду,

создавая

вокруг

кроме

того,

измерять

имелась

возмож.­

мгновенное

значе­

себя вихревой жгут. Концы этого

ние силы тяги и потребля~мую мощ­

вихревого

ность.

жгута

сносятся

потоком

Эти

измерения

показали

вниз. Смыкаясь, жгут образует коль­

большую эффективность такого ти­

цо,

па движителя. В частности, сила тя­

одним из

ляется

сам

участков

плавник.

которого яв­

В

крайних

ги в швартовом режиме, т. е. при ис­

верхнем и нижнем положениях хво­

пытании в неподвижной жидкости,

стовой плавник для смены направле­

ния делает резкое движение, благо­

оказалась почти в ч!Тыре раза боль­
ше, чем у обычного движителя с той

даря которому вихревой жгут сры­

же ометаемой площадью и с той же

вается с плавника. От плавника от­

частотой вращения. Расход мощно­

рываете я замкнутое вихревое

сти на единицу силы тяги при этом

коль­

цо и начинает формироваться новое.

также

На рис.

показана схема создавае­

Именно этим объясняется способ­

мых ·хвостовым плавником вихрей.

ность дельфина стоять, почти пол­

Внутри вихревого J(Ольца скорость

ностью ВЫСУНУВШИСЬ ИЗ

49

воды больше, чем снаружи. Это со­

оказался

несколько

меньше.

ВОДЫ.

Создаваемая таким движителем

направленную

тяга зависит от ометаемой п.Лавни­

вниз по потоку. Очевидно, что,так же

ком площади. А так как поперечные

как и у гребных винтов, созданне та­

размеры

кой струи приводит к появлению си­

перечные

лы тяги, приложенной к хвостовому

ометаемая

плавнику.

больше поперечного сечения тулови­

здает

струю

воды,

Какими достоинствами обладает

плавника
размеры

превосходят по­
туловцща,

площадь

то

и

оказывается

ща дельфина или тунца. У

судов,

такой механизм создания силы тя­

созданных

ги? -Исследования движителя типа

ометаемая гребными винтами, всег-

«машущее

да намного меньше поперечного раз-

крыло»

проводили

на

человеком,

площадь,

•

специальном испытательном стенде,

мера судна.

в гидродинамическом лотке. Именно

мощью узкой струи заметную тягу,

там была обнаружена вихревая кар­

приходится · отбрасывать ВОдУ с
большой скоростью. Кинетическая

тина, которую мы описали. На стен-

Чтобы создать с по­

103

.

энергия

такой

струи

-

это

и

СЕКРЕТЫ БОЛЬШОЙ

есть

потерянная энергия. У рыб и дель­
финов струя, образованная вихрем,
очень широкая, и необходимая тяга

СКОРОСТИ

образуется уже при малой скорости

Итак,
мы
убедились,
водные животные обладают

в этой струе.

личными,

Мада и потерянная

подчас

совершенными,

мощность. Эти достоинства позво­

механизмами

ляют морским животным развивать

Однако это нискqлько

большие скорости. Тело у них вере­

на

тенообразное

связи

Мощная

и

малоподвижное.

мускулатура

заставляет

вопрос,

с

что
раз­

создания

который

тяги.

не отвечает

возникает

, irарадоксом

Грея.

в

Ведь

движитель·-служит лиwь средством

колебаться довольно жесткий хво­

превращения

стовой

в тягу, необходимую для движе­
ния. Каким бы совершенным ни
·был этот движитель, он не может

плавник с

большой

1

•

то той.

час-

Заметим, что возможно и ком­

бинированное

использование

двух

типов движителей.

В минуту опасности работает
весь плоский корпус, обеспечивая
В спокойном состоянии
как

хвостовой

только

наиболее

рабо-

плавник

экономичный

дви-

иметь КПД выше 100%. Чтобы
быстро двигаться,
нужно иметь
либо бQльшую мощность, либо ма­
лое сопротивление. Большую мощ­
зиологическим

читателей,

увлекающихся

меньшим

вопрос,

вать

ножные

как

усовершенство­

ласты

Выпускаемые

в

для

человека.

настоящее

время

значит,

сопротивлением,,

модель,

чем

сqпротивление

ее
ко­

торой нам известно.

Первое, в чем обычно ищут объ­

подводным спортом, ,может возниJ<­
нуть

причинам;

она должна обладать значительно
твердая

житель.

У

усилий

ность рыба не может иметь по фи­

большую тяговую силу.
тает

мускульных

яснение большим скоростям водных
животных,- это их форма. Дейст­

ви.тельно, форма быстроходных рыб

ласты являются комб~нацией гиб­

и

кой пластинки и машущего крыла.

шенна. Характерно, что хотя рыбы

Причем достоинства обоих движи­
телей используются слабо. Появив­

и

чаются

шиеся

д.;~инные

и физиологическ.им признакам, оди­

улучшили

наковые условия плавания привели к

в

последне& время

моноласты

несколько

млекопитающих

млекопитающие, сиnьно
по

тягу за счет использования гибкой

большому

пластинки.

форм.

Проведенные
казали,

что

крыло»

будут

исследования

ласты

типа

намного

более

эф­

своему

скажем,

ной

!\fepe

что

совер­
разли­

происхt?ждению

сходству

Опере.жая

по­

«машущее

весьма

их

вопросы

внешних
читателя,

судостроители

в

пол­

использовали опыт живой

фективными. Однако устройство их

природы.

более сложно. В
гибкую пластинку

времен второй мировой войны имели

то время как
можно изгото­

Если

подводные

большую длину, отношение которой

вить из пассивных упругих элемен­

к

тов

современные лодки имеют

подходящей

шущее

крыло

требует

принудительной
крайних
жениях.

104

жесткости,

верхнем

ма­

механизма

перекладки
и

нижнем

в

лодки

диаметру

достигало

11-13,

то

форму,

близкую к форме тунца, с отноше:

нием длины 'к диаметру

поло­

5-6.

Однако хотя оптимальная фор­
ма

и

позволяет

уменьшить

расход

:мощности

и

увелИчить

значительно больше, чем у испы­

скорости

подводных лодок.J экономичность и

танных

скорость

живот­

полимеров, и способ подачи слизи

ных остались недостигнутыми. Ведь

в пристеночный слой бQлее совер­

плавания

водных

человеко·м

синтетических

парадокс Грея, о котором шла речь

шенен,

выше,

предположить, что рыбы достигают

относится

именно.

к

этим·

в

опытах,

то

можно

большего эффекта с меньшим рас­

оптимальным формам.

В чем же МО}КеТ быть секрет
быстрого

чем

плавания?

ходом

Напомним,

влено в

что течение вязкой жидкости может
быть двух типов: слоистым

вещества,

чем

осущест­

опытах.

Теоретический

полимерных

(лами­

это

анализ влияния

добавок

показывает,

нарным) и турбулентным" с бурным

что они способны увеличить допус­

перемешиванием слоев.

тимые

Л~гко

по­

размеры

и

скорости,

нять, что во втором случае гидроди­

которых

сохраняется

намическое

течение,

только

сопротивление

движе­

нию будет значительно больше. Ка­
ким

путем

можно

пределах.

путей

Один из эффективных

это

введение

полимерl{ых

добавок, изменяющих физнческие

ограниченных

Следовательно,

.

питающие

должны

механизм

снижения

ния, не

крупные

·Иметь

другой

сопротивле­

связанный со слизистыми

выделениями на поверхности кожи.

Здесь

свойства жидкости. Действие поли­

мерных добавок может быть дво­
яким. С одной стороны, добавки мо­

ламинарное

и быстроплавающие рыбы и млеко­

предотвратить

переход ламинарного течения в тур­

булентное?

в

при

уместно

вспомнить

упруго-деы:пфирующе:м

об

покрытии,

изобретенном америка·нским ·инже­

гут УJ:lеНЬШИТЬ ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТИ В

нером Крамером, которое модели­

пристеночном

рует такое ~-покрытие

слое,

длинные. молекулы

а

с другой

полимеров

-

спо­

у дельфина.

Не 'будем останавливаться на, кон­

собны воспрепятствовать мелкомас­
штабным. возмущеНиям,
которые
характерны для турбулентного те­

ми оно должно обеспечивать погло­

чения..

щение

Важным

свойством

мерных добавок

является

поли­

то,

что

струкции

такого

покрытия,

а

ска­

жем только, что своими свойства­

.

всех

которых и

.

возмущений,

приводит к

развитие

разрушению

указанный эффект оnи вызывают

ламинарного течения. Проведенные

при

Крамером эксперименты показали,

весьма

низких

полимера

кость

в

охлаждающую

радиатора

противление на
в

концентрациях

Добавка такого

10-4 %).

3

(10 -

жидкости

уменьшает

70%.

диск

жид­

ВращающийС)I

при

наличии

лимерных добавок испытывает
60% меньшее сопротивление.
Все

.

данные
тое

эти

по­

шить сопротивление на 40%. ·осо­
бенностью так~го покрытия явля­
ется то, что оно .. вызывает умень­
шение

сопротивления

только

в

уз-

на

~ ком диапазоне скоростей. Вне этого

экспериментальные

диапазона это покрытие способно
даже увеличить сопротивление. Не

позволяют

покрытие

со­

что его покрытие способно умень­

считать

многих

слизне-

костистых

исключена

торые

пользуются

жения

бом

со­

что

неко­

'и

рыбы

таким

спосо­

млекопитающие

рыб эффективным средством сни­
гидродинамического

возможность,

именно

снижения

Кроме

нять

молекуляр­

апазон(;\ допустимых скоростей они

выделений

могут регулировать упругие. свойст-

ный

во

внимание,

вес

что

слизистых

s: В. И. Мер1rулов

того,

для

сопрот~вления.

противления. Если к тому ж~ при­

расширения

ди­

105

ва своего покрытия. Однако и этот

причинам. Во-первых, на всей дли~

способ

не

снижения

сопротивления

тe,zia

должно

no

укладываться

становится неэффек1:ивным с рос­

меньшей мере несколько десятков

том размеров и скоростей. Поэтому

таких

даже у дельфина,

кото-

них указанное течение только бу­

метра

дет формироваться, и лишь после.

,

рого

при

длине

скорость
тела

два

волн,

так

как

в

первых

иа

достигает 10-15 м/с, а тем более
у тунца и меч-рыбы следует искать

дующие

другой механизм снижения

вторых, малый размер волны нужен

сопро­

будут

уменьшения

служить

целям:

сопротивления.

Во­

еще и для устойчивости ламинар­

тивления.

Таким механизмом может быть

ного течения между гребнями волн.
При больших размерах волны это

бегущая по поверхности тела вол­
на. Остановимся· более подробно на

течение

том, какое именно течение форми­

вратившись в бурное турбулентное

руется вдоль бегущей волны и бла­
годаря чему она способна умень­

течение. Вот почему бегущая волна,

шать

противления, должна в корне

сопротивление.

На

рис.

50

показано, как течет жидкость меж­

ду

гребнями

волны.

Передний

может

разрушиться,

предназначенная для

пре­

снижения

со­

отли­

чаться от крупномасштабной вол­
ны, которая обеспечивает водному

фронт волны как бы выбрасывает

животному

жидкость в поток, а задний фронт

этот факт потому, что в популяр­

откачивает

эту

жидкQсть.

Таким

образом, бегущая волна заставляет
двигаться

вдоль

тела

некоторый

ной

тягу.

Мы

литературе

эти два

подчеркнули

часто

смешивают

типа волн.

Другое условие, котррому дол­

слой жидкости. Именно это обсто­

жна удовлетворять, бегущая волна,

ятельство

это

и

приводит

к

уменьше­

согласование

скорости

движе­

нию сопротивления. Однако чтобы

ния тела и_ фазовой скорости вол­

такое

ны,' так как бегущая волна способ­

но

течение

выполнить

ных условий.

волны
малой.

реализовалось,

несколько

нуж­

специаль­

Прежде всего длина

должна быть достаточно
Это необходимо по двум

на

не

только

уменьшать,

но

и

уве­

личивать сопротивление. Д-ля про­

верки

эффективности

бегущей

волны была изготовлена специаль-

-

ная модель, которая получила шут-

ливое

наименование

доска».
что

«стиральная

Эксперименты

показали,

если скорость движения волны

меньше половины скорости движе­
ния

модели,

следней
гладкой
шим

TD

сопротивление

больше

сопротивления

поверхности.

ростом

противление

по­

С

скорости

дальней­

волны

уменьшается,

и

со­
при

равенстве скоростей модели и вол­

ны

оно

становится

в

3-4

раза

меньше сопротивления гладкой по­
верхности.

Какое же устройство генериру­

Рис.

106

50

ет и поддерживает бегущую волну?
Таким механизмом может быть

rи:дро-упруrий флаттер поверхности

животного, т. е.
автоколебания
упругого тела в быстром потоке
воды. Подобно тому как ветер вы­
зывает на поверхности моря бегу­
щие

волны,

жет

вызвать

фина

или

движуща':lся
волны

на

тунца.

вода

коже

мо­

дель­

Напрягая

или

Чи:rатель
если

известен

механизм

сопротивления,

не

применяют

дах?

На

это

спросить:

может

то

до

снижения

почему

сих

пор

имеются

же

его

на

су­

свои

при­

чины.

Во- первых, бегущая волна спо­
собна не только уменьшать сопро­

ослабляя подкожные мышцы, жи­

тивление,

вотное может

И следует провести "довольно слож­

свойства

регулировать упругие

своего

покрытия

страивать

их

в

скорости

плавания.

и

зависимости

на­
от

Заканчивая

Ж?

и

увеличивать

ные : эксперименты,
параметры

волны,

его.

чтобы

найти

которая

будет

уменьшать сопротивление.

рассказ о влиянии бегущей волны,
скажем, что с таким объяснением

первой,

хорошо

ный характер. Сделать корабль с та­

согласуется

парадоксаль­

Вторая

ный, на первый взгляд, факт нали­

кими

чия

которых

тела

шероховатости

у

таких

вотных,

как

меч-рыбы.
и

той

поверхности

быстроходных
акулы,

сцепление

частью

чисто

стенками,
могут

отличие

от

конструктив­

упругие

свойства

меняться,

довольно

сложная задача. Однако для чело­

парусники,

века важно познать эффективность

воды,

природных приспособлений,

а за­

те­

тем он может либо повторить их,

которая

либо найти удобное для себя ре­

между

увлекается бегущей волной.

8*

имеет

в

жи­

Шероховатость как бы

увеличивает

лом

на

причина,

шение.

ПОЛЕТ в ЖИВОЙ ПРИРОДЕ
ПЛАНИРУЮЩИЙ ПОЛЕТ

ляет свой полет слишком неэконо­
мично.

Совсем
вистью

с

недавно человек с

смотрел

легкостью

расстояния,

на

птиц,

покрывали
а

он,

царь

за­

ем

108

птицами
т.ого,

что

ласточка,

стриж,

большие

летают

со

скоростью

100-

природы,

превосходства

омрачается
человек·

почтовый

орел,

ся летать и летает теперь быстрее
и дальше Любой птицы. Однако
над

как

голубь,

пать по земле. Но человек научил­

чувство

птицы,

которые

вынужден был медленно пересту­

законное

Такие

сознани­
_осуществ-

110

км/ч.

перелеты

Дальние беспосадочные
служат

доказательством

большой:
экономичности
полета
птиц. Колибри -. самая маленькая
из

птиц

пролетает

Мексиканским

800

за

ночь

заливом

над

более

км. , Золотая ржанка летит зи­

мовать

из

Новой

Шотландии

в

южную Америку и в хорошую по­

жены вдоль туловища, разворачива­

году, по наблюдению орнитологов,

ются над водой, образуя несущие

преодолевает расстояние в

4000

плоскости. Благодаря большой ско­

км

рости и большой площади плавников

за 48'ч.

рыба отрывается от ВОДЫ 1 IIОЛНОСТЬЮ

Образы Икара и Дедала отража­
ют

извечное

летать.

стремление

Как

ни

и

человека

прекрасны

совершает

Пролетев

совре­

планирующий

20-40

м,

полет.

рыба

снижа­

менные воздушные лайнеры, в ко­

ется настолько, что хвостовой rщав­

торых

ник вновь касается воды. Энергич­

мы

за

считанные

часы

переносимся в города 'Сибири и

ные

Средней Азии, они. являются т,оль­

новое

ко

а

зультате .чего рыба снова отрывается

пассажи­

от воды и прод01,1жает планирующий

транспортными

средствами,

мы являемся пассивными

движения

хвостом

увеличение

вызывают

скорости,

в

ре­

полет.

рами.

Иначе себя чувствуют летчики­
спортсмены

на

специальных

Некоторые виды лягушек име­
ют

спор­

на

ладах

удлиненные

пальцы,

тивных самолетах. Послушная ма­

между

шина

понки значительной площади·. Взо-

делает

воздушной

тивная

человека

стихии.

авиация

сложных

и

покорителем

Однако

спор-

требует довольно

дорогих

технических

-

которыми

натянуты.

"'

.

бравшись на дерево, такая лягуrµка
способна
перелететь, · планируя
сверху вниз,

расстояние до

.J

средств,

предъявляет

высокие

тре-

пере­

· .

Среди

рептилий

20

м.

планирую­

бования к летчику-спортсмену. Эти

щему

причины

тающий дракон и несколько видов

препятствуют

массовому

'

•

распространению

спорта.

И

1

авиационного

миллионы

людей,

кованных к земл~ силой

при­

тяжести,

вынуждены томиться от неудовлет­

воренной, жажды полета. А рядом~

в

одном

резвятся

с

нами

небе,

.стрижи,

беспечно

пролетают

в·

полету

к

приспособились ле­

змей. Несущая поверхность у лета­

ющего дракона образована склад­
ками

кожи,

расположенными

по

бокам туловища и поддерживаемы­
ми
удлиненными
ребрами.
Эта
маленькая ящерица, обитающая в
лесах
на
юге
Азии,
сш)собна

дальние страны журавли. Летатель­

летать между деревьями, стоящими

ный

на расстоянии
,

аппарат

их

предельно

прост

и доступен, кажется, любому жи­

·70

м друг
от друга.
.

Летающие, ~ точнее, планирующие

вому существу.· Этим объясняется
исключительный· интерес к пробле­

что оно напоминает ленту. В таком

ме

состоянии

машущего

полета

со

стороны

змеи

так

молодежи. Попробуем и мы разо­
браться в некоторых «секретах~

которые,

полета птиц.

стволу.

Планир_ующим

птиц,

пользуется

полетом,

кроме

большое

коли­

прыжки

сплющивают

с

они

совершают

вершины

они

Вымершие
летающие

~

свое

тело,

свои

деревьев,

забираются
в

ящеры

конце

-

на

·по

мезозоя

птерозавры

-

чество животных. Например, лету­

имели длинные крылья

чие рыбы энергичными движения­

тательной перепонки, опорой кото­

ми

рой служил удлиненный палец пе­

хвостового

скорость

18

плавника

м/с,

развивают

которая

оказы­

вается достаточной для частичного

выхода из воды. После этого груд­

ные плавники, которые были ело-

'

редней

конечности.

в виде ле­

Некоторые

, представители этой группы дости­
. гали гигантски~ раЗмеров (размах
крыльев до 7 м). Из-за низких
109

аэродинамических

завры

едва

летунами.

птеро­

будет некоторое время сохранять­

хорошими

ся. В тот момент, когда движение

качеств

ли

были

Однако

планирующий и

птицы

относительно

воздуwной

парящий полет они могли исполь­

массы полностью прекратится, пти­

зовать в полной мере.

ца·, должна

повернуть

по

ветру.

Последующее планИ:рование повет­
ру

ПАРЯЩИЙ ПОЛЕТ
К

приведет

ее

в

ту

же

точку

на

местности, но на большей высоте.

планирующему

полету

Повторяя

не­

описанные

движения,

посредственно примыкает парящий.

она будет подниматься все выше

Действительно,

и

интенсивном

будет

план~рование

восходящем

сопровождаться

горизонтальным
и

подъемом

при

полетах

в

не

как,

Другой

только

перемещением,

вверх,

рения

показывают,

например,

используют

осуществлять,

порывы

против

птицы.

вид динамического па­

можно

пользуя

но

планеров.

Многие

выше.

потоке

что

ветра

времени,

ветра.
если

в

когда

промежуток

ветер

усиливается,

аист,·

начинался

могут

воздухе,

ни

часами
разу

не

держаться
взмахнув

завершении

зывается

в

летит

тот

и по ветру, когда он
по

Расчеты

птица

этот вид попета как наиболее эко­
номичный. , Такие птицы, как аль­
батрос, серебристая чайка, черный

то

ис­

выше

осла.бевает,

цикла

точки,

цикл.

~на

с

Полет

ока­

которой

птиц

по

восходящей винтовой линии, кото­

кры­

льями. Однако способы парения
птиц более разнообразны, чем пла­

рый

неров.

чения высоты. Н9 и при движении

Кроме

парения

в

можно

часто

наблюдать

природе, служит только

восходящих

в

одном

направлении

для

птицы

в

увели­

могут

потоках, птицы способны использо­

осуществлять

вать

пространственную

ние. Для этого им достаточно ме­

ную

неравномерность

потоков.
парения
рость

той.

Рассмотрим
в

Пусть

ветру с

нять

встречных

потоке,

возрастает

птица

времен­

с

из

скорости

угол

высо­

по

высо-

МАШУЩИЙ ПОЛЕТ

·

ты. При этом скорость птицы ·будет
складываться

. образом

высотой.

ско­

планирует

какой-то начальной

подходящим

паре­

атаки крыла и лететь с переменной

возможность

воздушном

которого

и

динамическре

ветра

и

Планирование и ·парение, хотя

и представляют экономичные фор­

скорости планирования .. Достигнув

мы

некоторой

только с некоторой начальной вы­

пенно

скорости,

поворачивает

птица

посте­

навстречу

вет­

ру. Встречная скорость будет почти
в два раза больше скорости ветра.
При этом подъемная сила крыльев

полета,

могут

осуществляться

соты, а далекий перелет возможен
только

при

логических

определенных

метеоро­

условиях.

Универсальной

формой

полета

о~ажется больше веса птицы, и она

является· активный машущий полет,

начнет

применяемый

подниматься.

Скорость

ее

движения,
естественно,
будет
уменьшаться.
Однако· благодаря
тому, что она
ет

~ слои

при

воздуха

подъеме
со

все

попада­

возраста­

ющей скоростью, встречный поток

110

птицами,

насекомы­

ми, летучими мышами и даже неко­

торыми рыбами. Насекомые явля­
ются
наиба.лее древней
формой
живоJных,

применяющих

та·кой

способ полета. Длительный период

эволюции

насекомых

огромному

привел

разнообразию

к

форм

потери

на

трение

и

вращение

машущего 'полета. Частота взмахов

вания

варьируется

от

воляют

беспредельно

бабочек до

1ООО

площадь

S

Гц

5

у

крупных

Гц у мелких дву­

к прочности

мощность

крылых.

Многие насекомые могут зави­

потерь

сать в воздухе, как вертолет. При

была

этом

мула:

крьmья

у

них

совершают

ко­

Попробуем

может

понять,

заключаться

зависания

в

крыльев

не поз­

увеличивать

и тем самым уменьшать

С

N.

для

учетом

мощности

получена

реальных
в

ваттах

следующая

фор-

рЗ/2

лебание в горизонтальной плоско­

сти.

воз­

духа. Это обстоятельство и требо­

N ~ 0,8 --У:-'

чем

преимущество

насекомого

по

сравне­

где

размах крыльев (м}.

L -

Определим,

нию с зависанием вертолета. Преж­

как

меняется

де всего отметим, что законы меха"

удельная

ники

нии ,абсолютных размеров. Из по­

являются

живых

общими

существ,

так

и

как

для

для

меха­

мощность

п

при

измене­

следней формулы найдем

низмов. В частности, пре,дмет весом

N
.jP
--р= О,8у.

п

Р будет висеть только в том случае,

если он отбрасывает вниз опреде­
ленное количество
ветствии с

законом

Р=
где

Р

-

воздуха,

вес

в

соот­

Р-=

Mv,

предмета,

v

и

М

-

скорость и масса

отбрасываемого

в единицу времени

воздуха.

Если через
щадь,

ометаемую

крыльями, то

'

v,

нуж­

но при стопроцентном КПД, совер­

единицу

времени

2

работу

1
3
= TQSV .

Следовательно,

удельная

мощ­

ность воробья с размахом крыльев
0,25 м будет в 1О раз меньше
мощности

Из двух'последних формул най­

В

свою

крыльев

с размахом крыльев

..2,5

мм может

обойтись

мощностью

удельной

раз меньшей, чем воробей.

в

,,.;

Различие в абсолютных значе­
ниях

мощностей

для

рассмотрен­

ных случаев еще больше бросается
в глаза. Вычислим мощность, необ­
ходимую для зависания воробья,
по

L= 0,25

таким

данным:

Р

0,33

Н,

м.

Расчет дает

N=--

N

2-JQS
Очевидно, что с ростом омета­

=

0,6

Вт.

Из приведенных выше формул

емой площади уменьшается расход

можно

:мощности,

для

увеличиваl<?тся

размахом

насекомое

сим.ости от веса:
рЗ/2

с

летательного

очередь

1О

м.

дем необходимую мощность· в зави­

однако

по-

n= 0,8~.

25.

•

су воздуха М со скоростью

константа,

лучим:

аппарата

2

Для того чтобы отбросить мас-

N= тМv

некоторая

удельной

Р = QSV

1

а

aL 3,

L

QSV.

Следовательно,

в

где

S обозначить пло­

М=

шить

Поскольку

импульса:

получить,

аппаратов

что

различных

мощности
размеров

111

L112 .

потому,
что работа хвостового
плавника дельфина близка к раб0".

L112·

те

относятся друr- к другу как

N1

N-

крыльев

птиц,

пользоваться

Отсюда· следует, что насекомо­
му достаточно

J'wfЫ

можем

вое"·

экспериментами

на

модели плавника дельфина.

Возвратно-поступательное

мощности

жение

крыла,

согласно

дви­

этим

дан­

ным, создает в четыре раза боль­
а

мощность

боЛьшего,

аппарата,

чем

в

раз

100

воробей,

должна

равняться

N=

о,6 .. 1оо 112

2

неутомимость

малую

насекомых

грузоподъемность

и

вертоле­

тов. Представим себе летательный
аппарат,

образцу

который

и

изготовлен

подобию

воробья,

той, что и крыло. Следовательно,
упор

Эти расчеты позволяют объяс­
нить

ди, вращающийся с той же часто­

кpwio будет создавать такой же

кВт.

6000

ший уп~р, чем винт той же площа­

по

но

при

к

четырехкратному

потерь

ного размера, для размаха крыльев

мы получим такую формулу:

L = 0,25

птицы
да,

собны

·

для

зависания

мощность будет равна
"-...

__

-~

0,8

N

У дельная

кВт.

п

7

не

спо­

Горизонтальное

для

них

является

обязательным.
При описании машущего поле­

крыло

может

положительную

тягу

созда~ать

как

при

дви­

ным является почти планирующий

или парящий полет, когда вес урав­

1

мощность

·

и

де­

жении вверх.. Наиболее экономич­

36

'

этому.

не

жении крыла вниз, так · и прм дви­

-flO =7

104

этого

по-видимому,

перемещение

чего

Необходимая

к

никогда

та
обычно
привоцят
н~сколько
довольно сложных схем колебаний
крыла, которые объясняют, за счет

\f100o ~ 3,6 м.
Vо,зз

воздух.

на одном месте является ~аиболее

лают,

быть пропорционален куру линей­

на трение о

уменьшению

тип.ичной формой полета, то круп­

человека. Вес аппарата примем рав­

Н. 'rак к~к вее должен

в

Если для насекомых зависание

ные

1ООО

колебаний,

два раза меньшей, а это приведет

предназначен для транспортировки

ным

частоте

. при

этом

новешивается

подъемной

силой

движущихся поступательно крыль­

Вт/Н.

ев во встречном потоке, а ~л~бые

Таким образом, для зависания

взмахи лИшь поддерживают необ­

человека с помощью крыльев необ­

.ходимую скорость.

ходима мощность, которую способ­

планирование

ны развить дес_ять лошадей. В свя­

гут

зи с этим возникает вопрос о мощ­

висимых процесса~

и

В

этом

создание

рассматриваться

как

случае

тяги
два

мо­

неза­

зависа­

Обычное план~рование ~опро­

ния с помощью несущего ~инта, и

вождается потерей вы~оты, потому

о· различии

что

ностях, необходимых для
в

работе

машущих

наклонной

крыльев и ~оздушного вин.та.

В

главе

вотных»
типа

112

«Гидродинамика

был

описан

«машущее

жи­

движитель

крыло»;

только

Именно

~ожет

дать

при

линии

скольжении

сила

тянущую

.

по

тяЖес~и

компоненту.

Машущие движения крыльев могут

обеспечить необходимую тягу, и в

этом

с~учае

планирование

будет

А

теrfерь

вычислим

мощность

l{акую силу и какую работу долж­

летательного аппарата, подобного
альбатросу, но весом 1200· Н (при­
близительный вес аппарата вместе

ны

с человеком). Такой аппарат дол­

происходить.
или

даже

по

/

по

восходящей

выполнять

JJ.;Iя

примера

горизонтальной

крылья

линии.

при

рассмотрим

этом?

жен

горизон­

иметь разма~

крыльев

тальный полет. При этом подъем­
ная

сила

крыла,

равная

весу,

L

не

будет совершать никакой работы и,
следовательно, не· будет требовать

м.

9,1

дополнительной мощности. Взмахи

Следовательно,
N 111 "" = 1080 Вт.
Это, конечно, больше, чем может

крыльев

развить

дОЛЖ:НЫ

создать

горизон­

Для определения минимальной

ПОЛеТа

П'FИЦ,

мышц,

была

выведена следующая формула:

.

= 0,236

р--vи
~=

как

(Н},

·

пути

размаха

крыльев.

величину

L

до

30

увеличения

""'

Если

увеличить

метров, не меняя

ся в мощность, которую способен

и

раньше,

L -

размах

P-v;;i.

Р

из

этой,

рата,

что

потребует

ног~

увеличения

этот

процесс

размеров,

формулы

можно

сделать вывод о большом росте не-

и

·
.

зависит

ить,

то

погоду.
удельной

мощ­

ности( то она также растет пропор-

-fi:

в

!;" . .. Г-:-р-= 0,236 'J jy= 0,236-va.L.
батросу~ у которого
L = 4,2 м. Тогда
а

им

можно

тихую

человека

при

столь больших крыльях не хватит,
чтобы преодолеть самый слабый

,столь

когда

сюда
к

Р

.аль­

120 Н,

мускулолете,

пришли

к

выводу

о

можно

опять

. который

обра­
'1же

и

сейчас летает без всяких усилий
со стороны человека, хотя и требу­
ет

специальных

условий.

метеорологических

Значительно

зультатов

1,62 Н./м 3 •

·мы

неутешительному

титься к планеру,
входящие

применительно

Однако

встречный ветер.

-

величины

и

материалов

· абсолютно

Мощности

Теперь,

Поцсчитаем

от

веса

крыльев.

пользоваться

будет только

Nми:н

крыльев.

даже если такой аппарат постро­

мера птицы.

ционально величине

длины

увеличения

конструкции

о_бходимой мощности с ростом раз­
касается

дополнитель-

- вес ~ Предел, на к~тором остановится

крыльев

Так же как и для случая зави­

Что

по

развить человек. Однако при этом

мощность (Вт).

N -

сания,

идут

·обязательно возрастет и вес аппа­

Здесь,
(м),

мускулолетов,

веса аппарата, то можно уложить­

0,2'J6
птицы

случае

т. е. аппаратов, использующих силу

мощности, необходимой для гори­

NMlfH

этом

Конструкторы

сопротивления.

зонталыtого

В

без мотора· обойтись нельзя.

тальную тягу, равную силе любого

·

человек.

можно

, лучших

достичь,

ре:..
если

использовать возможность динами­
ческого парения.

Если

Мощность, необходимая для гори­

зонтального

740

Вт.

полета,

будет

равна

птиц,

что

то

они

.

обратиться
можно

своими

к

примеру

предположить_,

органами

.

чувств

113

Рис.

воспринимают

порывы

ветра,

цен.:.

тральной нервной системой анали-

51
силу можно использовать для пово­

.

рота закрылков планера. Наиболь­

зируют эту информацию, т. е. опре­

шей массой, помещенной в ~rл.ане­

деляют

ре,

амплитуду

порыва,

нара­

обладает,

стание его или убывание, и с по­

В

мощью мышц

будет

меняют

подходящим

образом угол атаки крыла.
Но

еще

более

предположить, что

отгибает

крыло

порыв ветра сам

меняет

угол

конечно,

случае,

если

укреплено

шарнирах

естественно

и

том

полета,

(рис.

планерист.
его

кресло

на

подвижнq~х

51),

замедление

вызванное

порывом

ветра,

будет сопровождаться отклонением
кресла

вперед.

. перемещение

Это

скорость ветра, тем больше изгиба­

может быть щ:пользовано для по­
ворота закрылка так, чтобы увели­

ется

чить подъемную силу

атаки.

Чем

сильнее

крыло.

убыль
атаки

Ветер

крыло

-

пошел

разогнулось,

уменьшился.

что такой

нарастает

Легко

простой

на

угол

понять,

закон упраw~е­

крыла" При

ослаблении ветра пружины возвра­
щают

кресло

закрылки

в

и,

следовательно,

прежнее

положение.

ния можно обеспечить подходящей

Планер с такими крыльями будет

конструкцией и жесткостью крыла.

отнимать энергию

Центральной

го

системе

ко

нервной

упраw~ения

следить,

когда

напраw~ение

.

остается

нужно

и

толь­

менять

можно

встречного

сохранять

неравномерно­

потока и

или

даже

тем самым
увели:чивать

высоту полета. В том случае, если
воздушный поток мало меняется во

полета.

Примениtельно
идею

системе

у

к

планеру

осуществить

эту

различ­

времени,

но

сильнQ

меняется

по

высоте, можно. использовать прост­

ными способами,' один из которЬl:х

ранственную

мы

тока. Применяя руль высоты, мож­

сейчас

ющий

встречный

вызывает

крыльев.

рассмотрим.

этом

ветра
полета

всякая

внутри

будет стремиться к

114

порыв

замедление

При

расположенная

вперед.

Нараста­

масса,

планера,

перемещению

Возникающую

при

этом

но

неравномерность

заставить

синусоидальной

планер

летать

траектории,

по­

по

то

опускаясь вниз и попадая в слабый
поток,

то

поднимаясь

вверх ·и

по­

падая в сильный встречный ветер.

При

·

этом

щ1анер

будет

подвер-

гаться

действию

времени
гию

переменного

встречного

которого

он

ветра,

может

во

энер­

исполь­

зовать. Такого же эффекта можно

либо переменная скорость по вы­
соте.

А

летать

позволяют

всякого

источника

Но ведь прежде чем использо­
вать

Теперь, когда мы ознакомились

без

условия

энергии.

достичь при.движении по винтовой
линии.

эти

энергию

няться

в

ветра,

воздух,

нужно

нужно

под­

поддержи­

с некоторыми особенностями поле­

вать

та птиц, можно

порывами ветра. Во всех этих слу­

вы

полета

альном

оценить перспекти­

человека

на

индивиду­

летательном

аппарате.

полет

в

промежутках

между

чаях понадобится хотя бы кратко­
временно

мощность

около

1

кВт.

шущий режим не содержит в себе

Кратковременность
необходимой
работы наводит на мысль исполь­

никакого секрета или чуда. Расчет­

зовать аккумулятор энергии. Таким

ные

7 кВт мощности, необходимые

аккумулятором может быть махо­

для

зависания

вик.

Прежде всего

получены

с

подчеркнем,

человека

учетом

что ма­

в

воздухе,

всех

преиму­

Современные

кварцевых

маховики

волокон

из

допускают

ществ машущего полета. Увеличен­

большое число оборотов и запаса­

ная

ют

удельная

раза)
ры

нагрузка

(в

четыре

позволяет уменьшить разме­

крыльев,

мощность,

но

мало

уменьшает

необходимую

для

за­

горизонтального

человека

требуется

в

меньшая

мощность,

но

восходит
воды,

килограмм

мовый

массы.

наши

сделанные

полета

десять
это

пре­

возможности.

Вы­

выше,

и

раз

на каждый

Пятикилограм­

маховик способен

живать

горизонтальный

ловеltа в течение

висания.

Для

кВт/ч энергии

0,1

30

поддер­

полет

че­

мин. А этого,

по-видимому, более чем достаточно
и

для

ветра,

. ходящих
рывов

и

потоков

для

поиска

воздуха

или

вое-

по­

ветра.

При парении в воздухе. можно

применимы

к полету в неподвижной атмосфере.

заряжать

Но такая

тор либо с помощью мускульной
силы, либо используя избыточную

кое

атмосфера

явление.

Если

-

нет

очень ред­
ветра,

то,

инерционный

аккумуля­

как правило, есть восходящие пото­

энергию порыва ветра. В этом ре-

ки

жиме

воздуха.

Если

есть

ветер,

то

обязательно будет и неоднород­
ность воздуха: либо порыв ветра,

;

ких

полета

мышц

точно для

мощности

окажется

человечес-

вполне

сохранения

доста­

высоты.

МАГНИТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА
МАГНИТОГИДРОДИНАМИ­

ли

ЧЕСКИЙ НАСОС

ник окажется жидким? Итак, если
жи~ость обладает электропровод­

Все, что мы до сих пор узнали
о

гидродинамике,

с

магнитными

соче'l'ание

может

И

А поскольку на проводящую жид-

•
116

свои

u

магнитное

поле,

жидкости

и

удивительным.

Максвелл

законы,

они

когда

формули­
исключа-

сильное

· Деиствие

взгляд

Однако вспомним основные законы

ровали

'

первый

Разве

может

поэтому

кость

электродинамики.

провод­

гидродинамика

гидро­

на

или

ro

.что

соприкасаться с электродинамикой.

«магнитная

показатъс~

Фарадей

ностью,

того,

связи

имело

полями.

слов

динамика»

не

возможность

жидкости

ч.еском

в

динамику

.назвали

Наблюдения

за

магнитном

полях

ок~зывает

такой

магнитной.

поведением
и

проводятся

электри­

так

же

давно, как и опыты с электрическим

током. Однако практический смысл

можно

они приобрели совсем недавно.

постоянного

Рассмотрим

и

принцип

конструкцию

нитного
для

простейшего

насоса,

перекачки

Представим
магнито-,

(рис.

полюса

себе

к

и

маг­

нудительно
жидкость

В

металлов.

через

(кондукционные)
тели

другому

чет электрический ток.

те­

Через эти

нитное

поля

жидкость,

течет

как

Вырежем

в

элемент,

вдоль

потоке

.

маг-

тока

поля.

что

Естественно

поместить

питаемый

электромагнит

проводник. По правилу Ленца та­

то

кой

жидкость.

в

за

ним

начнет

будет
Однако

испытывать действие силы., направ­

статрчно

потока

Так

как

всю

.

несколько

жИ~~ть можно разбить .на такие
элементарные .проводники,
новится

будет

понятным,

что

проталкиваться

щенные

поля.

На

то

этом

построены

кондукционные

магнитные

насосы.

. скре­

может

выполнять

прин~ипе

роль

разместить
а

пе­

некоторым сдвигом фаз
В результате возникает

·

ис­

времени,

так

.и

вдоль

. на) .

Такое магнитное поле увл~кает

за собой и жидкость. На оriисанном

точника постоянного тока и электро­

принципе

ные электромагнитные

насос

Рис.

потока.

При этом_ гребни магнитного поля
будут перемещаться (бегущая вол-

двигателя,

кондукционный

До­

магнитное поле, изменяющееся как
во

Подобно · тому как мнамом~­

шина

нужды.

электромагнитов,

• посылать с
(рис. 53).

ста­

электро-

и

ременный электрический ток в них

жидкость

через

вдоль

двигаться,

передвигать

поперечном магнитном поле, будет
стрелке.

элект~

увлекаться

нет

по

и

переменным

электромагнит

ленной

создать

током, то в жидкости будет наво­
диться электрический ток. ЕслИ

Его

расположенны}J

подвижными

можно

жидкости

можно рассматривать как обы~ный
проводник,

с

якоря.

ромагнит,

не­

направленный

электрического

которых

Действительно, если возле по­

стрелкой.

жидкости

в

индукционный насос.

проводящая

указано

большой

и

электродвига­

тока,

контакт

ожидать,

\

электрическое

и

отсутствует непосредственный элект­

поток

обмотками

к

поле.

известны

электродвигатели

переменного

рический

скрещенные

магнитное

;гидропровод

от

электрода

тока.

проводящую

электротехнике

магнитных линий. По горизонтали
одного

прогонять

коллекторные

проходит

источник

электрического

скрещенные

По вертикали от одного
другому

в

Для этого достаточно только при­

предназначенного
жидких

электро-

52) .

действия

превратить

и

построены

индукцион­

насосы.

52
117

Рис.

До

сих

пор

упрощенным
считали,
ничем

пользовались

объяснением,

что

не

мы

жидкий

е.

проводник

отличается

подвижного

т.

от

проводника.

53
ленного жидкого металла, побывав­
шего в радиоактивной

невозможно. У стального подшип-

твердого

ника,

В

кого

таком

зоне, почти

находящегося
натрия,

в

'
жид-

среде

сварnваются

подвиж­

изложении удалось обойтись элект-·
ротехническими понятиями и избе­

ные

жать гидродинамических. На самом

возможность применения обычных

же деле при необходимости произ­

насосов

вести

таллов.

точный

рование

расчет

насоса

и

конструи­

приходится

решать

уравнения магнитной гидродинами­

ки, которые представляют собой
совокупность уравнений обычной
гидродинамики

и

электродинамики.

и

части

с

другиr

ский

неподвижными.

недостатки

для

перекачки

Этот

исклк>чают

жидких

ме­

Магнитогидродинамиче­
насос

(МГД-насос)

оказывается

здесь

особенно

необхо­

димым.

другой

Или

себе

пример.

представить

Трудно

какой-либо

Кроме того, на проводящую жид­

технологический

кость будут действовать как сила

ром воду перевозили бы в ковшах

тяжести,

из

так

нитного

и

силы

электромаг­

происхождения,

отсут­

одного

процесс,

цеха

· расплавленный

в· другой.
чугун

возят

в

ных

электромагнитных

магнитных

перевозки

уже

сейч.~с

стоянно
укажем

В

очень

растет.
на

в

широка

Для

атомные

некоторых

частности

по­

примера
реакторы.

конструкциях

энерrонапряженных

и

. особо

реакторов

ох­

ковшах.

моздких

Особенно удобными для этих целей
являются щелочные металлы

-

ка­

ставов

с

при

его

.

так

цесс за

его

Одной

теплопроводностью.

ется

ский

118

насос

для

перекачки

раска-

расплавленных

разливе,

и

метал­

со­

устранит

операторов

большому
кинохрони­

магнитном

этот

про­

зрелищность.

из

важных

проблем

гидродинамики

~зучение

тельно,

к

' полюбивших

магнитной

1'Jеханиче­

разливки

чугунов~зами,

лий и натрий, обладающие большой
Построить· обычный

мощ,­

насосов

горение жидкого металла в воздухе

ки,

металлами.

сталь

железнодорожных

и

жидкими

от

вот

лов. Это освободит завод от гро­

огорчению

а

А

Создание

позволит отказаться

лаждение осуществляется не газом

водой,

кото­

или

ствующие в обычной жидкости.
Область применения магнитной
гидродинамики вообще и электро­
насосов

в

морских

поле

морская

Земли.

вода

явля­

течений

в

Действи­

способна

проводить электрический ток, Зем­

1~1,5 Тл. Для морской воды этого

ля

недостаточно.

обеспечивает

постоянное

маг­

нитное поле. Конечно, и плотность
тока,

и

лики.

напряженность

И

силы,

этом, намного

ных

ветром.

ветер
на

меньше сил,

Но

если
на

поверхности,

с

действуют

только

разной

силой

а

при

низкой

и

почти

его

не

требует

то

модели

судна.

жителя,

МГ Д-ДВИЖИТЕЛЬ

удельная

наводит ·на
насос

·

мысль

для

менить

воды

ее

этот

создать

перекачки

насос

в

нечно,

ток

·

качестве

ность

электромагнитами,

пересекает

з_азор,

В

резуЛьrате

50) .

С по­

подводится

вода

иде,я,

ма!

да

трудно

Трудности

ток.

потечет слева

направо, вызывая силу тяги.
ста

Про­

осуществи­

возникают

из-за

малой проводимости морской воды.

На электроды
высокое

этом

на

газообразный

А это

приходится

так

начнет

к

как

водород.

еще

большеМу
Вот·

повышение

Однако иссле~

бесшум­

- столь
что . работы

достоинство,

МГ Д-движителя

продолжить.

зательным,

чтобы

электрическое

•
снаружи,

а

считали

магнитное

.поля

и

подводились

проводящая

заключена

обя­

внутри

жидкость

насоса­

движителя. Вывернем все наизнан­

ку. Пусть поля подводятся изнут­
ри,

а

снаружи

находится

проводя-

тока

в

и

ма­

насосе.

способ увеличе­

ния силы тяги МГ Д-движителя
это

серь­

при

и

жидкости.

Единственный

ко­

подать

довольствоваться

плотностью

к

что

До сих· пор мы

была

это,

движителя

созданию

следует

малая

выделяться

хлор

приведет

сопротивлению
лой

невозможно

напряжение,

них

,

заполненный

морской водой (см. рис.
мощью электродов

по

все

отнести

считают,

такого

большое

су­

дового движителя. Магнитное по.Ле,
создаваемое

следует

дви­

гидроди­

сопротивление,

мощность

дователи

при­

пятиметровой

Громоздкость

езным недостаткам.

МГ Д­
и

на

дополнительное

намическое

морской

для

поддержания.

последних.

электрический

энергии

В литературе появилось сооб­
щение об успешном
испытании
МГД-движителя

Способность

проводник

допускает огромную плотность тока

преимущество окажется на стороне

проводить

метал-

температуре.

Св~рхпроводящий

и

глубине,

сверхпроводимости

лов

элект­

постоянны

всей

ства

учесть,_ что
воду

·силы

по

прй

вызван­

направлениях,

ромагнитные

ручить только использование свой­

неве­

возникающие

действует

и в р~зных

поля

Из этого положения может вы­

-

напряженности

магнитного поля. Но на этом пути

tfCTЬ
свои
трудности.
Обычные
медные обмотки и Железные сер­
дечники,

их

даже

если

громоздкостью,

смириться

позволяют

с

со­

здать поле с· индукцией не более

Рис.

54
119

щая

жидкость,

морская

в

вода

позволит,

данном

(рис.

Это

54).

например,

в

качестве

электродов

полюсов

магнита

использовать

всю

и

по­

в отличие от вышеописанного
движитель

не

вносит

до­

полнительных поверхностей и, сле­
довательно,

не

противления.

увеличивает

Что

касается

со­

гео­

метрии полей, то она может быть
различной. - В простейшем случае
это могут быть скрещенные поля
электрического

диполей,

и

магнитного

кото~ые

помещены

в

центре.

Собственно, диполей в центре
может и не быть: магнитное и элек­
трическое

пример,
можности

поля

создаются

на

по­

поля проникают

расстояние

от

судна

на
и

, жидкости

движение

большое
вызывают

перпендику­

лярно осям обоих дИ:полей.
Возможен бо~ее сложный слу­
чай,

когда

полюса

магнитов

и

'

электроды чередуются, как полоски

на

арбузе.

нитное

и

В

этом

случае

электрическое

корачиваются .вблизй
судна,

а

поле

маг­
за­

поверхности

электродинамическая

еще

один

иллюстрирующий

воз-

гидродинамики.

Известно,

вующей,

судна,

с

сей).

Причем

центрация

дробью . с
запятой.

допустимая

примесей

от'

Один

из

м

магнитного поля

1

обеспечит скорость
фициентом

равным б
ности

при

Тл

Спо.соб удержать ·твердый ща­
рик

в

подвешенном

очень прост. _На

1

магнитного

повышению

поля

вающая

такую

соленоид,

ось

вертикально,

подвеску.

которого

создает

части

дятся,
эту

силовые

линии

образуя

воронку~ и
/·

напряжен­
к

полез­

·
Рис.

120

вокруг
поля

опускается

действия,

ного действия движителя.

направлена

воронку.

движитель

коэффициента

Мощный

себя

сильное магнитное поле. В, верхней

носа

приведет

указана

55

схема магнитного поля, обеспечи­

м/с с коэф­

%. У велиЧение

состоянии

рис.

индукции

полезного

радикальных

магF1итногd поля.

вают, что для сферического корпу­

2

после

живать жидкий металл с помощью

Теоретиче~кие р~счеты показы­
диаметром

кон­

способов
получения
материалов
такой чистоты - это бестигельна·я
IUiaвкa
в
каком-либо
инертном
га'зе или вакууме. Понятно, что
без тигля можно обойтись только
в том случае, если мы будем удер­

к корме.

са

ма-

исчисляется

многими . нулями

равнодейст­

направленной

что

полупроводниковых

сила, ими создаваемая, будет на­
правлена по касательной - к по­
верхности

магнитной

..териалов полностью определяются
· их чистотой (количеством приме­

верхности судна. При такой геомет­

рии

привести
применения

свойства

верхность судна.

такой

М.ожно

разместить

источники полей в корпус~ судна,
а

БЕСТИГЕЛЬНАЯ ПЛАВКА

случае

55

расхо­

Вот

в

шарик

из

хорошо

проводящего

БЕСТИГЕЛЬНАЯ ЗОННАЯ

металла.

WIABKA

Чтобы магнитное пQле не просочи­
лось

внутрь

питают

шарика,

переменным

алюминиевого

чтобы
равна

Для·

Для

ских

достаточно,

этого

тока

равновесия,

была

иногда

шариком.
денного

Но

дело

с

даж.е

рисунка

видно,

у

В

«дырка»,

т.

е.

будет

из

ном

жидкого

При которых

ностного
ли

натяжения

капле

не

потерять

то

вдоль

силовых

поля.

в

нем

гается

шаровидную

линий

~оризонтальном

через

но

поло­

перпендику­

накладывается

стержень

по­

пропустить

возникнет

.

вертикальная

. высокочастотный

стержня.

позволя­

Если

слева

стержень

направо,

· то

переплав

передви­
жидкая

фаза будет поступать в охлаждае­
мый правый ·электрод и кристал­
лизоваться

жид­

кой поверхности, ориентированных

в

стержню

водить

поверх­

возмущений

Стержень из металла, цод­

новешеннqм состоянии можно про­

( 12-

Дело в том, что магнитное поле
удерживает

способ.

объемная сила, которая уравнове­
сит силу· . тяжести.· В этом урав- .

форму.
не

оказаться

постоянный ток подходящей' силы

они не могут

силы

м~ж.е.т

кондукционный

направлении,

перь

попытки бестигельноЙ плавки огра­
г),

а

стоянное магJJитное поле. Если те­

удерж.ать жидкость. Все успешные

15

56.

лярно

Даж.е магнитные . поля более
удачной
конфигурации обладают

ничивались малыми дозами

металла,

электродами.· Также в горизонталь­

дырку.

что

тигля

жении между двум.я: охлаждаемыми

мет·алла, то он вытечет через эту

тем недостатком,

случае

дывается

где

пен.µ.икулярно поверхности шарика.

шарик

жидкого

от

леж.ащий зонному nерепЛаву, укла­

силовые линии ориентированы пер­

Если

этом

рис.

маг­

пятно,

металлургии

Сущность его легко понять из

нитного поля имеется на оси со­
леноида

часть

полезным

приве­

что

в

изолировать

жет касаться своей твердой фазы.

твердым

из

технологиче­

другой частью жидкий метаЛл мо­

поме­

противоположной полярности.

обстоит

процессов

только

щают со~еноид меньшей мощности

Так

некоторых

достат~чно

Гц. Сверху, для устой­

200

чивости

током.

шарика

частота

сол~ноид

там,

а

на

место

ее

в

·

Рав­

новесие границы раздела обладает
так называемой ж.елобковой не­
устойчивостью.
Выход

из

можно ·найти
ного

поля

этого
в

положения

создании

переменного

магнит­
направ­

ления.

А еще лучше

-

по.Ля круговой

поляризации. Так как жидкий ме­

:алл обладает большой инерцией,
tюзникаюtцие желобки, не успевая
развиться,

окажутся

в

поперечном

к полю положении и будут подав­
лены.

Рис.

9

в. И. Меркулов

56
121

зону

нагрева

новые части

И

в

будут

поступать

обеспечить

случае

главное

щим уравнением:

условия

устойчивости

равновесия

границы

раздела.

следования

показали,

частотное

поле

что

продольное

соленоида

Ис­

высоко­

магнитное

удовлетворяет

Здесь То

температура плавления

-

металла, достигаемая в точках фазо­

вого перехода (для тонких стержней

этим требованиям.
Приведем

здесь

некоторые

эти точки будут совпадать с краями

формулы, которые позволяют рас­

охлаждаемых электродов);

считать

длина

параметры

системы.

На­

чнем с магнитной системы, обес­
п.ечивающей равновесие.
Как

ток

известно,

плотностью

электрический
2

j / Ам ,

поперек

магнитного

цией

Тл,

В

протекая

поля

с

индук­

водимый

к

жидкой

зоны

тепловой поток, под­

единице

стержня; "л

d_

поверхности

теплопроводность ма­

териала.

Величи1;1а теплового потока под­

бирается из условия, чтобы
, максимальная

току

и

полю.

Вы­

берем эту силу так, чтобы она урав-'
силу

произведению

Q

диаметр

q-

и

испытывает действие

пендикулярно

ла

и

стержня.;

L

3

силы jB Н/м , направленной пер­

новешивала

no

длине стержня определится следую­

стержня.

этом

Распределение температуры

тяжести,

плотности

на ускорение

равную

материа­

силы тяжести

g.

температура,

достигаемая

в средней части стержней (х
равнялась

температуре

= 0),

перегрева

Т п' при которой будет проходить ва­
куумная qчистка металла.

Таким образом,

Итак, должно выполняться ра­

2q
Тп =То+ 'A.d .

венство

Теперь мы можем написать
Рассмотрим,

какую

II.lJОтность

тока нужно обеспечить в металле,
чтобы уравновесить силу тяжести
в магнитном поле индукции В= О, 1

Тепловой поток на оба электрода

Тл= 1000 Гс.

определится формулой

возьмем

Плотность

равной

металла
3

Q= 7800 кг /м •

В результате вычислений

получим

2

2Л лd2 ( дТ

Q=

4

2

0,765 -10 А/м =0,765 А/мм •
6

Таким образом, мы убедились в

дх

)

=

2

2

.

= улd /... (Тп -

том, что при умеренной легко дости­

То).

Жимой индукции магни'тного поля
потребуется сравнительно неболь­

Теперь представим, что мы вдви­

шая плотность тока, чтобы уравно­

гаем стержень через левый элект­

весить

род и вытягиваем его через правый.

силу

тяжести

в

каждой

Скорость такого движения обозна­

точке объема.

В случае однородной э.Лектриче­
ской

проводимости

металла

или

чим через
нить

.

U.

Если мы х'?тим сохра­

максимальную

температуру

ная подвеска обеспечивает условия

Тт
то мы обязаны
увеличить
подвод тепла на величину, необ­

невесомости,

ходимую для плавания

его

сплава

кондукционная

которые

сейчас

лучают только в космосе.

122

магнит­

по­

и подогрева

поступающего металла. Обозначим

темплоемкосtь жидкой фазы метал­
ла с, скрытую теплоту плавления

лава получим

-

тепле

на

единицу

времени

лd

L

2

4Q [µ

Qi = U

м/ч.

В том случае, если мы примем

опреде­

лится суммой

= 36

U = 10 мм/с

Потребность в ·дополнителвном

µ.

d,

=

+ (Тп- То)с],

то та же формула нам даст:

и

0,6

мм/с

2,25

м/ч.

причем количество Qi является обя­

Как мы уже отмечали, в пробле­
ме бестигельной плавки главным

зательным

является

количеством

тепла,

Коэффициент
энергии

можно

использования

определить

как

условие

устойчивости.

Если устойчивость . обеспечивается

необходимым по технологии.
от­

только

силами

поверхностного

на­

тяжения, то длина жидкой зоны ог­

раничивается величиной

ношение

Q1

1

L
где

Допустимая скорость переплава
равняется

U = 4Lq.Qd [µ

Sd'Л (Т ri

+

(Т n -

(nd/L

а ~ коэффициент

ного

В

частности,

стержня

больше

коэффициент

использова­

ния энергии и тем больше произво­
дительность процесса при
плотности

энергии

той

для

оловянного

диаметром

поле,

и

обеспечивает.

Рассмотрим конкретный пример,
Здесь

Н

может

-

нагрева,

устойчивость

L~ 2лН

магнитное поле частотой

которое

получается

q.

дящих сюда величинах. Переменное

продольное

длинной жидкой зоны.
случая

Для этого

такое

..;

более

условие:

-

Rµp
2Qg.

напряженность

При: радиусе стержня

R
35

поля.

=

17 кГц и
4
напряженностью Н = 4,6 · 10 А/м

длина

обеспечит в стальном стержне вы.­

удерживает стержень длиной

деление тепла

независимо

величины

входящие
имеют

в

может достигать

5

см

см, в то

время как поверхностное натяжение

13

мм

от радиуса.

Большая длина, как мы уже от­

q = 4 · 105 Вт/ м 2 •
Остальные

L

по

'

и:сточником

же

который даст представление о вхо­

мм

d = 8
этой формуле L ~ 13 мм.

служить

Отсюда видно, чем больше L, тем

'

натяжения.

магнитное

То) с]

)

поверхност­

Высокочастотное

То)

] 1/4
2

мечали, обеспечивает большую ско­
формулы

следующие

зна­

рость

переплавок,

фициент

высокий

использования

коэф­

энергии.

чении:

Л
с

30 Вт/(м·гра.Д),
10 3 Дж/ (кг· град),
µ = 25 -10 4 Дж/кг.

МГД-ГЕНЕРАТОР

Сейчас

мы

познакомимся

еще

с одной важной и интересной об.:.

Длину жидкой зоны выберем такой:

ластью применения магнитной гид­

L = 1бd.

родинамики.

9*

Тогда для скорости переп-

Речь

пойдет

о

так

123

называемом
ческом

магнитогидродинами­

генераторе

электрического

тока (МГД-генераторе).

поставИли перед собой задачу со"
здать такой генератор, в
тепловая

Как в настоящее время получа­

энергия ·непосредственно

превращается

в

ют электрический ток, вы, наверное,

(безмашинный

способ

знаете. Шахтеры под землей добы­

электрической энергии).

вают

уголь

-

солнечную

законсервированную

в

электрическУIО

получени.я

Из всех возможных вариантов

энергию,

окаменелых

котороч

мы

остановимся

на

магнитогидро­

растениях. У голь везут по железной

динамическом. Рассказывая об эле­

дороге

ктромагнитном

'

до

ближайшей

тепловой

насосе,

мы

уже

от­

электрической станции. Там его дро-

мечали его обратимость. Если про­

бят и подают в топку паровоrо котла.

водящую

Котел

текать

ции

-

современной'
это

электростан­

огромное

сооружение

жидкость

через

жидкости

в

заставить

магнитное

попер~чном

поле,

про­
то

в

направле­

размером с пятиэтажный дом. Мно­

нии появится разность напряжений.

го

Если

металла,

сил,

средств

нужно,

в

эту

жидкость

опустить

чтобы его построить. Да и эксплуа­

электроды, то можно снимать элек­

тация

трический ток.

его

обходится

недешево.

И вот из этого котла пар поступает

Устройство МГ Д-генератора на

в турбину~ которая вращает ротор

обычном химическом топливе схе­

электрического

матически показано на рис.

современный

генератора.

способ

Таков

получения

57.

Ра­

ботает генератор следующим обра­

электрической энергии, без которой
мы .не· можем себе представить ни

зом.

современный быт,

чего газа. В расширяющемся сопле

ни современное

производст1ю. Атомное топливо уст­

раняет необходимость в угле, но ог­
ромный паровой котел как бьт, так и

топливо,

сгорая,

тепловая

энергия

кинетическую
жущегося

со

превращается

энергию
скоростью

газа,

в

дви­

несколько

тысяч километров в час.

остается.

Описанный

Химическое

создает большое количество горя­

спое.об

получ~ния

Чтобы можно было превратить

электрической энергии оказывается

эту энергию в электрическую,

и громоздким~

должен о6:11адать достаточной элек­

и дорогим.

Ученые

тропроводностью.

газ

Электропровод­

ность газа зависит от его температу­

ры. Для продуктов сгорания хими­

ческого топлива требуется темпе­
ратура около 2750 °С. Требуемую
температуру

' 2200 °С

можно

понизить

до

с помощью добавки в· газ

малых примесей щелочных

лов. Итак,

2200

°С

метал­

самая низкая

темщ~ратура, при которой еще мо­

жет работать МГ Д-генератор. Те­
перь

становится

понятным,

что

основной трудностью при создани'и
такого

генератора

является

созда­

ние термостойкой камеры сгорания

и каналов МГ Д-генератора.
Рис.

124

57

Одна­

ко успехи ракетной техники, в ко-

торой

пришлось

мерно

с

столкнуться

такими

позволяют

же

надеяться

при­

проблемами,
на

решение

этой задачи. Преимущества такого

способа получения электроэнергии
очевидны.

Отсутствует

огромный

паровой котел, нет ни турбин, ни
машинного электрогенератора. Вы­
сокая

начальная

обеспечивает

температура

высокий

КПД, ДОХОДЯЩИЙ ДО

. АТОМНЫЕ

газа

тепловой

60 %.

МГД-ГЕНЕРАТОРЫ

Особенно перспективно приме­
нение

МГ Д-генераторов

в

сочета­

P1otc. 58

нии с атомными реакторами. Пред­

ставим себе принцип работы такой

плоскости

установки

показано), и отдает свою энергию

гелия

и

.

(р11с.

58).

делящегося

Аэрозоль

изотопа

урана

в

электрическую

под большим давлением подается в

вмес~е

камеру реактора. Размер камеры и

сжимается

концентрация урана выбраны так,

подается

что в камере образуется критичес­

чертежа

с

(на

цепь.

делящимся

Затем

не

газ

веществом

компрессором

в камеру

Чтобы

схеме

и

вновь

реактора.

представить

себе

пре­

кая масса. Процесс деления приво­

имущества

дит к повышению температуры га­

сравнению

зовой

что от установки, не пр~вышающей

смеси

до

5500

°С.

ГорЯчий

газ выходит через отверстие в рас­

ширяющееся сопло (благодаря· рас­
ширению масса перестает быть
критической,

и

процесса

деления

здесь не будет).
Горячий газ,
щий при

такой

направленное

с

по

машинным, ·О'fМетим,

по размерам обычного турбогенера­
тора на 100 тыс. кВт (без парового
котла), можно получить мощность

10

млн. кВт. В этом случае можно

будет считать, что атомная энергия
хорошо проводя­
температуре~

нашла свое достойное применение!

про­

ходит через сильное магнитное
ле,

МГ Д-генератора

по­

перпендикулярно

Рис.

Существует
прямого

и

другая

превращения

схема
атомной

энергии в электрическую (рис.

59).

59

125

гелия

удобный для трансформации и пе­
редачи на большие расстояния.

и делящегося вещества. Для повы­

Основной трудностью при соз­

Длинный цилиндр из тугоплавкого
материала

шения

быть

наполнен

смесью

проводимости

добавки

металлов.

в

газе

солей

Когда

.

щелочных

газ

распределен по всей

могут

равномерно
цилиндричес­

дании высокотемпературных МГД­
rенераторов

является

создание

жаропрочных

материалов.

Поэто­

му может представить интерес низ­

кой камере, делящееся вещество не

котемпературная

образует критической массы и про­

превращения

цесс

электроэнергию. Аэрозоль гелия и

протекает

медленно.

Теперь

машинная

энергии

схема

распада

в

представим себе, что в начальный
момент МЪJ соберем большую часть

урана

газа

времени, чтобы она успела нагреть­

в

каком-либо

конце

трубы,

например слева. В этой части масса
достигнет

критического

значен~я,

интенсивная

реакция

начнется

распада,

что

If-

приведет

повышению

сильному

температуры

газа.

сжимается

ности

ся

и

до

такой

вьщерживается

только

до

1500

°С.

плот­

столько

Затем

газ

поступает на лопатки обычной га­
зовой турбины, которая вращает
обычный электрический генератор.
После турбины газ поступает в
компрессор, соосный с турбиной,

При этом газ будет расширяться,
образуя перед собой фронт ударной

сжимается до критического состоя­

волны.

ния,

Когда

фронт

достигнет

противоположной стенки цилиндра,
делящееся

вещество окажется рас­

средоточенным по всему объему и
атомная реакция прекратится.

нагревается

и

вновь

подается

в, турбину. При такой схеме пол­
ностью снимается вопрос об уни­
к~ьных

жаропрочных

материалах.

(

Но

газ по инерции будет двигаться в

ДЖИНН В МАГНИТНОЙ

прежнем

ВУТЬUIКЕ

направлении,

что

приве­

дет . к созданию критической массы

теперь у же на другом конце трубы.
Затем процесс будет повторяться.
Итак, в трубе будет двигаться

из героев арабских сказок -' джин­

(возвратно-поступательно)

про­

дел в бутылке. Не в магнитной, а в

если

обыкновенной стеклянной. У всех,

маг­

конечно,

водящий
этот

газ

газ.

Очевидно,

поместить

в

что

сильное

нитное поле, то ег9 можно будет
использовать

для

генерации

элек­

тричества. Периодический характер
1

движения

'

позволяет

отказаться

от

электродов, помещенных в горячий

Читатели хорошо знают одного.
на, который три тысячи лет проси­

вызывает

удивление,

что

могущественный волшебник, будучи
каким-то чудесным образом заклю­
чен в стеклянную бутылку, qказы­
вается

смирным

слугой,

готовым

выполнить любое приказание свое­

ной связью. И если в предыдущем

го господина. Мы не будем разру­
шать Иллюзий, навеянных .волшеб­

варианте полностью отказаться от

ными

машины

слу жит

газ,

а

воспользоваться

не

удается,

индуктив­

так

как

для

с~азками.

то

здесь

ТЕРМОЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ

отсутствует. Нет и электродов, ко­

'

Речь пойдет о ядерной энергии

торые подвергаются действию вы­
сокой температуры. А кроме того,

и

сразу получается переменный

ядерная

126

по­

'

компрессор

ток,

рассказ

их утверждению.

сжатия газа используется обычный
компрессор,

Наш

ее

укрощении.
энергия

Как

известно,

выд~ляется

в

ре-

зультате атомного распада,

тором
ным

элементы
весом

менты

с

с

высоким

превращаются

атом­
в

меньшим -атомным

Энергия,

выделяемая

Очевидно, что сосуд из какого­

при ко­

при

эле­

весом.

этом,

в

либо материала для этой цели не
может

пригодиться.

Проблему

можно решить благодаря тому, что
при

высоких температурах

несколько тысяч раз больше той,

лы

газа

которая

ионизируются, и газ в этих услови­

выделяется

при

сгорании

теряют

молеку­

электроны,

т.

е.

такого же количества лучшего топ­

ях

лива.

ком. А на проводящий газ можно

Ученым известна другая реак­

становится

хорошим

воздействовать

проводни­

магнитным

полем,

делением еще большего количества

которое не боится никаких темпе­
ратур.
Магнитное
поле
должно

энергии. Это реакция синтеза, или

так

термоядерная

из

оторвать его от стенок сосуда, об­

каждых двух_ молекул водорода об­

разовав слой вакуума между стен­

разуется

хами

ция,

которая

реакция,

одна

По злой
часть

сопровождается

когда

молекула

гелия.

иронии судьбы

человечества

вы­

воздействовать на

связывает

ла

источником

этот

света

и

теп­

- Солнцем. ·
, В недрах Солнца ·при большом

давлении
ко

и

протекает

градусов

реакция

ПИНЧ-ЭФФЕКТ

Чтобы лучше представить, как
это

можно

рим

В

осуществить,

следующий

замкнутом

рассмот­

эксперимент.

цилиндрическом

со­

непрерыв~о

сосуда через электроды подводится

синтеза.

Выде­
не поз­

воляет Солнцу остыть. Ученые пос­

тавили перед собой задачу
управляемую

IUiазмой.

суде находится водород. К концам

в

ляемая при этом энергия и

дать

горячей

нескол.р­

температуре

миллионов

и

чтобы

большая

процесс с взрывом водородной бом­
бы, хотя его можно связать и с
основным

сосуда

газ,

соз­

-

термоядерную

напряжение.
достаточно
между

Если это напряжение
велико,

то

электродами

в

зазоре

появляется

разряд. Чтобы уменьшить необхо­
димое

для

разряда

напряжение

и

реакцию, которая могла бы стать

увеличить

для

неисчерпаемым

димость, газ можно предварительно

источником энергии. Как пока~ыва­

ионизировать, например, рентгенов­

ют

скими лучами. После того как через

а

человечества

расчеты,

точнее,

если

его

до температуры

нагреть водород,

- дейтерий,
200-300 млн. С,

изотоп

0

зазор

первоначальную

проскочит

лавинообразный

искра,

прово­

начинается

процесс

иониза­

то возникнут условия, при которых

ции газа. Благодаря этому газ поч­

начнется

ти

термоядерная

Двести

Чтобы

миллионов

представить

значит,

реакция.

вспомним,

градусов!

себе,
что

что это

на

поверх­

мгновенно

. чет

Осевой
поле

его

ниями.

несколько миллионов.

в

хоро­

ток большой силы.

ности СОЛIЩа всего 6000 о с, а в

недрах -

превратится

ший проводник, через который поте-

с

· ток

наведет

кольцевыми

Из

физики

.

магнитное

силовыми

ли­

известно,

что

такие

быстро меняющийся ток.в хорошем

чтобы

проводнике течет по его поверхно­

достичь Их, нужно решить еще не­

сти. И при газовом разряде почти

которые

весь ток будет сосредоточен в по­
верхностном слое, образующем по­

Однако

высокие

них

-

ученых

не

пугают

температуры.
проблемы.

И

Но

первая

это удержать газ,

до звездной температуры.

из

нагретый

лый цилиндр. Если рассмотреть си-

127

лы взаимодействия электрического

ют

тока

ростью

и магнитного поля,

вызванно­

двигаться

к

центру

тыс.

100

км/с.

со

ск

0_

Очевидно,

го этим током, то мы обнаружим

что

силу,

встречу друг друГу частиц плазмы

направленную

к

оси

цилинд­

столкновение

ра. Эта сила приложена к движу­

приводит

щимся

ее

электронам,

тремляются

к

электронами
сильное

которые

центру.

и

Но

ионами

и

следовать· за

повышению

процесс

получил

название пинч-эффекта. С этим эф­

существует

заставляющее

сильному

на­

температуры.

Описанный

м,.ежду

электростатическое

модействие,

ус­

к

движущихся

взаи­

фектом

было

связа~о

много

ионы

дежд получить достаточно

на­

плотную

высокотемпературную плазму, в ко­

электронами.

Если магнитное поле имеет на­

торой

пряженность Н, то сила магнитного

сможет

протекать

реакция

термоядерного синтеза.

l

давления будет равняться 8- µ Н 2 '
'
л
где µ магнитная проницаемость.

\

·УСТОЙЧИВОСТЬ

WlАЗМЕННОГО ШНУРА

Эту силу называют магнитным дав­

лением. В газе~ особенно нагретом,
имеется газокинетическое

Здесь

-fJ _:_ 2nkT.

Магнитное
плазму

давление

п ~ количество

шнур,

со
в

давление" стягивает

всего

котором

сосуда

в

узкий

газокинетическое

молекул в единице объема, k -· по­

давление

стоянная Бол_ьцмана, Т

плотности и температуры становит­

ная

температура

газа

абсолют­

-

в

благодаря

повышению

ся равным· магнитному.

кельвинах.

Очевидно, что газ будет отры­

р(J.Вновесие.

Но

это

Наступает
равновесие

ваться от стенки в том случае, если

оказывается чрезвычайно

маг.нитное давление будет превос­

чивым.

ходить

которое создает плазменный жгут,

газокинетическое.

котором

радиусе

шнура может

н~-

плазменного

.

. ·Чтобы

между

п.hазменным

В простран­

ст~нками

сосуда

~агнитное поле,

понять, что происходит

тонким

сжатым

.

плазменным

кольцевым

шнуром,

магнитным

по­

образуется

лем, понаблюдайте за поведением

предохранит

тонкой струи воды, вытекающей из

стенки от действия высоких темпе­

крана. Аналогия здесь в том, что

-

действие сил поверхностного натя­

вакуум,
ратур,

шнуром

с

и

самое

вызывает его разрушение

наступить равновесие

между этими силами.
стве

При

То

неустой­

который
а

плазму

и
от

загрязнения

молекулами, оторвавшимися от сте­

жения,

которое

нок.

можно

сравнить

Если
столько
ление

что

значительно

.зо~инетическое,
можно

для

и

ее

магнитное

дав­

в ~.в0ей нижней части~ когда она

магнитное
не

удержания

поле

только

плазмы,

но

установках

между

сятками

и

электродами

исчисляемые

сотнями

тысяч

де­

ампер.

При этом частицы плазмы начина-

128

терять

свою

на­

цилиндричес­

кую форму, на не' образуются вол­
ны, а затем она дробится · на от­

и

экспери~ентальных
зазор

чинает

для

существующих

пропускают- токи,

становится достаточно тонкой,

rа­

В

через

нагрева.

сил

магнитного давления. Струй~а .воды

использовать

отрыва

действием

на­

превосходит

то

с

струю,

ток

электрический
велик,

сжимает

дельные

капли.

Точно

такой

же

процесс происходит на поверхности

·

плазменного
тоит

только

разрушения

шнура.
в

Отличие

том,

протекает

что
в

сос­

процесс

миллионы

раз быстрее, так как сила магнит-

ного давления
во много раз боль,
.

темы

ше сил поверхностного натяжения,

Применительно

а

автоматического

инерция

цесс,

газа,

замедляющая

значительно

меньше

про­

инерции

жна

Еще более опасными являются
перетяжек

получившие

напряженность,
трическим

60).

(ри_с.

током,

где

Магнитная

вызванная.
текущим

линдрическому проводнику,

и

плазме

управления

магнитное

месте

когда

и

в

п.nазма

через

система

тот

дол­

давле­
момент,

пытается

магнитный

про­

барьер.

этом случае требуется чрезвычайно

высокое быстродействие и большая

ци­

опреде­

том

управления.

Так как от системы управления в

элек­
по

в

рваться

название

к

повышать

ние

воды.

возмущения,

автоматического

\

пространственная

разрешающая

способность, здесь оказывается не­
пригодной обычная схема управ­

ляется формулой

H=2l/r,

ления,

где l -. сила тока,, R

расстояние -

от оси шнура. Очевидно, что сила

состоящая

органов

ных

тока будет постоянна в любом се­

измерения,

органов

в

из

и

раздельных
исполнитель­

системы

упрощенном

усиления.

виде

систему

чении шнура. Но в том его сече:t1ии,

автоматической стабилизации плаз­

в

мы

котором

появилось

возмущение

типа перетяжки, благодаря умень­
шению

r

увеличивается

магнитное

давление, которое приводит к даль­

нейшему

углублению

можно

окружают

да

описать

витками

ра~личной

так.

медного

намотки.

питаются током

Плазму
прово­

Все

высокой

витки

частоты.

перетяжки.

Витки,

Такой процесс заканчивается пол­

лельно

ным

чувствуют приближение Шнура при

разрывом

после

чего

чезает
ющее

плазменного

прекращается

магнитное
плазму

Плазма

под

газового

ширяется

ток

и

ис­

удержива­

сжатом

состоянии.

в

поле.,

действием

давления

·и

шнура,

большого

мгновенно

касается

рас­

стенок

со­

параллельном

как

это

же

его

ги~

витки

чувствуют

ние и Деформации
направлениям,

так

индуктивное

Другие

(;МЬJсле

шнура,

смещении,

меняет

сопротивление.
этом

парал­

плазменного

в

смеще­

шнура по дру­
в

частности

по

винтовым. Это свойство превраща­

суда.

В

его

расположенные

· оси

механике

известен

такой

ет

витки

в

органы

приIЩИп: всякую неустойчивую ме­

стемы управления.

ханическую систему можно сделать

включены

устойчивой путем добавления сие-

реализующие

тивное

измерения

В

цепь

специальные

си­

витков

усили'!'ели,

отрицательное

сопротивление.

реак­

Благодаря

этому каждая система витков является

Если

и

к

жается
витке
водит

/

исполнительным

какому-то
плазменный

усиливается
к

давления

витку

к

прибли­

шнур,
ток.

увеличению
и

органом.

в этом

Это

при­

магнитного

восстановлению

пер­

воначал_?ного положения шнура.

Первые же опыты с применени­
ем

средств автоматического

ления,

Рис. ЬО

позволили

. существования

управ­

увеличить

плазмы

в

время

1О

раз.

129

ПЕРСПЕКТИВЫ
«Гидромеханика,.
давно

миновала

цвета>>

-

ненное

ГИДРОМЕХАНИКИ

как

пору

наука,

своего

рас­

это довольно ,,Распростра­
мнение как /среди

специа­

листов, так и вне этоj.j среды.

объясняется

причиной,

что

ромеханики.
ласти

они

не

Специалисты

.такой

потому,

чт?

знают

простой

знают

гидромеханики

ваются

ские

той

свою

законы

же
они

и

в

об­

зрения

очень

науку.

гид­

придержи­

точки

каема~

,,

Попробуем вместе с читателем
заглянуть в недалекое будущее
гидромеханики,

Такая точка зрения. 'неспециа­

листов

которой черпаются задачи, неисся­

хорошо

Все

физиче­

эффекты

открыты

их

прогнозов

примеры.
на

для

описанные

И

начнем

воздушной

мин

используя

с

книге

аппаратов

подушке.

«воздушная

в

сво­

Сам

подушка»

тер­

не

сов­

сем правильно отражает работу су­
ществующих транспортных средств.

Обычная надувная подушка спо­
собна Цержать на себе тонны груза
на

каждом

квадратном

метре

долю современников остались толь­

своей площади и не требовать для
этого какой-либо мощности. Нужно

ко

только решить вопрос

нашими

предшественниками.

рутинные

расчеты.

Для

На
этого

о движителе

достаточно обратиться к справоч­
никам, а в более сложных слу­

и

чаях

воздушный винт для этой ~ли не

вычислительным

машинам

или

экспериментальным

установ­

кам.

И

не

к

никому

испытать

нового

теперь

не

совgеменников

радости

закона

физического

из
или

неизвестного

эффекта.

выскочит

открытия

И

из

никто

ванны

с

криком «Эврикаf».
Читатель,

пользуемый
годится.

·

в

Но

прекрасный

проблемы.
ница

·

Очевидно,

природа

пример

передвигается

с

помощью

компрессору,

сущий

живой

тив

гусеницы,

130

как

и

сама

природа,

из

дае.r

как

по

гусе­

ветке

де­

покрыть

подключенных

вполне

своими страницами протестует про­

Гидроме­

нам

секционированных

механизм

приговора.

время

рева. Легко себе представить, что

зовать

ханика,

книга

ис­

решения этой

Посмотрите,

всеми

такого

ему

понял,

что

настоящее

воздушн~х ·камер,

по-видимому,

что предложенная

о движении.

можно

движения,

гусенице.

поверхность

щеткой

из

к

реали­
при­

Как и

у

можно

капроновых

нитей,

которые

хранят

камеры

кой аппарат,

камерны.f\1:,

надежно
от

предо­

истирания.

назовем его

будет

родинамическом·

который

может качать морскую воду и обес­

Та­

пневмо­

обладать

насосе,

печивать

боль­

Легко

тягу

понять,

морским

что

судам.

движение

че­

шой экономичностью, хорошо пре­

рез

одолевать

магнитные поля морской воды поз­

вдоль
но,

подъемы

склонов.

Для

одинаково

бездорожье,

и

двигаться

воляет

проходимы

твердое

мощность без турбины и генерато­

и

водные

снимать

ра тока.

у

этого

не

может

Но ведь основная

стоящее

скорости доставки,

ной

и

для

нее

глав­

ным является дешевизна перевозки.

А

полей.

почту

и

свежие

Каждый человек, глядя на бу­

мечтал об

нии и использовании

моря.

волны

не

ностью.

Зимние

смениться

А

вот

Под

обла­

с

подачи

и

15

приливные

и

ность

достигать

путем

1О

позволит

вый

строить

за

счет

гидротурбин

ее

гидроагрегатов-тур­

электрических

большую

приливной

генераторов

часть

стои­

электростанции.

В главе «Магн:Итная гидродина­
мика»

мы

говорили

о

магнитогид-

для

по­

которых
из

электролиза.

водород,

Это

воды,

Дешевая

столь

который

же

с

деше­

успехом

может быть использован и в хими­
ческом
1

производстве,

онном,

Такой

и

так

является

как

и

наземном

источник

во-вторых,

мости

есть

водорода

получить

теле длинной плотины.

составляет

кривую

энергия приливной электростанции

вых,

и

Однако

энергии,

производство

мал, мощ­

только

числа

Стоимость

выравнивают

энергии.

малой мощности, расположенных в

бин

гидроэлектростанциями,

и

этот режим вполне допустим.

начали

по-

сочетании

точках

гидроэлектростанции.

достигается

в

разных

Так как перепад высот

большого

режимом

требители

могут

время

которые

меняет

м. Вот в таких местах в по­

следнее

много

сутки

в

береговой линии в зависимости
от ее формы колебания уровня
но

таким

работают

речными

Мирового

различны,

с

падает

не

потребителей,

ростанции

регулярностью.

В

сутки

ее

настоящее время приливные элект"

ния водная поверхность
уровень.

котором

штилем.

которые

свой

в

периоди­

требления' энергии. Действующие в

притяже­

дважды

при

дважды

согласятся

лунного

океана

таких

могут

волны

завидной
действием

ее

По-видимому,

\

регуляр­

длительным

является

найдется

ветровые

штормы

приливные

дают

мощность

до 'нуля.

неисчерпаемой

обладают

делает

создание

ческое ·действие,

укроще­

Правда,

высокотемпер.атур­

реальным

тростанции

вертолетом.

энергии

время

Особенностью приливной элек­

фрукты можно перевезти ~ самоле­

море,

МГ Д-генератора
магнитное поле

сверхпроводимости

вполне

пассажиров,

См),

· (5

Тл). Однако открытие в на­

(2-3

масса ·грузов не требует большой

шующее

Так так электропроводи­

то для работы
требует сильное

транспорт­

конечно,

быть большой.

и

электрическую

мость морской воды мала

средства,

и

очевид­

болото

Скорость

том,

электрические

него,

пространства.

ного

скрещенные

в

транспорте.

энергии,

во-пер­

восполнимым

экологически

продуктом

рода является

авиаци­

и,

чистым,

горения· водо­

чистая

вода.

Применение скрещенных

элек­

тромагн1:1тных полей для создания
тяги

у

морских

судов

(МГД-дви­

жители) это их самое грубое ис131

пользование.
зика

Математическая

позволяет

таком

решить

распределении

фи­

задачу

этих

о

полей

вдоль борта судна, чтобы умень­
шить на порядок волнообразование
и

трение,

столько

а

же

следовательно,

раз

уменьшить

и

требную для движения тягу.

ти судна 'для ускорения жидкости.

С

точностью

КПД

сила

до

электрического

тяги

уравновешивает

МГ Д-движителя
силу

сопротивле­

во

нИя МГ Д-генератора.
Изучение смерча-торнадо при­

по­

вело нас к открытию нового физи­

Не­

ческого эффекта

упругости дис­

-

искушенный читатель может пове­

кретно завихренной Жидкости. Это

рить автору,

открытие

будет
то

а

читать

он

вот

если

строки

специалист-корабел,

наверняка

сомнение

эти

даже

nоставит

под

принципиальную

позволяет

использовать

конструкторам

вихри

как

специфи­

ческий конструкционный метериал,
изделия

из

которого

могут

или

исчезать

по

появ­

возможность такой постановки за­

ляться

дачи.

ловека. Такие вихри могут исполь­

Не прибегая к строгим матема­

зоваться

в

качестве

воле

че­

стабилизато­

качест­

ров, рулей или удлинителей крыль­

описание работы, электро­

ев. Последний пример, по-видимо­

магнитных объемных сил, которые

му, в большой степени использует­
ся
насеJ{омыми.
Подробное ис­

тическим

венное

методам,

обеспечивают
ние

и

дадим

безволновое

движение

.

с

движе-

/

малым

трением.

Волны на поверхности возника·
ют

из-за

того,

что

движущееся

следование

ветственно

таточна

не~озму­

каким

что площадь, ометаемая его крЬl.лья­

ми и

выше

летуна,

является майский жук, показывает,

тело вытесняет воду вбок и соот­
вверх,

такого

частота их колебания дос­
для

создания

! тяги,

рав­

щенного уровня воды. Если объем-

ной

ные

берутся оставшиеся три четверти?

будут

силы

.

ускорять

\

течение

четверти

его

веса.

Откуда

вдол·ь борта, то можно ПОЛНQСТЬЮ

Если же учес1:ь, Ч'l;"О с его крыль­

скомпенсировать

ев сходит

ния

и

тем

эффект

самым

вытесне­

предотвратить

образование волны.
буется для уменьшения сопротив­

Представьте себе, что в носо­
вой части судна

окажется
тором

в

стает

в

система,

которая

случае
спутном

следе,

до

двух,

ометаемая
в

раза

четыре

а

одного

следова­

площадь
раза,

понятным·

с

возра­

то

стано­

секрет

полета

Рассмотрим

еще

один пример,

в котором применение вихрей

.к:ак

элементов конструкции может дать

корпус

гидродинамическое

два·

майского жука.

находится элект­

увлекает за собой жидкость.
этом

тельно,

вится

ления трения.

В

крыло

сантиметра

Несколько иной механизм тре­

ромагнитная

ет

вихрь,. который удлиня­

судна
в

ко­

сопро­

большой эффект.
Речь пойдет
Крыло

малого

об

экранолете.

удлинения,

приме­

тивление окажется малым. Понят­

няемое

но, что эта система сама будет .ис­

большую подъемную силу. Одновре­
менно оно создает большое индук­

пытывать

сопрот~вление.

Энергию

торможения жидкости в маrнитном

тивное

поле

чае,

можно

лучения
которую

использовать

электрической
в

свою

утилизовать уже

по­

мощности,

очередь

в

для

можно

кормовой

час-

в

сопротивление.

если

· концы

экранолетах,

крыло

которой

индуктивное

создает

В том слу­

имеет

вид

касаются

экрана,

сопротивление

щается в нуль. Легко

обра­

понять, что
!

132

дуги,

жесткое

крыло

не

может

касаться

ние

добавок

экрана, а вот концы, образованные

ных

вихрями,

натрия,

мо~т

замыкаться

и

на

Взаимодействие

с

топливу

щелоч­

-

калия,

цезия,

которые

имеют.

низкую

металлов

температуру ионизации и способны

воду, и на землю.

поля

магнитного

электропроводящей

жид­

существенно

Более

не только под водой, но и в воз-

позволяет

может

найти

'

повысить

того,

МГ Д-генератор

повысить

КПД

точного

реактивного

известно,

сделать

его

как работает реактивный двига­
тель. Через воздухозаборник воздух

точного

поступает

те.

духе.

Читателю

хорошо

в

компрессор,

где

он

электро­

проводность газа.

применение

костью

к

двигателя

вполне

способным.

прямо­

конкуренто­

Достоинство

двигателя

Благодаря

-

и

в

прямо­

его

просто­

движению

воздух

сгорания. Продукты сгорания идут

сам собой поступает в воздухо­
заборник, в камеру сгорания туда

в

же

сжимается

и

выхлопное

поступает

в

камеру

. сопло для образо­

вания реактивной струи, которая ~
создает тягу~

Перед выхлопом часть энергии
струи

бины

с

помощью

газовой

используется

компрессора.
вновь

Эта

для

вращения

энергия

энергию

движного
такого

шком

как

снять

выхлопной

струи.

кото­

мал.

Однако

оказывается

МГ Д-генератор

часть

энергии

виде

КПД
сли­

может

выхлопной

электрической энер­

гии.

циркулирует

между

газовой

тур­

Есл!f теперь эту энергию с по­
мощью

биной и компрессором, тем выше
тепловой и, следовательно, общий

в

КПД

двигателя,

ся,

этом

увеличивается

поскол~ку

при

температура

такая

раничивается

тенденция

термостойкостью

Jю_-!-Jаток турбины.

турбины

ог­

Замена

реактивного

МГ Д-генератором

газовой

двигателя

позволит

снять

Неподвижные
и

снаружи
живают

стенки

сопла,

потоком
и

а

две,

чем

лучше,

так

охлаждаемые

три

выдер­

тысячи

работы

выше

камеры

воздуха,

и

для

как

гра­

МГД-гене­

температура,

тем

увеличивается

электропроводность

продукто.в

двигателя

и

повысит­

КПД

двига­

..
касается

плотности

посту­

пающего в камеру· сгорания возду­
ха,

.то

она,

конечно,

при

этом

не

возрастает. Однако для сверхзвуко­

вых

и

· тем

скоростей

более

гиперзвуковых

движения

этот

фактор

дух,

прежде

гатель,

чем

поступить в

уплотняется

ударной

дви­

вол­

ной.
Основную
ратора

массу

составляет

МГ Д-гене­

магнитная

си­

стема~

Сверхпроводящий
позволяет

создать

проводник

сильное

магнит­

ное поле без тяжелого железного

сгорания.

Кроме

температу­

сгорания

повысится

теля

то

ввести

перестает играть роль, так как воз­

это ограничение.

сгорания

сгорания,

продуктов

Что

Однако

электрической дуги

камеру

ра

струи.

·ратора

элемен~аl

двигателя

струи в

Более того, чем больше э~ергия

дусов,

топливо,

рое, сгорая, образует реактивную
струю. Ни тебе компрессора, · ни
турбины - вообще ни одного. по­

потом

' так

возвращается,

увеличивает

тур­

впрыскивается

того,

для

авиационного

допустимо

при мене-

сердечника. Специалисты по энер­

гетике предсказывают, что в бли-.

133

наступит эра водо­

нератора. Если к этому добавить

родной энергетики, когда вся энер­

что авиационный МГД-генератор ~

гия, заключенная в ветре, Солнце,

отличие от энергетического дОЛJКец

буром

снимать

жайшее время

угле,

и

атомная

энергия

только

часть

энергии

и

будут использоваться для получе­

время

ния жидкого водорода. Такое топ­

измеряется

ливо прежде

нять, что такой генератор будет и

нение

в

жидким

всего

авиации.

водородом

найдет

На

самолете

на

борту

нужды в дополнительной

ной

щего

системе

для

приме­

с

нет

криоген­

сверхпроводя­

электромагнитного

МГ Д-ге-

легким,

его

и

непрерывной
часами,

то

работы

легко

по"

надежным.

Невозможно исчерпать области
применения
можно

гидромеханики,

разглядеть

механики.

вершины

невоз­
гидро­

•

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ад а с ин с кий С. А. Транспортные машины на возЦушной подушке.- М.:
'Цаука, 1964. · ·
'
2. Ар Ц им о в и ч Л. А. Управляемые термоядерные реакции.- М.: Наука, 1963.
З. Б ~ л ~вин Н. И. Экранопланы.- Л.: Судостроение, 1968.
4. Гарднер Дж. Электричество без динамомашин.- М.: Мир, 1965.
5. Ел и мел их И. М., С и до р к ин Ю. И. Струйная автоматика (пневмони­
ка) . - Л.: Лениздат, 1972.
6. Кир к о И. М. Жидкий металл в электромагнитном поле.- М.: Энергия, 1964.
7. К он ст ан тине с к у В. Н. Газовая смазка/Пер. с рум. Г. П. Махо; Под
ред. М. В. Коровчинского.- М.: Машиностроение, 1968.
8. Л а в р е н т ь е в М. А., Ш а б а т Б. В. Проблемы гидромеханики и их матема­
тические модели.- М.: Наука, 1973.
9.· Л ой ц я нс кий Л. Г. Механика жидкости и газа.- М.: Наука, 198?.
1О. М а кл и· в и Р о й. Суда на подводных крыльях и воздушной подушке.- Л.:
Судостроение, 1981.
11. Налив к ин Д. В. Ураганы, бури, смерчи.- Л.: Наука, 1969.
12. Прандтль Л. Гидроаэродинамика.- М.: ИЛ, 1951.
13. Сед о в Л. И. Методы подобия и размерности в механике.- М.: Наука,- 1987.
14. Сыр май А. Г. Корабль. Его прошлое, настоящее и будущее.- М.: Наука,
1967.
15. Тих он р а в о в М. К. Полет nтиц и машины с машущими крыльями.- М.:
Оборонгиз, 1949.
16. Фа б р и к ан т Г. Я. Аэродинамика.- М.: Наука, 1964.
четвертое состояние вещества.17. Фр ан к- К а мене цк и й Д. А. Плазма
М.: Атомиздат, 1975.
18. Бишоп Р, Е. Колебания.- М.: Наука, 1986.
19. Мер к ул о в В. И. Управление движением жидкости.- Новосибирск: Наука,
1980.

f

Научно-популярное издание
МЕРКУЛОВ В.ллдимир Иванович
ГИДРОДИНАМИКА ЗНАКОМАЯ

И НЕЗНАКОМАЯ

Заведующий редакцией Л. А. Русаков
Редактор А. Г. Мордвипцев
Художественный редактор Т. Н. Ко.11ь14енко

Технический редактор С. Н. Шк.ляр
Корре~<:тор М. Л. Медведская

ИБ №

32650

Сдано в набор

Подписано к печати

03.06.88.

Формат 60Х90/16. Бумага тип. N!!
Печать офсетная. Усл.

Уч.-изд.

л.

Цена

коп.

60

9,19.

печ. 11.

Тираж

24

8,5.

23.06.89.

Гарнитура тайме.

2.

Усл. кр.-отт.

ООО экз.

Заказ

№

34,5.
9-144

Ордена Трудового Красного ,Знамени
издательство ~Наука•

Главная редакции
физико-математической литературы

l l 7071

Мосl'ва В- 71, Ленинский проспект,

15

Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового
Красного Знамени МПО ~первая Образцовая т1шогра­
фия• Государственного комитета СССР по делам изда-•
тельств,

полиграфии

Mocкlia, Валовая,

и

кни.жщJй

торговли.

113054,

28

Отпечатано на полиl'рафическом комбинате ЦК ЛКСМ
Украины «Молодь»

мени
ЦК

ордена Tpyдosoro

Красного Зна­

издатепьско-полиграфическоrо

объединения

ВЛКСМ

«Молода•

ул. Пархоменkо

38-44

rварди.я•

252119

Киев-119,

о

••

'.