Поясніть явище.
Опір води. Ми вже знаємо (§ 68), що при русі твердого тіла в повітрі на тіло діє сила опору повітря, спрямована протилежно до руху тіла. Така сама сила виникає, якщо на нерухоме тіло набігає потік повітря; вона спрямована, звичайно, рух потоку. Сила опору викликається, по-перше, тертям повітря поверхню тіла і, по-друге, зміною руху потоку, викликаним тілом. У повітряному потоці, зміненому присутністю тіла, тиск передній боці тіла зростає, але в задній — знижується проти тиском у необуренном потоці. Таким чином, створюється різниця тисків, що гальмує тіло, що рухається або захоплює тіло, занурене в потік. Рух повітря позаду тіла набуває безладного вихрового характеру.
Мал. 334. Тіла, зображені на малюнку, чинять однаковий опір руху повітря
Сила опору залежить від швидкості потоку, від розмірів та від форми тіла. Мал. 334 ілюструє вплив форми тіла. Для всіх тіл, зображених на цьому малюнку, опір руху однаково, незважаючи на різні розміри тіл. Пояснення цьому дає рис. 335, що показує обтікання пластинки і тіла, що «обтікається» потоком повітря. На малюнку зображені лінії струму, що обмежують струмені повітря. Ми, що «обтічне» тіло майже порушує правильності потоку; тому тиск на задню частину тіла лише трохи знижений порівняно з передньою частиною і опір невеликий. Навпаки, за платівкою утворюється ціла область безладного вихрового руху повітря, де тиск сильно падає.
Мал. 335. а) Позаду пластинки, поміщеної в потоці, утворюються вихори; тиск значно менше тиску . б) "Обтікає" тіло плавно обтікається потоком;тиск лише трохи менше тиску
Різні обтічники, що встановлюються на визначних частинах літака, якраз і мають своїм призначенням усувати завихрення потоку виступаючими частинами конструкції. Взагалі ж конструктори прагнуть залишати на поверхні можливо менше видатних частин і нерівностей, що можуть створювати завихрення (забираються шасі, «залізані» форми).
Виявляється, що головну роль грає при цьому задня частина тіла, що рухається, так як зниження тиску поблизу неї більше, ніж підвищення тиску в передній частині (якщо тільки швидкість тіла або набігає потоку не дуже велика). Тому особливо суттєво надання обтічної форми саме задній частині тіла. Вплив опору повітря сильно позначається і на наземних засобів: зі збільшенням швидкості автомобілів на подолання опору повітря витрачається дедалі більша частина потужності двигуна. Тому сучасним автомобілям надають по можливості обтічну форму.
При русі зі швидкістю, більшої швидкості звуку, «надзвуковою» швидкістю (кулі, снаряди, ракети, літаки), опір повітря сильно зростає, тому що тіло, що летить, створює при цьому потужні звукові хвилі, що забирають енергію тіла, що рухається (рис. 336). Для зменшення опору при надзвуковій швидкості потрібно загострювати передню частину тіла, що рухається, тоді як при менших швидкостях найбільше значення має, як сказано вище, загострення його задньої частини («обтічність»).
Мал. 336. Біля снаряда, що рухається із надзвуковою швидкістю, виникають потужні звукові хвилі
Під час руху тіл у воді також виникають сили опору, спрямовані протилежно до руху тіла. Якщо тіло рухається під водою (наприклад, риба, підводні човни), тоопір викликається тими самими причинами, як і опір повітря: тертям води поверхню тіла і зміною потоку, що створює додатковий опір. Швидко плаваючі риби (акула, меч-риба) і китоподібні (дельфіни, касатки) мають «обтічну» форму тіла, що зменшує опір води під час їхнього руху. Обтічну форму надають і підводним човнам. Внаслідок великої щільності води порівняно із щільністю повітря опір руху даного тіла у воді набагато більше опору в повітрі при тій же швидкості руху.
Для звичайних суден, що йдуть на поверхні води, є ще додатковий хвильовий опір: від судна, що йде на поверхні води, розходяться хвилі (рис. 337), на створення яких непродуктивно витрачається частина роботи суднової машини.
Мал. 337. Від судна, що йде, розходяться хвилі, що забирають енергію
Є схожість між хвильовим опором, що зустрічається судном, і опором, що з'являється при швидкому польоті снаряда внаслідок звукових хвиль; в обох випадках енергія тіла, що рухається витрачається на створення хвиль у середовищі. Однак корабель створює хвилі при будь-якій швидкості ходу, а звукові хвилі виникають тільки при надзвуковій швидкості снаряда. Ця різниця пов'язана з тим, що корабель створює хвилі на поверхні води, рухаючи межу розділу між рідиною і повітрям; у разі польоту снаряда такого кордону немає. Для зменшення хвильового опору, який для швидкохідних суден може становити понад 3/4 повного опору, корпусу судна надають спеціальної форми. Ніс судна в підводній частині іноді роблять «бульбоподібної» форми (рис. 338); при цьому освіта волі на поверхні води зменшується, а значить, зменшується і опір.
Мал.338. «Бульбоподібний» ніс швидкохідного судна
190.1.Якщо дмуть на сірникову коробку, тримаючи за нею запалений джгут, то струмінь диму відхиляється до коробки (рис. 339). Поясніть явище.
190.2.На спицю одягнений легкий гурток, що вільно ковзає вздовж неї. Якщо подути на кружок зліва, він ковзне по спиці праворуч (рис. 340, а). Якщо ж подути на кружок ліворуч, надягнувши попередньо на спицю екран перед кружком, то кружок ковзне ліворуч і притиснеться до екрану (рис. 340,б). Поясніть явище.