Почему и как летает самолет - [5]

Шрифт
Интервал

Если самолет летит с постоянной скоростью, то полет тоже называют установившимся.

ДВА ЗАКОНА АЭРОДИНАМИКИ

Течение воздуха и силы, возникающие при действии воздушного потока на тела, изучает наука аэродинамика. Это родная сестра гидродинамики, изучающей, течение жидкостей («гидр» — вода). Важнейшие законы гидродинамики были сформулированы учеными Эйлером и Д. Бернулли — современниками Ломоносова. С развитием авиации выяснилось, что эти законы в общем справедливы и для воздуха, то есть являются и законами аэродинамики. Они вытекают из основных законов естествознания: сохраняемости массы и энергии.

Эйлер сформулировал закон неразрывности течения жидкости.

Посмотрите на рис. 9, а.


Рис. 9. С уменьшением площади сечения струи скорость течения воды или воздуха возрастает, а давление падает.


На нем изображена схема прибора, состоящего из открытого резервуара и соединенной с ним трубки, которая имеет разные сечения. Если открыть оба крана так, чтобы уровень воды в резервуаре оставался неизменным, то течение воды по трубке будет установившимся: в любом месте трубки вода ни накапливается, ни убывает (иначе где-то образовался бы разрыв течения). Поэтому за одну секунду из трубки вытекает столько же воды, сколько в нее притекает из резервуара. Значит, через разные сечения трубки (А, Б и В) за одну секунду протекает одинаковая масса воды. А это может быть, очевидно, только в том случае, если через эти сечения вода течет с различной скоростью. Чем меньше сечение, тем больше скорость воды. Иначе за одну секунду через узкое сечение «не успеет» пройти такая же масса воды, какая проходит за одну секунду через широкое сечение.

В этом и состоит закон неразрывности течения жидкости. В справедливости его можно убедиться, наблюдая течение реки. Там, где ее русло суживается и мелеет, вода течет всегда быстрее.

Этот закон справедлив и для течения воздуха, когда скорость не превышает 400–500 км/час и воздух можно считать несжимаемым.

Теперь познакомимся со вторым важнейшим законом аэрогидродинамики, который был сформулирован ученым Бернулли. Воспользуемся опять же прибором, который изображен на рис. 9, а.

Вы видите, что к трубке переменного сечения присоединены вертикальные трубочки с открытыми концами. Эти трубочки играют роль манометров. Когда краны закрыты и вода не течет по трубке, то в манометрах она стоит на том же уровне, что и в резервуаре (как во всяких сообщающихся сосудах). Но как только вода потечет по трубке, уровень воды в манометрах понизится.

Это доказывает, что если вода течет, то давление ее на стенки трубки меньше, чем когда она находится в покое. Кроме того, оказывается, что уровень воды больше всего понизится в том манометре, который присоединен к самому узкому сечению, а меньше всего — в манометре, присоединенном к самому широкому сечению.

Таким образом, когда скорость воды, то есть ее кинетическая энергия, увеличивается, давление в струе (потенциальная энергия) уменьшается[8]. В этом и заключается смысл закона Бернулли.

То же самое можно наблюдать и при течении воздуха по трубке переменного сечения (рис. 9, б). Манометры и здесь покажут, что давление уменьшается при сужении струи, то есть при увеличении скорости течения воздуха.

В справедливости закона Бернулли легко убедиться и на более простом опыте.

Возьмите два листа писчей бумаги, держа их параллельно (рис. 10, а), дуньте в промежуток между ними.


Рис. 10. Если дуть в промежуток между двумя листами бумаги, то они сблизятся, так как давление в струе меньше, чем с внешних сторон листов.


Казалось бы, что струя воздуха подействует как клин и поэтому листы разойдутся. Произойдет же как раз обратное: листы сблизятся (рис. 10, б). Дело в том, что с внешних сторон давление воздуха на листы равно атмосферному, в промежутке же между ними — в струе воздуха — давление будет немного меньше атмосферного; разность давлений и заставляет листы сближаться.

Теперь, когда вы познакомились с важнейшими законами аэродинамики, вы поймете возникновение аэродинамических сил и, в частности, подъемной силы крыла, поддерживающей самолет в воздухе.

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ СИЛЫ

На самолет в полете действуют аэродинамические силы. Покажем сначала на простых примерах, как они возникают.

Прежде всего, что такое аэродинамическая сила?

Когда при полном безветрии вы быстро едете на велосипеде, встречный воздух стремится затормозить ваше движение. А если вы стоите неподвижно и на вас дует сильный ветер, то воздух стремится сдвинуть вас с места. В обоих случаях это воздействие воздушного потока на тело и называют аэродинамической силой, или силой сопротивления воздуха.

Аэродинамическая сила получается тем большей, чем больше поперечные размеры тела и плотность воздуха, и особенно сильно она возрастает с увеличением скорости движения (или скорости потока). Кроме того, величина аэродинамической силы зависит еще от формы тела и от положения его в воздушном потоке. То и другое имеет огромное значение для полета.

Как же возникает аэродинамическая сила?

На рис. 11, а изображена схема обтекания воздухом круглой пластины (диска), поставленной перпендикулярно к потоку. Посмотрите на нее внимательно.


Еще от автора Алексей Александрович Жабров
Как устроен самолет и как он летает

Книжка рассказывает о том, как люди стали летать, как, начав с воздушного змея, дошли до современного аэроплана. Рассказ о том, как устроен нынешний самолет, как он изготовляется и совершает полет, снабжен многими рисунками, которые- помогают уяснить вопрос. Книжка рассчитана на красноармейца.


Рекомендуем почитать
Запад, западный капитализм и рабство

Самые передовые западные страны капиталистической формации, которые обязаны согласно всем догмам демонстрировать господство "свободного труда", применяли рабский и принудительный труд (используемый с помощью прямого насилия или предварительного полного ограбления) в решающих количествах.


Дѣтская смертность въ Европейской Россiи за 1893-1896 годъ

Докторскую диссертацiю лекаря Василiя Павловича Никитенко подъ заглавiемъ: "Дѣтская смертность въ Европейской Россiи за 1893–1896 годъ" печатать разрѣшается съ тѣмъ, чтобы по отпечатанiи было представлено въ Конференцiю ИМПЕРАТОРСКОЙ Военно-Медицинской Академiи 500 экземпляровъ ея (125 экз. въ Канцелярiю, 375 въ Академическую библiотеку) и 300 отдѣльныхъ оттисковъ краткаго резюмэ (выводовъ). С.-Петербургъ, Февраля 17 дня, 1901 года. Ученый Секретарь, Профессоръ А. Дiанинъ.


Восточнославянское язычество: религиоведческий анализ

Книга является переработанной и дополненной версией кандидатской диссертации на тему «Анализ мифологической составляющей восточнославянского язычества», которая была защищена автором в 2008 году в Нижегородском государственном педагогическом университете. В книге рассматривается вопрос о сущности такого сложного явления, как восточнославянское язычество, намечаются возможные направления его изучения на современном этапе развития науки, делается попытка реконструкции представлений восточных славян о солярных божествах. Книга делится на два взаимосвязанных блока: теоретико-методологический и историко-этнографический.


Российский хадж. Империя и паломничество в Мекку

В конце XIX века правительство Российской империи занималось организацией важной для мусульман религиозной практики – паломничества к святым местам, хаджа. Таким образом власть старалась взять под контроль мусульманское население России, интегрировать его в имперское пространство, а также расширить свое влияние в соседних странах. В 1920-е годы советская власть восстановила имперскую инфраструктуру хаджа. Хотя с усилением ксенофобских тенденций в 1930-х хадж был свернут, влияние СССР на Ближнем Востоке во многом опиралось на остатки прежней инфраструктуры.


Утраченное время

Утраченное время. Как начиналась вторая мировая война. Сокращенный перевод с английского Е. Федотова с предисл. П. Деревянко и под редакцией О. Ржешевского. М., Воениздат, 1972 г. В книге известного английского историка подробно анализируются события предвоенного периода. На основании архивных документов, мемуаров видных государственных и политических деятелей, а также материалов судебных процессов над военными преступниками автор убедительно вскрывает махинации правящих кругов западных держав, стремившихся любой ценой направить гитлеровскую агрессию против СССР. Автор разоблачает многие версии реакционной историографии, фальсифицирующей причины возникновения второй мировой войны.


Осада Благовѣщенска и взятiе Айгуна

В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.