ПОЧЕМУ И КАК ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ

ДВА ЗАКОНА АЭРОДИНАМИКИ

Ечение 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. 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[6]). 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. 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.

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

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