Хрестоматийное и лживое объяснение эффекта Магнуса
Лёгкий бумажный цилиндр скатывается со стоящей на столе наклонной плоскости и падает, вращаясь, на пол. Если с такой же плоскости скатывается стальной шарик, то он падает, описывая в воздухе параболу. Цилиндр же падает, больше отклоняясь в сторону стола, НЕ ПО ПАРАБОЛЕ.
Каноническое «объяснение»: Де, поскольку цилиндр вращается в набегающем на него потоке воздуха, то там, где направление его вращения совпадает с вектором струй воздуха, они движутся быстрей. Там же, где направление вращение стенки цилиндра направлено ПРОТИВ вектора струй воздуха, они замедляются. Теперь применим закон Бернулли и увидим, что с одной стороны давление на боковую стенку цилиндра «снаружи к столу» больше, чем от стола. Поэтому цилиндр отклоняется от параболы к более «крутой» к столу траектории падения.
Это «объяснение» фигурирует во всех школьных и ВУЗовских учебниках.
На самом деле оно лживо, как и вся теория возникновения подъёмной силы крыла и всего прочего, связанного с аэродинамическими явлениями в случае, когда тело движется относительно неподвижной среды, жидкости или газа.
В аэродинамической трубе – всё честно и верно.
В случае ветра в атмосфере – тоже правильно.
Но, вот, в случае, когда ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА НЕТ, применять закон Бернулли НЕЛЬЗЯ!
Возвращаемся к нашему цилиндру.
Если допустить верность конвенционального объяснения, то значит у одной боковой стенки цилиндра давление повышено по сравнению с атмосферным, С другой, наоборот, понижено. Но вокруг цилиндра воздух при нормальном давлении и он ЕСТЕСТВЕННО должен тут же устремиться в область «низкого» давления и ВЫРАВНЯТЬ ТАМ ДАВЛЕНИЕ! И тут нельзя сослаться на то, что, де, «воздух НЕ УСПЕВАЕТ» туда попасть! Вязкость (внутреннеее трение) газов имеется, однако оно не настолько велико, чтобы воздух НЕ УСПЕВАЛ заполнить разряжение у относительно медленно падающегося бумажного цилиндра. С другой стороны давление должно быть повышенным и воздух оттуда должен отбрасываться в сторону. Однако по снимкам струек в опытах с эффектом Магнуса, этого не видно!
Аналогично и с крылом самолёта. Подъёмная сила возникает НЕ из-за разности в скоростях струек по теории Кутта-Жуковского, а из-за отклонения набегающего потока воздуха вниз нижней плоскостью крыла.
Вновь, напоминаю «Принцип Неэквивалентности Взаимодействия Тел, Эквивалентных Кинетически». То есть движение тела в стоячей среде (жидкости или газе) НЕ эквивалентно движению потока жидкости или газа относительно покоящегося в нашей системе отсчёта тела! Хотя с точки зрения чисто кинетической, они равноправны: Скорость среды относительно движущегося тела или скорость тела относительно движущейся среды – одинаковы!
Но факт остаётся фактом и с экспериментом спорить нельзя: Цилиндр ДЕЙСТВИТЕЛЬНО отклоняется при падении от параболы! ПОЧЕМУ?
Ясно, что какая-то сила всё же сдвигает его в полёте именно ближе к столу и, если это не сила разности давлений по Бернулли, то ЧТО???
Присмотримся скрупулёзней к движению вращающегося в воздухе цилиндра. Из-за некоторой, хоть и очень малой, вязкости воздуха, стенка цилиндра вращает и тонкий пограничный слой воздуха, «прилипший» к ней и вблизи расположенный. Направления вращения этих слоёв различно по отношению к вектору скорости набегающего потока. Там, где боковая стенка цилиндра вращается против потока, она СОЗДАЁТ БОЛЬШЕЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. Там же, где напраление вращения слоя и потока совпадают, АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ движению цилиндра уменьшается. ВОТ ЭТА РАЗНОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЙ (а не «давления струек») и сдвигает цилиндр от параболической траектории! Цилиндр, падая, как бы снова «скатывается» с наклонной плоскости АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, из области бОльшего сопротивления в сторону мЕньшего!
На судне Флеттнера «Барбара», где роль парусов играли вращающиеся вертикальные цилиндры, (роторы Флеттнера) ситуация СОВЕРШЕННО ИНАЯ! Там используется ВЕТЕР, то есть поток движущегося воздуха, и в нём, действительно, возникают силы Бернулли, разность давлений струек.
Чем эти два примера отличаются? Всё тем же, НЕОДИНАКОВОСТЬЮ СОСТОЯНИЙ,
В случае цилиндра – он движется, вращаясь, сквозь неподвижный воздух.
В случае корабля Флеттнера, он развивает силу тяги за счёт взаимодействия вращающихся цилиндров с уже наличествующим потоком движущегося воздуха – струёй ветра!
Ситуации КИНЕМАТИЧЕСКИ схожие, а в смысле физического взаимодействия тел – среды и цилиндра — РАЗНЫЕ!
В следующей заметке, посвящённой «ПРИНЦИПУ НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕЛ, КИНЕТИЧЕСКИ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ», я попытаюсь объяснить, на какой ОШИБКЕ нашего мышления основана фиктивная идея ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ таких ситyаций.
7 IV 2023
Свидетельство о публикации №223040800090
Не стану вдаваться в комментарии по поводу падающего цилиндра, эффекта Магнуса и пр., однако, поскольку Вы с неиссякаемым упорством выступаете с нападками на "лживое объяснение" подъёмной силы крыла, одно замечание сделаю-таки.
Вы утверждаете, что "подъёмная сила возникает <...> из-за отклонения набегающего потока воздуха вниз нижней плоскостью крыла". Вынужден в очередной раз заметить, что можно сформировать такой профиль, у которого нижняя плоскость будет именно плоскостью (т.е. плоской в геометрическом смысле), и даже установить такое крыло с нулевым углом атаки (т.е. когда эта плоскость параллельна набегающему потоку и никакого отклонения вниз не наблюдается), но за счёт выпуклой верхней части профиля подъёмная сила возникнет всё равно, пусть и заметно меньшая в сравнении с крылом, установленным с небольшим углом атаки.
Напоминая об этом, признаю за Вами право придерживаться той точки зрения, которая Вам ближе.
С уважением,
Андрей Девин 08.04.2023 03:54 Заявить о нарушении
В первую очередь, примите мою благодарность за Ваше "неиссякаемое" внимание к моим написаниям!
Следующая благодарность -- за Ваше столь же неустанное напоминание мне о возникновении подъёмной силы у крыла с нулевым углом атаки, то есть с нижней плоскостью крыла строго параллельной вектору скорости набегающего потока.
Я полностью согласен с Вашим мнением, ЕСЛИ ВЫ ИМЕЕТЕ В ВИДУ крыло в аэродурдомической трубе или при наличии некого внешнего ветра или любого другого ВНЕШНЕГО ПОТОКА ВОЗДУХА ИЛИ ВОДЫ.
Но я утверждаю, что ТАКОЕ крыло, ДВИГАЯСЬ в неподвижном воздухе или воде, НЕ БУДЕТ СОЗДАВАТЬ ПОДЪЁМНОЙ СИЛЫ! За исключением случая, когда движение крыла будет столь быстрым, что за передней выпуклостью будет происходить срыв потока и НА ЗАДНЕЙ ВЕРХНЕЙ плоскости крыла действительно возникнет некое разряжение, в которое воздух извне, находящийся под нормальным барометрическим давлением не будет успевать входить. Но в этом случае это будет весьма опасная подъёмная сила, стремящаяся "опрокинуть" крыло передней кромкой вниз. Полагаю, что известный разрушительный флаттер появлялся именно по этой причине.
Давление у боковой внешней стенки фюзеляжа самолёта всегда соответствует барометрическому давлению для данной высоты, иначени один альтиметр-высотомер (барометр-анероид) не мог бы работать. Следовательно, НИКАКИХ СТРУЕК Бернулли, хоть сколько-нибудь изменяющих в этом месте давление, около движущегося в НЕПОДВИЖНОМ воздухе тела НЕ БУДЕТ! Будет воздух с нормальным атмосферным давлением, согласно барометрической формуле Больцмана.
Со взаимной благодарностью расходимся по своим местам от барьера для следующего обмена выстрелами.
Ваш Эспри
Эспри Де Лэскалье 08.04.2023 16:20 Заявить о нарушении
Андрей Девин 08.04.2023 19:57 Заявить о нарушении
Ещё раз -- моя к Вам признательность за внимание и труд!
То, что Вы сообщаете о ГОНОЧНЫХ автомобилях, как раз описано в моём предложениио флаттере. Да, при большой скорости движения гоночной машины, возникают аэродинамические силы на кузов, вызываемые срывом потока воздуха и завихрениями, которые, несомненно оказывают силовое влияние на машину, тем паче, при таких скоростях машина, не будучи, в отличие от самолёта, правильно сбалансирована, обладая некоторой массовой ассиметрией, становитсяпросто чисто механически неустойчивой. Наду учесть и аэродинамическое сопротивление её корпуса. Неодинаковость давления в шинах и их неодинаковую упругость. (чентровка не может учесть всех сил со стороны НАГРУЖЕННОЙ машины, ибо цетровка колёс производится НА отдельном КОЛЕСЕ, а не на колёсах, сжатых весом машины, трением о полосу и ассиметричными силами инерции). Есть масса факторов, делающих гоночную машину неустойчивой.
Кроме того, все гонки происходят НА ОТКРЫТЫХ для ветра трассах. А ветер -- это как раз тот фактор, который уже "работает" по теореме Кутта-Жуковского.
Для забавы, если перевернуть крыло задней кромкой вперёд, что будет? По вышеупомянутой теореме путь струек сверху и снизу останется в том же соотношении, следовательно теорема должна дать ТОТ ЖЕ эффект, ту же величину подъёмной силы. Но на деле, уверен, окажется совсем НЕТ ТАК. Значит теорема не столь уж точна и справедлива!
Напоминаю, что во всех учебниках, в главе, посвящённой теореме Жуковского, сначала выводится формула Чаплыгина и этому выводу предшествует весьма многозначительная фраза: "Для УДОБСТВА преположим, что крыло самолёта... ПОКОИТСЯ, а окружающий его воздух движется."
А завершается эта глава обычно словами:
"Величина подъёмной силы, действующей на обтекаемый контур, равна произведению плотности обтекающей жидкости (или газа), циркуляции и величины скорости течения В БЕСКОНЕЧНО УДАЛЁННОЙ ТОЧКЕ..."
То есть ещё раз подтверждается, что крыло НЕПОДВИЖНО и его ОБТЕКАЕТ НЕКИЙ бесконечный поток среды (жидкости или газа), о чём я твержу уже не первый год! Неосознанно используется принцип кинематической относительности (эквивалентности) к явлению ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ среды и крыла, что НЕВЕРНО!
Ваш с благодарностью Эспри
Эспри Де Лэскалье 08.04.2023 22:04 Заявить о нарушении
НО ГДЕ ОНО СТОИТ??? В ЗАЛНЕЙ части машины, где как раз, по моим рассуждениям о крыле на больших скоростях, ибо ТАМ будет срыв потока за выпуклостью корпуса и ТАм же будет возникать ПОДЪЁМНАЯ СИЛА разряжения, которая у крыльев самолётов тоже вызывала флаттер!
Ваш Эспри
Эспри Де Лэскалье 08.04.2023 22:14 Заявить о нарушении
Андрей Девин 08.04.2023 22:28 Заявить о нарушении
Не гонщик я и гонками не интересовался. Даже прав на вождение обычной машины никогда не имел. Но неясно, почему крыло НАД кабиной водителя, ближе к мотору, должно ухудшить обзор. Водетель не высовывается же через верхний люк, обозреть окрестности. И передних крыльев тоже не видел. Но принципиально сути нашей дискуссии это не меняет. Главная проблема -- СЗАДИ из-за срыва потока и возникающего там разряжения. Так что пока не вижу оснований менять свои взгляды на неприменимость кинематической эквивалентности к взаимодействию среды и тела.
А именно на нём основана вся эта исходно неверная теория!
Поведение покоящегося крыла в потоке среды радикально отличается от поведения движущегося крыла в неподвижной среде. Иначе отцам-основателям не надо было бы прибегать к такой ПОДМЕНЕ -- "УПРОЩЕНИЮ"!
Ваш с признательностью Эспри
Эспри Де Лэскалье 08.04.2023 23:21 Заявить о нарушении
Андрей Девин 09.04.2023 08:29 Заявить о нарушении
Благодарю Вас за развитое чувство юмора!
Разумеется, Вы правы, ветер дует на высотах и на взлётно-посадочной полосе аэродрома, как и на трассе гонок. Но, в отличие от гоночных машин, и от ВОЗДУШНЫХ ЗМЕЕВ, самолёты летают не только благодаря ветру, хотя при взлёте и посадке сила и направление ветра учитывается пилотами.
Мы же говорим об УПОРЯДОЧЕННОЙ подъёмной силе крыла, а не о случайных порывах ветра, вызывающих "аварийный взлёт" гоночной машины.
Кстати, будучи полным аналфабетом в автомобилях, замечу, что, по моему мнению, у ГОНОЧНЫХ машин ведущие колёса должны быть ПЕРЕДНИЕ, ибо это увеличивает столь необходимую им манёвренность, хотя усложняет конструктивно передачу энергии от мотора.
С признательностью за остроумие, вполне оценённое мною, Ваш Эспри
Эспри Де Лэскалье 09.04.2023 15:03 Заявить о нарушении
Андрей Девин 09.04.2023 16:31 Заявить о нарушении
Спасибо за информацию. Не знал, просто по-наивности думал, что уж гоночные машины должны иметь передний привод.
Но, наверняка, изготовители разбираются в этом чуть лучше меня...
Ещё раз, спасибо.
Ваш Эспри
Эспри Де Лэскалье 09.04.2023 22:24 Заявить о нарушении