Оборудование и принадлежности:
• жидкостный манометр;
• вентилятор;
• пластиковая бутылка;
• воздушный шарик;
• скотч.
Изменение давления, вносимое препятствием, можно объяснить на примере действия паруса. При равномерном ветре степень сжатия воздуха в соседних участках одна и та же, поэтому можно было бы предположить, что силы давления, действующие по обе стороны паруса, будут одинаковы, а следовательно, ветер не должен двигать судно. Но в действительности именно парус на протяжении длительного периода служил основным движителем на воде, поскольку парус существенно изменяет движение воздуха. Ударяясь о препятствие (парус), воздух сжимается, подобно тому, как сжимается мяч, ударившийся о стенку; с подветренной стороны слои воздуха, прилегающие к парусу, сжимаются сильнее, чем остальной воздух, то есть давление повышается. С другой стороны паруса воздух, обтекая парус, оказывается менее сжатым, то есть давление в этой зоне меньше. Таким образом, за счет разницы давлений по разным сторонам паруса возникает равнодействующая сила, приложенная к парусу, которая движет судно.
Как парус меняет скорость потока воздуха, так и манометр, погруженный в текущую жидкость, изменяет скорость потока. После незначительной доработки жидкостного манометра можно создать интереснейший прибор для измерения скорости потока жидкости или газа. Для этого из маленькой пластиковой бутылочки и фрагмента воздушного шарика изготовьте приемник давления – раструб с мембраной (рис. 70). Для большей эластичности и, соответственно, чувствительности шарик желательно несколько раз надуть и спустить, в результате резина растянется, станет тоньше и податливее. Вырежьте из шарика достаточный кусок и натяните его на раструб, как показано на рисунке. Чтобы материал мембраны не соскальзывал, закрепите его скотчем. Готовый приемник давления соедините с приемной трубкой манометра, вставив в пробку раструба иголку от капельницы.
Итак, прибор готов, пора приступать к экспериментам. Если установить мембрану манометра навстречу потоку воздуха (для создания воздушного потока можно использовать домашний вентилятор, а для создания потока жидкости – шланг, присоединенный к водопроводному крану), манометр покажет существенное повышение давления. При повороте мембраны на 90°, то есть вдоль потока, манометр покажет несколько меньшее повышение давления; а при повороте мембраны на 180° от направления потока манометр отразит еще меньшие показания. Меняя интенсивность (поворотом регулятора оборотов вентилятора или крана), то есть скорость потока, вы заметите, что показания манометра будут пропорциональны скорости движения потока.
Рис. 70
В авиации для измерения больших скоростей воздушного потока (скорости движения самолета относительно воздушной среды) применяют несколько иной, но работающий на том же принципе прибор – трубку Пито. Для создания такого прибора вам необходимо изготовить приемник давления особой формы (рис. 71) – трубку с закругленным закрытым концом и отверстиями сбоку. Материалом для изготовления такого элемента может послужить дерево или пластик. Струи воздушного потока, проходя мимо отверстий, сохраняют свою скорость практически неизменной, и в колене манометра, соединенного с такой трубкой, создается давление. Такая трубка называется зондом.
Заглушив (заткнув) выходную трубку манометра и присоединив ко входной трубке зонд (рис. 72), вы сможете более точно, чем с помощью мембраны, измерять изменение скорости, например, ветра. Мембранный приемник давления из-за своих габаритов создает более значительные искажения в движущихся массах потока, чем закругленный зонд.
Рис. 71
Рис. 72
Сила Магнуса и подъемная сила крыла
Оборудование и принадлежности:
• лист плотной бумаги;
• клей ПВА;
• в качестве наклонной поверхности – крышка от картонной коробки или сама коробка, например от плоского монитора.
Для обнаружения силы Магнуса (поперечной силы, действующей на тело, вращающееся в набегающем на него потоке жидкости или газа; была открыта немецким ученым Г. Г. Магнусом в 1852 г.) можно проделать несложный эксперимент.
Склейте из листа плотной бумаги рулон и скатите его с наклонной обрывающейся поверхности (рис. 73). Естественно, скатываясь, рулон приобретет некоторую скорость. Далее, казалось бы, рулон должен двигаться (падать) по параболической траектории А, слегка искажаемой сопротивлением воздуха. Так все и происходило бы, если бы рулон падал без скольжения или скатывался бы тяжелый предмет. Как ни странно, но легкий рулон будет упрямо залетать под поверхность скатывания по траектории В, существенно отклоняясь от предполагаемой параболической траектории.
Рис. 73
Объясняется такое явление следующим образом: вращение рулона нарушает симметричность обтекания воздуха за счет эффекта прилипания. С одной стороны бумажного цилиндра скорость воздушного потока больше, значит, там давление понижается и возникает боковая подъемная сила, называемая силой Магнуса.
