Техника - молодёжи 1975-01, страница 39
Сама труба обычная, выполнена в форме пустотелого тора, по которому с помощью вентилятора прокачивается воздух. Чтобы устранить возмущения и получить максимально однородный поток, ее перегораживают сотовидные решетки и проволочные сетки. Скорость воздушного потока фиксируется приборами, укрепленными вдоль стенок или в центре трубы. Кроме того, предусмотрены шестикомпонентные автоматические весы для быстрого и точного измерения трех компонент силы и трех компонент момента этой силы. Что же касается результатов исследования, то о них пусть лучше расскажет главный «дирижер» эксперимента — Марк Матвеевич. МАСЕЕВ: Вряд ли есть смысл перечислять все полученные нами данные. Упомяну лишь о том, какой поразительный эффект может дать совершенная (с точки зрения аэродинамики) стойка спортсмена. Трасса финальных сохтязаний по скоростному спуску зимней Спартакиады народов РСФСР в районе Эльбруса (1970 г.) включала около 1000 метров простых участков, на которых горнолыжники могли (без какого-либо риска падения) принять произвольную стойку. Так вот, улучшение стойки, а иначе говоря, уменьшение произведения коэффициента лобового сопротивления на лобовую площадь Сх S, скажем, всего на 10 процентов, при движении по этим участкам сократило бы время преодоления трассы (3470 метров) приблизительно на 2,5 секунды. Если учесть, что сейчас лдет борьба за десятые и даже сотые доли секунды, то это совсем неплохо. Подобное же улучшение стойки на всей дистанции (здесь от горнолыжника требуется немалое умение) дало бы выигрыш порядка 8—9 секунд! При выборе оптимальных стоек горнолыжников мы обнаружили, что малейшие изменения в положениях рук, туловища и головы ведут к резким скачкам аэродинамических характеристик. Самые лучшие показатели — при стойке, известной у лыжников под названием «яйцо». Распрямление и отведение рук от туловища дает увеличение лобового сопротивления примерно на 50—80 процентов. Равнозначен по эффекту торможения переход из стойки «яйцо» в стойку «ракета» — высокое положение с прижатыми руками и палками под мышками... — А стоило ли проводить столь сложный эксперимент, еспи здравый смысл и так подсказывает: чем ни- На движущийся вращающийся мяч действует поперечная сила Магнуса. Более подробное описание «эффекта Магнуса» в приложении н шарам смотри в статье Г. Смирнова «Аэродинамическая поэма, или Мяч в воздухе» («ТМ» № 12 за 1967 год, стр. 37 — 38). же стойка и чем она более сгруппирована, тем она выгоднее с аэродинамической точки зрения? ГОРЛИН: Здравый смысл хорош при решении разве только житейских, но никак не научных вопросов. Особенно при объяснении яв-. лений, относящихся к области аэродинамики. Например, горнолыжники считают, что при опускании головы в стойке «яйцо» происходит улучшение обтекаемости. Однако, как показали наши опыты, при этом положении появляется, помимо желания спортсмена, горб, и сила лобового сопротивления увеличивается. Кстати, аналогичное явление мы подметили еще в 1967 году при проведении эксперимента с велосипедистами: опускание головы вело к возрастанию силы сопротивления. Нередко чутье и интуиция приводят нас к ошибочным выводам. Допустим, стоят два дома: один с островерхой, крутой, а другой с обычной крышей. Какая из них будет быстрее сорвана ветром? Казалось бы, что высокая крыша менее прочна. На самом же деле — низкая. При обтекании ветром низкой крыши согласно закону Бернул-ли сверху ее вследствие возросшей скорости воздуха давление падает. При определенных условиях разница давлений может быть довольно высокой, и крыша воспринимает значительную' нагрузку. Характер обтекания крыши с высоким коньком совсем другой, здесь разница давлений мала, и крыша противостоит в основном только напору ветра. Жители Альп и Татр, где постоянно дуют сильные горные ветры, давно осознали этот на первый взгляд парадоксальный факт. И там с незапамятных времен возводят дома с остроконечными крышами. А для того, чтобы укрепить получше низкие кровли, на них кладут тяжелые камни. — Видимо, в аэродинамических законах надо искать и разгадку поведения крученого мяча (футбольного или теннисного], который летит по криволинейной траектории] ГОРЛИН: Разумеется! Тут виноват «эффект Магнуса» (см. рис. вверху. — Прим. ред.) При «кручении» мяча в полете с той стороны его поверхности, где направление набегающего воздуха совпадает с направлением вращения, происходит ускорение обтекаемого потока. Одновременно с противоположной стороны скорость потока падает. Согласно упомянутому закону Бер-нулли с ростом скорости потока давление в нем падает, а при уменьшении скорости давление увеличивается. Следовательно, на мяч действует поперечная сила. Причем величина искривления траектории возрастает при увеличении скорости вращения. Искусство спортсмена и состоит в том, чтобы удар был достаточно сильным и приложен в нужное место относительно центра мяча. Зависимость коэффициента лобового сопротивления Сх шара от числа Рейнольдса Re — , где V — скорость воздушного потона, d — диаметр шара, » — кинематическая вязкость среды. — А в чем секрет так называемой «японской подачи» в вопейболе, когда мяч, словно подкошенный, резко опускается на площадку противника! МАСЕЕВ: Планирующая японская подача относится совсем к другому явлению аэродинамики. Коэффициент лобового сопротивления Сх зависит от числа Рейнольдса Re или от скорости воздушного потока (скорости мяча) при постоянных размерах тела и одинаковой кинематической вязкости окружающей среды. Это число играет фундаментальную роль в аэродинамике. На графике приведена зависимость величины коэффициента лобового сопротивления шара (мяча) от числа Рейнольдса. На выделенном участке абсциссы заметен резкий излом кривой, свидетельствующий о том, что при НАБЕГАЮЩИЙ ПОТОК ПОПЕРЕЧНАЯ СИЛА 37 |
