Техника - молодёжи 1981-11, страница 67

27-мм пробкового шарика она равна всего лишь 10,1 м/с. Как видим, отставание, вызванное сопротивлением воздуха, весьма значительно...

Следующим «шаробросателем» стал Ньютон, для которого ответ на вопрос о сопротивлении жидкостей был делом жизни или смерти. Ведь если согласно Декарту пространство сплошь заполнено материей, которая не может не оказывать сопротивления движению планет, то тогда рушилось великое творение Ньютона — вся его система мира, построенная на предположении о пустом космическом пространстве. Вот почему Ньютона всегда волновала проблема аэродинамического сопротивления и он неустанно экспериментировал с истечением воды из резервуаров, с затуханием качаний маятника в воздухе, воде и ртути, со свободным падением шаров в воздухе и воде...

Все вти эксперименты должны были дать ответ на один вопрос: справедлива или нет выдвинутая Ньютоном инерционная теория гидродинамического сопротивления. Она зиждилась на том, что в основе сопротивления лежит инерция тех масс жидкости, которые надо вывести из состояния покоя и освободить тем самым место движущемуся телу. Выходит, что сопротивление должно быть прямо пропорциональным площади поперечного сечения тела, плотности жидкости и квадрату скорости движения. Но для вычисления гидродинамического сопротивления мало знать, чему оно пропорционально. Необходим еще один сомножитель — коэффициент пропорциональности, равный действующей на тело силе тогда, когда все входящие в формулу и переменные величины равны единице. Таким образом, для проверки своей гипотезы Ньютон должен был вычислить коэффициент пропорциональности для тела простейшей формы и сравнить его с измеренным экспериментально.

Именно в этом и состояла цель экспериментов Ньютона (4) в соборе св. Павла и первых в истории опытов падения шаров в воде. Для них Ньютон соорудил деревянный резервуар с квадратным поперечным сечением 23X23 см и высотой около 3 м, наполненный дождевой водой. Восковые шары диаметром 19—32 мм с вплавленным в них свинцом тонули со скоростями б—74 см/с. В результате измерений были получены первые значения коэффициентов аэродина мического сопротивления. Хотя они и не дали очень точного совпадения с коэффициентом, вычислен ым теоретически (0,026 кг), эти опыты были сочтены достаточно хорошим приближением к теории и долгое

время считались ее опытным подтверждением.

Ньютон привлек к своим опытам двух помощников, славящихся точностью и аккуратностью. Первым из них был искусный экспериментатор Лондонского королевского общества Ф. Гауксби (1650—1713). Вместе с Ньютоном в июне 1710 года он провел опыты, бросая шары иэ стекла — диаметром 20 мм, наполненные ртутью, и диаметром 130 мм с воздухом — в соборе св. Павла в Лондоне с высоты 67 м.

Еще более эффектными были эксперименты . второ о помощника, Ж. Дезагюлье (1683—1744) — ге« лога, профессора Оксфорда, читавшего лекции по физике и в других университетах. '

В 1719 году Дезагюлье и Ньютон провели в соборе св. Павла яце серию опытов, в ходе которых пузыри и свинцовые шары падали с высоты 83 м. В том же году Дезагюлье продемон трировал королю Георгу I и его свите порази ельный эксперимент. Откачав из длинной пятиметровой трубы воздух, он до казал, что в вакууме золотая монета и кусок бумаги достигают дна одновременно. А если трубка заполнена воздухом, бумага отстает от монеты почти на половину высоты трубы.

О том, что падающее тело должно вследствие вращения Земли отклоняться к востоку, догадывался еще еаполитанец Дж. Борелли (1608—1679). Позднее к ан логич ному выводу прише Ньютон, а в 1789 году итальянец Дж. Гульель-мини. Вычислив, что при падении с высоты собора св. Петра в Риме отклонение должно составить около 12 мм, он провел в 1790—1791 годах ряд опытов К своему удивлению, Гулье ьмини обнаружил еще и таннст енное южное отклонение. Этот результат вызвал в научных кругах большие кривотолки, что побудило профессора физики и математики Дюссельдорфского лицея и основателя обсерватории близ Дюссельдорфа И. Бенценберга (1777—1846) предпринять более тщательные эксперименты (5).

В опытах Бенценберг удалось зафиксировать восточное отклонение величиной около 9 мм и южное — 3,4 мм.

Открытие таинственног южного отклонения побудило немецк го физика Ф. Рейха (1799—1882) провести эксперименты. Шары из олова, свинца и кости диаметром от 28 до 40 мм Рейх (6) бросал на дно одной ие самых ¹ убоких фрей-бургских шахт. Эти эксперименты положили конец разговорам о южном отклонении, а для восточного дали значения, считавшие я на протяжении ряда лет самыми точ

ными: при высоте 158 м оно составило (по 106 бросани м) 28,3 мм.

Как видим, опыты свободного па ения далеко не всегда преследовали цели вычисления аэродинамического сопротивления, которые ран ше всех з интересовали Ньютона. Лишь в 1811—1815 годах после экспериментов великого англичанина шведские исследов «ли П. Ла-герхьельм (7), И. Форселес' и Г. Кальстениус продолжили его опыты с падением шаров в воде.' В деревянном сосуде высотой около 9 м они заставляли тонуть ша ры диаметром от 31 до 90 мм из олова и дерева, утяжеленного свинцом. Достигав ые в этих опытах скорости составля и 0,27—1,08 м/с, а коэффициенты сопротивления давали огромный разброс от 0,02 до 0 045 кг!

Во время русско-турецкой войны 1877—1878 годов было редложено такое м ожество проектов применения воздухоплавания в военных целях, что морское и военное ведомства России обра ялись к знаменитому химику Д. И. Менделееву (1834—1907) с просьбой ивучить вопрос и дать необходимые рекомен дации.

Дмитрий Иван вич эксперимент] ровал с водой и аналогичным ей по плотности спиртовым раствором хлористого магния. В воде при скорости латунного 40-мм шара 0,16 м/с коэффицие сопротивления составлял 0,0251 кг, а в рас творе (при скорости 0,028 м/с) — 0 032—0,042 кг.

Чтобы оценить эти цифры, Менделеев привел к единообразному виду данные, полученные его пред-

е венникам . И что же оказалось?

Коэффициент сопротивления по Ньютону — 0,0265—0,0259 кг, по Мариотту — 0,036—0,039 кг, по Бенценбергу — 0,028—0,07 кг, по Рейху — 0,026—0,039 кг, по Лагер-хьёльму — 0 02—0,045 кг. Такой разнобой Менделеев равильно объяснил тем, что коэффициент сопро-тивл ния шара непостоянен и зависит от скорости, но выяснение этой зависимости он предоставил гряду щим исследователям И они ие замедлили явиться...

* * *

В 1911 году на I Всероссийском воздухоплавательном съезде в Петербурге ученик Н. Жуковского — Г. Лукьянов доложил об удивительном открытии: оказалось, что коэффициент сопротивления шара при увеличении скорости от 6 до 12 м/с резко уменьшается. Это сен-епци нное открытие выевало недоверие у некоторых делегатов, но через год знаменитый французский инженер-строитель А. Эйфель

63