Техника - молодёжи 1999-02, страница 35

одним запаянным концом. Ее уложили на землю и заполнили водой, соединив ее открытый конец с полной бочкой. Затем веревками с крыши и из окон трехэтажного дома рабочие начали осторожно поднимать трубу за запаянный конец, устанавливая ее вертикально и следя за тем, чтобы открытый конец — нижний — постоянно был погружен в бочку. Наконец труба встала вертикально — и все увидели, как вода в ней замерла на отметке 10 м. Выше образовалось пустое пространство — «торричеллиева пустота».)

Расшифруем показания манометров на рис. 2. Первый показывает Pi=75 мм водяного столба — 0,075 атм (750 Па), второй и третий — соответственно на 70 и 80 Па меньше. А почему такое давление хилое? От водопровода, что ли, питаете? Ладно, неважно. Главное, цифры говорят, что процесс протекает по Бернулли — правда, в трубке Пито давление выше, но ведь она учитывает скоростной напор!

«Не торопитесь заблуждаться! — вмешивается Моисеев. — Обратите внимание на четвертый манометр, что стоит на том же изгибе, где третий, но с противоположной, вогнутой стороны. Путь воды вдоль его дуги короче, чем вдоль внешней. Значит, и скорость ее меньше, а давление, вопреки вашему Бернулли, тоже ниже!»

Вспоминаю любимую Десну — действительно, скорость струи на стрежне у левого крутого берега выше, чем на плесе правого, да и поглубже там, хорошая рыба — лещ неподъемный, голавль пугливый, держится — только закидывай, а на плесе лишь мелюзга пасется, да щука или окунь крупный гоняют ее по утрам и вечерам...

«Теперь посмотрите на шестой манометр, — отвлек от приятных воспоминаний Юрий Леонидович. — Воды по колено — 61 см! Ниже всех других. А ведь на широком участке трубопровода стоит, и напор должен быть таким же, как в первой трубе! Ну, может, чуточку меньше из-за потерь в трубопроводах».

Смотрим расчеты, выполненные исходя из условия неразрывности потока, постоянства расхода жидкости в единицу времени. Скорости на широком и узком участках соотносятся обратно пропорционально площадям сечений — в данном случае как 1:22, а кинетические энергии — пропорционально квадрату скоростей, здесь как 1:484. Без малого в 500 раз кинетическая энергия в широкой трубе меньше, чем в узкой!

Проанализируем опыт нашего «друга парадоксов» через уравнение Бернулли. По закону сохранения энергии оно включает три члена: потенциальные энергии давления и высоты потока и кинетическую. Поскольку трубопровод расположен в горизонтальной плоскости, высота постоянна, и суммарная энергия определяется лишь давлением и скоростью. Чтобы иметь постоянный энергобаланс, нужно признать: с увеличением кинетической его составляющей потенциальная, т.е. давление,

падает. А по Моисееву — наоборот, растет! Чем же тогда объяснить, уважаемый Юрий Леонидович, показания манометров, и вправду регистрирующих некоторое уменьшение давления на скоростном участке «трассы»?

«Свойством жидкости сохранять заданное направление и равномерность движения согласно первому закону Ньютона, — отвечает автор. — Манометрические трубки перпендикулярны потоку и регистрируют краевой эффект. Я же предлагаю другой способ контроля: на узком участке установить резиновую трубку и заключить ее в стеклянную, надетую на широкие Tpy^L бы, чтобы наблюдать за состоянием резиновой через стекло (рис. 2, внизу). Заполнить водой все трубы и пространство между резиновой и стеклянной трубками, и выровнять показания трех манометров; затем открыть кран и пустить воду». Открыли, пустили. Через стеклянную трубку хорошо было видно, как расширилась резиновая, а в манометре над ней водяной столбик поднялся выше других. И чем выше становилась скорость жидкости, тем сильнее раздувалась резиновая трубка. Мда... Не знаю, как вам, а мне опыт понравился. Я увидел в нем идею интегрального манометра: вот выполнить эластичные стенки более тонкими и чуткими... «Где же, Юрий Леонидович, упало вам яблоко на голову?» — спрашиваю автора. — «А на местной выставке изобретений, — отвечает. — Я демонстрировал там свои медицинские разработки, а напротив другой изобретатель показывал гидравлические приборы. Посетителей было мало, мы разговорились — и вот...»

Даниил Бернулли (1700 — 1782), выходец из славного семейства швейцарских ученых, голландцев по происхождению, сын Иоганна и племянник Якоба Бернулли, добрый гений Петербургской Академии наук, стоявший у ее истоков вместе с такими гигантами, как Эйлер, Ломоносов, Крафт, Нар-тов, — издал в Страсбурге написанную в России книгу «Гидродинамика» (1738), где привел знаменитое уравнение, связывающее скорость и давление в потоке идеальной несжимаемой жидкости при установившемся течении. За минувшие 260 лет уравнение уточняли с учетом потерь энер-

33

гии потока на трение (Л.Прандтль), на местные сопротивления (Н.Е.Жуковский), на нагрев жидкости и характер движения (О.Рейнольде). Профессор Г.Г.Зелькин, известный по телепередаче «Это Вы можете» как автор поездов на воздушных крыльях, защищал докторскую по гидравлике и на основании своих исследований добавил в уравнение Бернулли четвертый член — вихревой. («Вихревой член». Неблагозвучно, но профессор неумолим...) Он учитывает потери энергии на турбулентное движение.

Что ж, возможно, и Моисеев открыл нечто неизвестное в бурном потоке, — размышляю, перебираясь на другой берег Десны за окунем. Вон ведь, повыше-то Десна шире и спокойней, а здесь, в узком месте, так и сбивает с ног. Живая сила: не будь ее — и не почувствовал бы давления. Вспоминая с глубоким уважением Бернулли, проверим гидравлический эффект на бокалах с вином, которые поднимем за него — и за парадокс Моисеева

КАПИЛЛЯРНЫЙ ЭФФЕКТ КАШИНА

«Пишу в ваш журнал в надежде, что мое письмо прочитают до конца, а не выбросят в корзину после первых строк. Дело в том, что мне пришел на ум агрегат, который можно классифицировать как вечный двигатель. Принцип я подсмотрел в природе, он там используется лет этак миллиард, а то и более. (На самом деле 200 млн лет, с юрского периода. — Ю.Е.) Суть моей догадки в том, что деревья поднимают воду с растворенными в ней веществами на большую высоту за счет капилляров, и никакая сила тяжести этому не помеха, а высота, например эвкалипта, метров до 300. (Опять перелет: вдвое меньше. — Ю.Е.) А если и нам сделать такую же трубу, состоящую из капилляров?»

Автор письма — М.Р.Кашин из города Нолинска Кировской области — приводит эскиз башни-насоса, состоящей из секций и увенчанной коллектором, т.е. колпаком для сбора воды, с отводной трубой (рис. 3). Для запуска агрегата ставим его в водоем и через шланг, заправленный в трубу, подсасываем (не ртом, конечно, а пневматическим насосом) воздух из коллектора, создавая разрежение и заодно помогая воде подниматься по капиллярам к верхнему срезу колонны. Сосем, сосем... а воды все нет. «В чем дело, Михаил Романович?» — «Не могу понять. Сам видел, как весной на пнях

Не работает насос, Хоть кричи

от жажды SOS! Как же сделала

природа Механизм такого

рода?!