Юный техник 1974-03, страница 79

исследуемых объектов. Именно о таком учебном пособии для демонстрации поведения газов и пойдет речь. Сконструировали этот прибор доцент МВТУ имени Баумана М. И. Киселев и студенты В. Аникеев, А. Павлов, А. Шишков.

За поведением горячих газов стоит понаблюдать. Изменения, претерпеваемые ими, не только цнтересны, но и поучительны. Так, течение горячего сжатого газа (продукт сгорания, например, ракетного топлива) ускоряется, если направить его через так называемое сопло Лаваля, которое сначала постепенно сужается, а потом сразу начинает расширяться. В самом узком месте сопла скорость течения газа достигает скорости звука. Там же, где сопло начинает расширяться, скорость газа меняется. Почему?

Частицы сжатого и нагретого газа обладают потенциальной энергией. Атомы и молекулы его стремятся удалиться друг от друга и раздвинуть границы первоначально занятого в камере сгорания объема. При высоком давлении и температуре эти частицы сталкиваются между собой и со стенками сосуда и ведут себя подобно сжатой пружине, потенциальная энергия которой растет с увеличением степени ее сжатия. Однако по мере увеличения скорости газ в сопле охлаждается. Его плотность и давление убывают. В той части сопла, где скорость звука в газе и скорость течения газа становятся одинаковыми, возможны так называемые скачки. Это давление может привести к нежелательным результатам, поэтому его нужно хорошо знать будущим конструкторам.

На рисунке: 1 — бак с водой; 2 — профильный лоток; 3 — заслонка; 4 — оптическая система;

5 — демонстрационный экран;

6 — экран подсветки; 7 — отверстие для подачи жидкости; 8 — поддон; 9 — лампы; 10 — отражатель.

Эти процессы можно промоделировать и проследить, если воспользоваться аналогией между течением сжатого газа и жидкости в открытом канале. Чтобы аналогия была полной, русло канала должно быть близким по форме к соплу Лаваля. Вместо камеры сгорания возьмите наполненный водой бак, а роль сопла будет играть фигурный лоток, боковые стенки которого сначала сближаются, а затем расходятся. Чтобы опыты были полнее, стенки лотка должны быть съемными. Нужно сделать несколько комплектов различных профилей таких стенок.

Подача воды в лоток регулируется заслонкой. Дно русла нужно сделать прозрачным, так как сквозь него будет проецироваться весь процесс на экран. Для киноэффекта потребуется простая оптическая система, экран подсветки (белая бумага), источники света, отражатель, экран (см. рис.).

Вся модель может быть собрана из оргстекла, деревянных брусков, жести и других материалов. В собранном виде пособие позволяет наблюдать обтекание сверхзвуковым потоком тел — преград различной формы. Для этого достаточно на пути потока в расширении лотка поместить плоское обтекаемое тело.

Меняя стенки лотка и преграды, можно убедиться, что любое изменение скорости потока жидкости в нашей модели будет довольно четко видно на экране по разводам-волнам при обтекании предметов-преград. Величина скорости нас не интересует, важно лишь усвоить, от каких условий и как меняется - скорость течения жидкости, которая в нашем эксперименте заменяет газ. А это-то как раз и возможно на данном приборе.

П. ПЕТРОВ, инженер

77