agentstvoarendi.ru casino vulkan armenia.

Физика в решение задач

Движение тел в жидкостях и газах

Одной из важнейших задач аэро- и гидродинамики является исследование движения твердых тел в газе и жидкости, в частности изучение тех сил, с которыми среда действует на движущееся тело. Эта проблема приобрела особенно большое значение в связи с бурным развитием авиации и увеличением скорости движения морских судов.

На тело, движущееся в жидкости или газе, действуют две силы (равнодействующую их обозначим R), одна из которых (Rx) направлена в сторону, противоположную движению тела (в сторону потока), — лобовое сопротивление, а вторая (Ry) перпендикулярна этому направлению — подъемная сила (рис. 55).

Если тело симметрично и его ось симметрии совпадает с направлением скорости, то на него действует только лобовое сопротивление, подъемная же сила в этом случае равна нулю. Можно доказать, что в идеальной жидкости равномерное движение происходит без лобового сопротивления. Если рассмотреть движение цилиндра в такой жидкости (рис. 56), то картина линий тока симметрична как относительно прямой, проходящей через точки А и В, так и относительно прямой, проходящей через точки С и D, т. с. результирующая сила давления на поверхность цилиндра будет равна нулю.

Иначе обстоит дело при движении тел в вязкой жидкости (особенно при увеличении скорости обтекания). Вследствие вязкости среды в области, прилегающей к поверхности тела, образуется пограничный слой частиц, движущихся с меньшими скоростями. В результате тормозящего действия этого слоя возникает вращение частиц и движение жидкости в пограничном слое становится вихревым. Если тело не имеет обтекаемой формы (нет плавно утончающейся хвостовой части), то пограничный слой жидкости отрывается от поверхности тела. За телом возникает течение жидкости (газа), направленное противоположно набегающему потоку. Оторвавшийся пограничный слой, следуя за этим течением, образует вихри, вращающиеся в противоположные стороны (рис. 57).

Лобовое сопротивление зависит от формы тела и его положения относительно потока, что учитывается безразмерным коэффициентом сопротивления Сx, определяемым экспериментально:

  (33.1)

где r — плотность среды; v — скорость движения тела; S — наибольшее поперечное сечение тела.

Составляющую Rx можно значительно уменьшить, подобрав тело такой формы, которая не способствует образованию завихрения.

Подъемная сила может быть определена формулой, аналогичной (33.1):

где Су — безразмерный коэффициент подъемной силы.

Для крыла самолета требуется большая подъемная сила при малом лобовом сопротивлении (это условие выполняется при малых углах атаки a (угол к потоку); см. рис. 55). Крыло тем лучше удовлетворяет этому условию, чем больше величина К=Су/Сx называемая качеством крыла. Большие заслуги в конструировании требуемого профиля крыла и изучении влияния геометрической формы тела на коэффициент подъемной силы принадлежат «отцу русской авиации» Н. Е. Жуковскому (1847—1921).

Задачи

6.1. Полый железный шар (r =7,87 г/см3) весит в воздухе 5 Н, а в воде (r' = 1 г/см3) — 3 Н. Пренебрегая выталкивающей силой воздуха, определить объем внутренней полости шара. [139 см3]

6.2. Бак цилиндрической формы площадью основания S = 1 м2 и объемом V = 3 м 3 заполнен водой. Пренебрегая вязкостью воды, определить время t, необходимое для опустошения бака, если на дне бака образовалось круглое отверстие площадью S1 =10 см2.

6.3. Сопло фонтана, дающего вертикальную струю высотой H = 5 м, имеет форму усеченного конуса, сужающегося вверх. Диаметр нижнего сечения d1 = 6 см, верхнего — d2 = 2 см. Высота сопла h = 1 м. Пренебрегая сопротивлением воздуха в струе и сопротивлением в сопле, определить: 1) расход воды в 1 с, подаваемой фонтаном; 2) разность Dр давления в нижнем сечении и атмосферного давления. Плотность воды r =1 г/см3. [1) d2/4 = 3,1 х 10-3 м3/с; 2) Dp = pgh + pgH (1– d/d=58,3 кПа]

6.4. На горизонтальной поверхности стоит цилиндрический сосуд, в боковой поверхности которого имеется отверстие. Поперечное сечение отверстия значительно меньше поперечного сечения самого сосуда. Отверстие расположено на расстоянии h1 = 64 см ниже уровня воды в сосуде, который поддерживается постоянным, и на расстоянии h2 = 25 см от дна сосуда. Пренебрегая вязкостью воды, определить, на каком расстоянии по горизонтали от сосуда падает на поверхность струя, вытекающая из отверстия. [80 см]

6.5. В широком сосуде, наполненном глицерином (плотность r =1,2 г/см3), падает с установившейся скоростью 5 см/с стеклянный шарик (r' = 2,7 г/см3) диаметром 1 мм. Определить динамическую вязкость глицерина. [1,6 Па×с]

6.6. В боковую поверхность цилиндрического сосуда, установленного на столе, вставлен на высоте h1 = 5 см от его дна капилляр внутренним диаметром d = 2 мм и длиной l = 1 см. В сосуде поддерживается постоянный уровень машинного масла (плотность r = 0,9 г/см3 и динамическая вязкость h = 0,1 Па×с) на высоте h2 = 80 см выше капилляра. Определить, на каком расстоянии по горизонтали от конца капилляра падает на поверхность стола струя масла, вытекающая из отверстия.

 6.7. Определить наибольшую скорость, которую может приобрести свободно падающий в воздухе (r=1,29 г/см3) стальной шарик (r' = 9 г/см3) массой m = 20 г. Коэффициент Сх принять равным 0,5. [94 см/с]

Такой подход к объективной реальности резко ограничивает сферу рассмотрения физических явлений и, конечно, предсказательность теории. Это подтверждает и анализ результатов эксперимента Саньяка, выполненный с позиций теории относительности. По нему возможно проведение только одного варианта эксперимента, в полном соответствии со схемой (74), и при этом вся конструкция должна вращаться в вакууме. Световые лучи, двигаясь навстречу друг другу и ударяясь о зеркала S1, S3, изменяют свой импульс и свою скорость (?), что и регистрируется интерферометром К. Никаких других изменений и предложений по новым экспериментам на основе анализа (рис. 74) сделать не представляется возможным.

По Г. Лоренцу, тяготеющий эфир, образующий пространство внутри полого диска при его вращении, сепарируется и располагается так, что более тяжелые частицы прилегают к ободу вращающегося диска, легкие же перемещаются к оси вращения. Поэтому структура пространства внутри вращающегося полого диска меняется и возникает локальное тяготение, направленное от оси к ободу. Одновременно сам эфир внутри полости увлекается диском. Световой луч, летящий навстречу вращению, встречает более сжатую зону эфира и ускоряется, а летящий по направлению вращения — менее сжатую и замедляется. Именно это явление фиксируется интерферометром.

Полученная из анализа эксперимента по теории Г. Лорентца физическая картина расширяет представление о сути явления, позволяет предсказать новые эксперименты и сделать следующие выводы:

•  все окружающее пространство образовано телесным эфиром;

• частицы телесного эфира являются самотяготеющими и сепарируются полым вращающимся диском;

•  сепарация эфира образует внутри полого вращающегося диска локальное гравитационное поле;

• гравитационное притяжение передается близкодействием от частицы к частице, т.е. так, как это предполагал И. Ньютон [20], хотя это не вытекает из его теории.

Появление в полости вращающегося диска локального гравитационного поля может быть проверено экспериментально:

• видоизменением эксперимента Саньяка;

• по изменению частоты света, движущегося как в направлении притяжения, так и против;

• по изменению скорости течения времени внутри диска;

•  по изменению линейных размеров тел, помещенных в локальное гравитационное поле, а также другими экспериментами.

Прежде чем приступить к описанию экспериментов, подтверждающих образование локального гравитационного поля, замечу, что отрицание эфира имело своим последствием постулирование принципиальной невозможности локализации гравитационного поля, а, следовательно, и его экранирования [61,122-125]. Потомкам судить, какой вред был нанесен этим запретом науке, но до сих пор физики-теоретики и экспериментаторы даже помыслить не могут об экранировании гравитационных полей.

А теперь снова об эксперименте Саньяка. Теория относитель-ности не предполагает никаких изменений в его проведении. Теория эфира такие изменения предполагает в следующем виде (рис. 75). Внутри полого диска А, способного вращаться, устанавливается неподвижный диск-короб В, к стенке которого крепятся зеркала S1, S2, S3, отражающие световые лучи и полупрозрачная пластинка G, которая расщепляет луч света на два луча, идущих в противоположных направлениях. В остальном схема эксперимента (рис. 75) ничем не отличается от схемы эксперимента Саньяка (рис. 74) и от эксперимента по локализации гравиполя (рис. 22). Возникает вопрос: Можно ли обнаружить вращение диска А, находясь внутри покоящегося короба В?

Ответ теории относительности отрицателен. Поскольку диск В не вращается, световые лучи, двигаясь от зеркала к зеркалу, не изменяют своего импульса и, следовательно, двигаются с постоянной скоростью. Интерференционная картина изменяться не будет. Вращение внешнего диска обнаружить невозможно.

 Рис. 75 

По теории Г. Лорентца, вращающийся диск А приводит во вращение и сепарирует эфир во всем объеме диска, включая неподвижный короб В. Конечно, сепарация в неподвижном коробе в диске должна происходить медленнее, но и в этом случае световые лучи будут идти навстречу друг другу с различными скоростями, и при сложении их интерференционная картина будет изменяться, свидетельствуя о вращении наружного диска. Эффект будет усилен, если зеркала S1, S2, S3, укрепить на неподвижной основе внутри диска А в вакууме.

Таким образом, измененный эксперимент Саньяка не просто зафиксирует возможность определения состояния наружного диска приборами, находящимися внутри него, но и позволит однозначно выяснить, какая из релятивистских теорий (Г. Лорентца или А. Эйнштейна) более адекватно отражает природные процессы.

Известно, что фотоны света, движущиеся от гравитирующего тела, уменьшают частоту волны — так называемое красное смещение, и наоборот, — движущиеся к гравитирующему телу фотоны увеличивают свою частоту, т.е. испытывают фиолетовое смещение. Это свойство фотонов можно использовать для доказательства появления локального гравитационного поля внутри полого, вращающегося диска, заменив систему зеркал Саньяка источником света и его приемником на ободе или на оси.

Элементы специальной (частной) теории относительности Преобразования Галилея. Механический принцип относительности В классической механике справедлив механический принцип относительности (принцип относительности Галилея): законы динамики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Преобразования Лоренца Анализ явлений в инерциальных системах отсчета, проведенный А. Эйнштейном на основе сформулированных им постулатов, показал, что классические преобразования Галилея несовместимы с ними и, следовательно, должны быть заменены преобразованиями, удовлетворяющими постулатам теории относительности.

Интервал между событиями Преобразования Лоренца и следствия из них приводят к выводу об относительности длин и промежутков времени, значение которых в различных системах отсчета разнос. В то же время относительный характер длин и промежутков времени в теории Эйнштейна означает относительность отдельных компонентов какой-то реальной физической величины, не зависящей от системы отсчета, т. е. являющейся инвариантной по отношению к преобразованиям координат

Закон взаимосвязи массы и энергии

Статистический и термодинамический методы исследования. Молекулярная физика и термодинамика — разделы физики, в которых изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в телах атомов и молекул. Для исследования этих процессов применяют два качественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода: статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический. Первый лежит в основе молекулярной физики, второй — термодинамики. Молекулярная физика — раздел физики, изучающий строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений, основывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении.

Уравнение Клапейрона — Менделеева Как уже указывалось, состояние некоторой массы газа определяется тремя термодинамическими параметрами: давлением р, объемом V и температурой Т.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов Для вывода основного уравнения молекулярно-кинетической теории рассмотрим одноатомный идеальный газ. Предположим, что молекулы газа движутся хаотически, число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда, а соударения молекул со стенками сосуда абсолютно упругие. Выделим на стенке сосуда некоторую элементарную площадку DS и вычислим давление, оказываемое на эту площадку.

Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения При выводе основного уравнения молекулярно-кинетической теории молекулам задавали различные скорости. В результате многократных соударений скорость каждой молекулы изменяется по модулю и направлению. Однако из-за хаотического движения молекул все направления движения являются равновероятными, т. е. в любом направлении в среднем движется одинаковое число молекул.

Барометрическая формула. Распределение Больцмана При выводе основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов и максвелловского распределения молекул по скоростям предполагалось, что на молекулы газа внешние силы не действуют, поэтому молекулы равномерно распределены по объему. Однако молекулы любого газа находятся в потенциальном поле тяготения Земли. Тяготение, с одной стороны, и тепловое движение молекул — с другой, приводят к некоторому стационарному состоянию газа, при котором давление газа с высотой убывает.

Опытное обоснование молекулярно-кинетической теории Рассмотрим некоторые явления, экспериментально подтверждающие основные положения и выводы молекулярно-кинетической теории.


На главную