Щоб пояснити було, чому появляється надлишковий тиск перед носовою частиною рухомого тіла в нерухомому середовищі, науковці повинні були скористатися поняттям інертності тіла, як законом природи, як природженою властивістю будь-якого тіла, рідини чи газоподібної речовини, - властивістю зберігати стан спокою і прагнути до нього навіть під час руху.
В науковому арсеналі, ще з часів Ньютона існувала про це згадка і не більше, як історична відомість про його думку. Ніде і ні в чім цією думкою чомусь не скористувався науковий світ ні тоді, ні навіть тепер на більш вищому етапі цивілізованому розвитку. А саме цією властивістю і пояснюється причина появи надмірного тиску нерухомого середовища на носову частину рухомого тіла. Здається, що тут і немає якихось ознак незборимих труднощів, щоб осмислене це зрозуміти і прийняти за істину.
Закон інертності і рух в нерухомому середовищі
Для прикладу розглянемо самий найпростіший дослід руху дерев'яної круглої палички у невеличкому спокійному водоймищі, навіть у ванній.
Проведемо підряд три досліди і порозмислимо над їх наслідками зокрема та підсумуємо висновки.
- Проведемо паличку повільно. Наслідки: прикладені зусилля руки незначні; вода повільно обтікає корпус палички і змикається зразу ж позаду неї, залишаючи малопомітний слід збурення на її поверхні.
- Створимо швидке переміщення зануреного кінця палички у воді. Наслідки: уже потрібні для цього більші зусилля руки; вода не змикається позаду палички, а як би утворюється пустотний простір між кормовою частиною палички і стінками води, що неподалік починають змикатися. По проведеному сліду на поверхні води уже помітним став ланцюжок невеличких завихрень.
- Занурений кінець палки проведемо досить швидко - різким помахом руки. Наслідки: потрібні були ще більші зусилля руки; по обидва боки струмені води здіймалися вгору і перетворювалися в бризки, розлітаючи врізнобіч; це мали бути завихрення, залишався гладенький жолобкуватий слід, обрамлений хвильками, що розбігаються.
Запитується, чому всі три досліди не були подібними між собою? Чому для кожного з них зокрема потрібна була певна величина зусилля руки? Чому так відчутно реагувала рідина на певну швидкість руху?
Перш за все ми повинні звернути увагу не на рухому палку, як на необхідне знаряддя досліду, а на нерухому рідину, яка по-різному реагує на нашу поведінку з нею.
Щоб переміститися круглому об'ємному тілу з місця на місце у воді, потрібно для цього прокласти собі вільний шлях. А щоб прокласти такий, потрібно згідно власного об'єму зануреної палки перемістити з одного місця на інше такий же самий об'єм рідини. Потрібні для цього зусилля руки? А хіба ми не прикладаємо зусилля, якщо хочемо взяти склянку води зі стола? Звісно, зусилля потрібні. Адже вода має свою власну масу, свою вагу. А раз тіло володіє власною масою, то воно і повинно володіти природженою властивістю зберігати стан спокою і чинити опір до руху, простіше кажучи, відстоювати свій стан спокою перед тим тілом, яке намагається вивести його з цього стану і надати йому певну швидкість руху. Значить, рухаючи вздовж прямої занурену у воду паличку, ми по суті справи виконуємо роботу по переміщенні з місця на місце такої кількості води, яка дорівнює об'єму зануреної палки помноженої по всій довжині пройденого шляху. В досліді цього не видно, а коли подумати? Ось де і для чого витрачаються зусилля руки.
Може виникнути запитання, хіба за кожним разом дослідження палка захвачувала й переміщувала більшу і більшу кількість води, на що й потрібно було зростання зусилля?
Ні. Щоб зрозуміти, чому потрібне було зростання зусилля руки, попросимо відповіді не в загальної кількості води, а в її окремих часточок - молекул. Запам'ятаймо, що ми повинні дотримуватися того ж самого поняття: молекула, як окрема частина, так само наділена природженою властивістю, тією ж самою інертністю.
Якщо передня стінка рухомої палки тисне на молекулу, то що повинна робити остання? Згідно своєї природної властивості молекула чинить опір, але під натиском переважаючої сили змушена переміщуватися з місця на місце, діючи своїм рухом на спокій інших сусідніх молекул, примушуючи їх теж до руху в напрямку дії сили палки. Так як поверхня діючого тіла півкругла, то і напрям дії сили на оточуючі молекули буде різним: одних молекул, що розташовуються по осьовій лінії, гонить наперед себе; других, що збоку, косим ударом відганяє вбік. Згодом молекули розступаються в різні боки і пропускають повз себе рухоме тіло.
Так як в рідині існує бічний тиск до зрівноважування всієї маси згідно закону Паскаля, то скоро після проходження молекули знову змикаються позаду тіла, займаючи свої попередні місця. Чогось іншого вони не зазнають, окрім примусового переміщення з одного місця на місце друге.
Справа інша, вона в другому варіанті дослідження. Вплив на молекулу води буде вже різкішим, з більшим зусиллям. А це в свою чергу і надає їй іншого характеру поведінки. При швидкому переміщенні сферичної поверхні в рідині відбувається і сильніший удар по молекулах, які в свою чергу набувають швидшого інерційного руху в різні боки, а заодно і з більшою силою вони тиснуть на сусідніх молекул в напрямі свого руху. Чому в другому варіанті вода не зімкнулася зразу ж за палкою? Чому позаду палки утворився вільний повітряний простір замість води? Тому, що під час швидкого руху палки її півкругла поверхня надала часточкам води чималого інерційного руху в боки і при чім з переважаючою силою над силою бічного стискування. А тому і виходить так, що тіло палки швидше проскакує повз спрямований рух частинок в різні боки від палки, а ніж ці часточки втрачають силу спрямованого руху і почнуть зворотній рух, тобто почнуть повертатися назад докупи під дією бічного тиску загальної маси рідини за законами гідростатики.
Чим більшого інерційного руху надати тим часточкам рідини, які безпосередньо стикалися з півкруглою поверхнею палки, тим глибше вони проникатимуть і товщу рідини, тим більшу кількість інших часточок вони спрямують на такий рух, тим довше затримається час їх зворотного руху. А завдяки цього й виникають бічні стінки води позаду палки, між якими і утворюється незаповнений простір. І тільки як ослабне інерційний рух часточок врізнобіч, як почне переважати над силою їхнього руху сила бічного стискування, тільки тоді починає змикатися слід з відповідним динамічним станом - з ланцюжком завихрень.
Як ми побачили, в третьому варіанті досліду можна надати прилеглим часточкам води такої швидкості руху в-боки, що вони взагалі, здійнявшись в повітря бризками, полетять по інерції. А для того, щоб перемістити ці часточки води з місця на місце, переборюючи їх опір інертності і опір тертя, надати їм інерційного руху в повітрі і потрібно прикласти чимало зусиль. І набагато більше, а ніж при спокійному і повільному їх переміщенні. А цей факт хіба не говорить сам за себе? Хіба він не говорить, при якій умові зростає сила опору?
Якби рідина не володіла природною властивістю зберігати стан спокою і чинити опір дії зовнішньої сили навіть перебуваючи в стані руху, то ми могли б завжди скористуватися однією величини сили і надавати тілу будь-якої швидкості. Практично не так воно виходить: чим вищої швидкості руху ми хочемо досягти, тим більших зусиль ми повинні прикласти. Це - вже очевидне і незаперечне. Прикладів хоч відбавляй. А звідки береться така закономірність? Не з тертя ж, як це ми звикли думати і всю вину спирати на нього. Тертя - це ширма, через яку ми не можемо побачити правди. Ми самі зробили з мухи слона.
Оманливість в перебільшенні впливу завихрень
Отже, надлишковий тиск спереду рухомого тіла в нерухомому середовищі - це процес переборювання, подолання стійкості нерухомих часточок рідини і надання їм певної швидкості руху. А сила такого тиску і є величина опору.
Дюбуа відкрив понижений тиск позаду рухомого тіла, що теж для нього було загадкою. Думається, що про це не варто багато говорити, так як вже сказано про дану причину мимоволі при розгляді другого варіанту досліду. Який же може бути тиск вищим або нормальним, якщо в кормовій частині рідина не встигає змикатися. І простір цей просто заповнюється повітрям і то з певним запізненням, чим і обумовлюється понижений тиск.
Ось в цьому просторі - за кормою рухомого тіла - і підмітив М.Є. Жуковський те, що стало йому на перешкоді побачити дійсну причину появи надлишкового тиску спереду рухомого тіла.
Понижений тиск. Турбулентний рух. Завихрення. Все це цілком по-природньому. І не тільки в дослідах, а й в природі взагалі. Ще якби йому був відомий механізм формування завихрень, можливо, ці завихрення його не полонили б, і він пішов би по правильному шляху пошуку справжніх причин появи опору. Захопила його настирлива очевидність. А така найчастіше буває видимою обманливістю. Відомий вчений В.Н. Комаров сказав було так: "Весь досвід впізнання природи і, особливо, історія астрономії переконливо доводить, що "наочність" - досить ненадійний порадник при вирішенні наукових питань".
Вихори в затильній частині тіла і послужили ненадійним порадником для М.Є. Жуковського. Він цілком осмисленно співставляв швидкість руху тіла з появою завихрень позаду нього. Чим швидше рухалося тіло, тим в більшій мірі формувалися завихрення. Але одночасно з цим чітко виступала і своя залежність: чим більше завихрень, чим вони потужніші, тим в більшій мірі зростала сила опору. Хіба все це разом взяте не вказує прямо пальцем на завихрення, як на пряму залежність, що саме вони являються причиною опору? Відсутність завихрень - і опір зменшується до мінімуму. Це ще раз підтверджує попередній висновок.
Дуже спокуслива "наочність" для виведення категоричного висновку. Але чи до правильного? Чи розкриває ця наочність правильне розуміння дійсної причини? Тут саму спадковість причинності прийнято вважати причинністю причини. А це вже і нелогічно, і антинауково, проти-природньо.
Про причини опору вже сказано. Але щоб не вкрадався сумнів щодо достовірності такої, варто розглянути й послідовність, як побічний продукт, який після неї залишається. Раз завихрення не причинність опору, а лише спадковість причинності, то що ж воно таке? Який механізм їх формування?
(2 з 6)
Парадокс Дюбуа -3- механізм формування завихрень
