На еще более убедительное утверждение сделанных выводов о происхождении сопротивления следует продолжить разговор уже по другой информации, опубликованной в этом же номере журнала. В статье "Глубокомысленные созерцатели свободного падения" говорится об истории исследования свободного падения тел под действием притяжения. Из всего оговоренного выберем только то, что имеет прямое отношение к теме разговора.
"Все эти эксперименты должны были дать ответ на один вопрос: правильно или нет выдвинута Ньютоном инерционная теория гидростатического сопротивления. Она базируется на том, что в основе сопротивления лежит инерция тех масс жидкости, которых нужно вывести из покоя и освободить тем самым место движущемуся телу. Получается, что сопротивление должно быть прямо-пропорциональным площади поперечного перекроя тела, плотности жидкости и квадрату скорости тела..."
Правильно высказанное мнение Ньютона неверно поняли
Что можно сказать о высказанном мнении? А то, что Ньютон был прав. Его мнение было вполне правильным и только почему-то не вселило доверие научному миру.
Из приведенного высказывания становится понятным, что еще при Ньютоне был представлен правильный взгляд на природу сопротивления. Но несмотря на столь солидное время и на авторитетность первого слова правильно сформулированная мысль все-таки не получила должного развития и утверждения, не превратилась в столь нужную для науки безупречную теорию.
И какова причина этого, скажем, явления? Почему не поддержали Ньютона его последователи? Почему не поддерживают его сейчас? Он ведь правду говорил!
О сущности Ньютоновской мысли уже шел разговор при рассмотрении механизма появления сопротивления движущемуся телу в неподвижной среде. Именно об этом и подразумевал Ньютон, когда высказывал свое мнение о природе сопротивления.
Что же породило сомнение в истинности такого мнения? Не сам ли Ньютон этому способствовал? Может показаться странным: как он мог сам против себя противопоставить последователей, чтобы те ему не поверили. Так оно или нет, но такое может быть вероятным. Откровенно говоря, визитную карточку отобрало у него одно-единственное слово в его высказывании. Он правильно сформулированные мысли выразил диаметрально противоположного значения термином.
Удивляет то, почему никому не пришло в голову исправить это слово по отношению к содержанию его высказанного мнения. Боязнь нарушить достоинство авторитета? Может быть, этот термин в то время не имел антонима и все себе присваивал надлежащее и ненадлежащее?
Сам ход суждений дает ясно понять, что речь идет о врожденном свойстве любого тела – о его пассивности, которая носит теперь название – "инертность". Разве во времена Ньютона этот термин не существовал?
И вот выходит, что вместо утверждения своего суждения обобщающим и конкретизирующим термином сам Ньютон его перечеркивает термином "инерция". А термин "инерция" диаметрально противоположного смысла термина "инертность", так оба отражают диаметрально противоположные явления природы. Анти-поза что ли? Таким образом, Ньютон дал науке бочку меда и бросил в нее ложку дегтя. Всякий здравомыслящий и тогдашний, и нынешний осознает, что инерция – это сохранение скорости и прямолинейности движения. Так о каком сопротивлении может идти речь, когда любое тело или жидкость, или газ сами стремятся к сохранению скорости движения? А раз стремится, то уже оно само по себе не может сопротивляться. То и сам Ньютоновский закон инерции не двусмысленно говорит о двойственном свойстве тел: сохранять состояние покоя и сохранять состояние движения. Вот и выходит противоречие между содержанием высказанного мнения и предписанным ему термином. Почему верить? Что положить в основу рассмотрения? На что опираться, чтобы выявить истину?
Такие и подобные элементарные логические суждения над замешанным термином не вселяют веру в правильно высказанное содержание всего мнения.
Дело было бы пошло по-другому и безусловно имело бы в это время другие последствия, если бы вещи были названы своими именами: врожденное свойство тела сохранять состояние покоя нужно было назвать не инерцией, а инертностью. Так как не было установлено это еще сразу, то путаница такая до сих пор тянется. А в четвертом определении Ньютон дал четкое объяснение, что представляет собой это врожденное свойство тел, жидкостей и газообразных веществ. Согласно правильно выбранной терминологии должен правильно логичный ход суждений над объективностью. А отсюда и правильно была бы построена надлежащая теория. И не инерционной была бы названа теория, а теория инертности. В воображении ученого не мерцало бы понятие прямолинейного и равномерного движения при рассмотрении проблемы сопротивления в неподвижной среде, а понятие недвижимости такого, которое нужно было сдвинуть с места, чтобы дать свободный путь движущемуся телу. А это, в свою очередь, побудило бы мысль к поиску конкретных причин при конкретных обстоятельствах. И проблема сопротивления уже давно была бы с успехом решена.
А потому "парадокс Дюбуа" – это не парадокс, а просто не выясненное обычное явление природы движения с присущей ему наследственностью.
Заслуживает на внимание для детального рассмотрения некоторые факты движения и сопротивления экспериментально обнаруженные, но толком так и не разъясненные.
Из журнального изложения видно, что ученые думали (и теперь продолжают) о сути сопротивления так же, как М.Е. Жуковский. В данном случае речь идет об опыте Л. Прандтля. "...Но с увеличением скорости пограничный слой начинал отрываться все раньше и раньше, и вихревой следует за шаром, увеличиваясь в размерах, создавал все большее и большее сопротивление." Правильным ли будет такое мнение, пожалуй, не надо повторяться. Читаем дальше. "Постепенно, зона отрыва потока достигала миделя шара и перемещалась даже на носовую полусферу. И здесь происходила поразительная вещь..." Но прежде чем рассматривать суть возникшей загадки, предпочтем осмыслить суть поведения подвижной части жидкости перед лобной поверхностью обтекаемого шара, то есть так называемый пограничный слой жидкости.
Данному понятию научный мир много внимания уделял и немалые достижения имеет, но еще большие достижения он имел бы, если бы этим понятием меньше воспользовался. Это то всеобщее обобщение, которое ничего конкретного не может сказать в постановке проблемы. Следует рассматривать не совокупность сложного динамического состояния жидкости, прилегающей к поверхности испытуемого тела, а динамику отдельных частиц, входящих в эту совокупность.
Спрашивается, почему при увеличении скорости пограничный слой начинает отрываться все раньше и раньше? Как будет правильным в данном случае рассматривать определенную совокупность жидкости, составляющей такой слой или ее отдельные части? Только – последнее. Прежде всего мы имеем дело с движением жидкости и при том с непостоянной скоростью – с ускорением таковой. Значит, на помощь притягиваем закон инерции и на его основе уже узнаем поведение невидимых глазу составных частиц подвижной жидкости. Без такого понятия, как "пограничный слой", можем и обойтись.
О поведении частиц при столкновении с поверхностью препятствия уже говорилось. Стоит только уточнить: при малой скорости движения потока частички приобретают и малую силу инерционного движения. С увеличением скоростей увеличивается их сила инерционного движения. А отсюда и нужно принимать во внимание понятие устойчивости прямолинейного движения и искать, какая сила над какой преобладает.
Здесь уже приходится рассматривать одновременно и однократно всю совокупность разнообразия направлений движения частиц в общем потоке с препятствием.
Переходные процессы при увеличении скорости движущейся жидкости
Ламинарный поток жидкости характеризуется единообразием силы инерционного движения всех частиц однократно. Нарушается данное единообразие, если какая-то часть потока наталкивается на препятствие, заставляющее изменить предыдущее направление движения. Об этом уже тоже говорится в общих чертах. Теперь стоит посмотреть, как вести себя та или иная часть жидкости, если скорость общего потока будет расти, а препятствие будет оставаться неизменным.
При полной величине скорости общего потока частички ударившись о поверхность препятствия рикошетом отскакивает в сторону, воздействуя тем самым на движение соседней частички, которой сразу сталкивается. Совокупность таких разнообразных столкновений с разными направлениями движения приводит к формированию завихрений. Все это означает, что измененные направления движения частиц обладают превосходящей силой над силой инерционного движения общего потока.
А не может ли быть так, что сила инерционной прямолинейности общего потока станет преобладать над силой бокового напора от измененного направления движения претерпевших от препятствия частиц? Думается, это вполне возможно. На подходе к такому состоянию должен произойти кульминационный момент в образовании вихрей. Именно это и наблюдали исследователи, когда по мере увеличения скорости пограничный слой начал отрываться, приближаясь к месту с переходом на лобовую сторону. В данном случае сила инерционной прямолинейности общего потока настолько делалась большой, что внешнее атмосферное давление не могло сжимать поток за кормой, то есть не способно было гасить возникающий вакуум. Его заполняли вихри и то не полностью. А раз возникал большой перепад давлений, все это ощущалось в виде большого давления спереди. При движущейся среде сопротивление порождает неподвижный предмет, на который действует подвижное вещество. И тем больше все будет, когда позади него будет возникать без-давления область.
Но может ли это безгранично продолжаться в неизменном направлении? Как видно из экспериментов, не может. Не отсюда ли начнет брать начало та "впечатляющая вещь"? "Точка отрыва резким скачком снова сместилась назад, в кормовую полусферу, при этом зона завихрений резко сузилась и сопротивление скачкам уменьшилось на 75-80%. Скорость, при которой поток в пограничном слое резко меняется с ламинарного на турбулентный Прандтль назвал критическим". Ламинарный пограничный слой легче и быстрее отрывался от обтекаемой поверхности, создавая за тупым кормовым концом шара широкий вихревой след и большое сопротивление. Турбулентный же пограничный слой лучше прижимался к поверхности и позже отрывался. Наступление перехода ламинарного режима в турбулентный определяется только числом Рейнольдса – безразмерного параметра, зависящего от скорости, вязкости, плотности жидкости и от диаметра шара.
Именно в этом переходе и была скрыта загадка Дюбуа парадокса. Как только достигалось критическое значение числа Рейнольдса, пограничный слой из ламинарного превращался в турбулентный, снова прижимался к обтекаемому телу так, что отрыв потоков смещался в кормовую часть, вихревая зона сужалась и сопротивление уменьшалось в пять раз. Таким образом, самая гидродинамическая загадка века заключалась в том, что самое простое геометрическое тело – шар – представляло собой чуть ли не самый сложный случай во всей теории аэродинамического сопротивления.
(5 из 6)
Перевод с Парадокс Дюбуа - все таки Ньютон прав, та його не послухали
Продолжение в
Парадокс Дюбуа -6- и его суть
