На ще більш переконливе утвердження зроблених висновків щодо походження опору варто продовжити розмову уже по іншій інформації, надрукованій в цьому самому номері журналу. В статті "Глибоко-мислені споглядачі вільного падіння" йдеться мова про історію дослідження вільного падіння тіл під дією тяжіння. З усього обговореного виберемо лише те, що має пряме відношення до теми розмови.
"Всі ці експерименти повинні були дати відповідь на одне запитання: правильно чи ні висунута Ньютоном інерційна теорія гідростатичного опору. Вона базується на тому, що в основі опору лежить інерція тих мас рідини, яких треба вивести із стану спокою і звільнити тим самим місце рухомому тілу. Виходить, що опір повинен бути прямо-пропорціональним площі поперечного перекрою тіла, густині рідини і квадрату швидкості тіла..."
Правильно висловлену думку Ньютона невірно зрозуміли
Що можна сказати про висловлену думку? А те, що Ньютон був прав. Його думка була цілком правильною та тільки чомусь не вселила довір'я науковому світу.
З наведеного висловлення стає зрозумілим, що ще за часів Ньютона було подано правильний погляд на природу опору. Але не дивлячись на такий солідний час і на авторитетність першого слова правильно сформульована думка все-таки не дістала належного розвитку і утвердження, не перетворилася в так потрібну для науки бездоганну теорію.
І яка причина цього, скажемо, явища? Чому не підтримали Ньютона його послідовники? Чому не підтримують його тепер? Адже він правду говорив!
Про суть Ньютонівської думки уже велася розмова при розгляді механізму появи опору рухомому тілу в нерухомому середовищі. Саме про це і мав на увазі Ньютон, коли висловлював свою думку про природу опору.
Що ж породило сумнів в істинності такої думки? Чи не сам Ньютон цьому сприяв? Може показатися дивним: як же він міг сам проти себе протипоставити послідовників, щоб ті йому не повірили. Так воно чи ні, але й таке може бут вірогідним. Відверто кажучи, візитну карточку відібрало в нього одне-однісіньке слово в його висловленні. Він правильно сформульовані мислі висловив діаметрально протилежного значення терміном.
Дивує те, чому нікому не прийшло в голову виправити це слово стосовно до змісту його висловленої думки. Боязнь порушити гідність авторитету? Чи може, цей термін в той час не мав антоніма і все собі привласнював належне і неналежне?
Сам хід суджень дає ясно зрозуміти, що мова йде про природжену властивість будь-якого тіла - про його пасивність, яка носить тепер назву - "інертність". Хіба за часів Ньютона цей термін не існував?
І от виходить, що замість утвердження свого судження узагальнюючим і конкретизуючим терміном сам Ньютон його перекреслює терміном "інерція". А термін "інерція" діаметрально протилежного смислу терміну "інертність", так обидва відображають діаметрально протилежні явища природи. Анти-поза чи що? Таким чином, Ньютон дав науці бочку меду і кинув у неї ложку дьогтю. Всяк здравомислячий і тодішній і теперішній усвідомлює, що інерція - це збереження швидкості і прямолінійності руху. То про який опір може йти мова, коли будь-яке тіло чи рідина, чи газ самі прагнуть до збереження швидкості руху? А раз прагне, то вже воно само по собі не може чинити опору. То і сам Ньютонівський закон інерції не двозначно говорить про двояку властивість тіл: зберігати стан спокою і зберігати стан руху. От і виходить протиріччя між змістом висловленої думки і приписаним їй терміном. Чому вірити? Що покласти в основу розгляду? На що спиратися, щоб виявити істину?
Такі і подібні елементарні логічні судження над замішаним терміном не вселяють віри в правильно висловлений зміст всієї думки.
Справа було б пішла по-іншому і безумовно мала б на цей час інші наслідки, якби речі було названо своїми іменами: природжену властивість тіла зберігати стан спокою потрібно було назвати не інерцією а інертністю. Так як не було встановлено це ще зразу, то плутанина така і досі тягнеться. А в четвертому визначенні Ньютон дав чітке пояснення що являє собою ця природжена властивість тіл, рідин і газоподібних речовин. Відповідно до правильно обраної термінології мав би правильно логічний хід суджень над об'єктивністю. А звідси і правильно було б побудовано належну теорію. І не інерційною було б названо теорію, а теорією інертності. В уяві вченого не мерехтіло б поняття прямолінійного і рівномірного руху при розгляді проблеми опору в нерухомому середовищі, а поняття нерухомості такого, яке потрібно було зрушити з місця, щоб дати вільний шлях рухомому тілу. А це в свою чергу спонукало б думку до пошуку конкретних причин при конкретних обставинах. І проблема опору вже давно була б з успіхом розв'язана.
А тому "парадокс Дюбуа" - це не парадокс, а просто не з'ясоване звичайне явище природи руху з притаманною йому спадковістю.
Заслуговує на увагу для по-детального розгляду деякі факти руху і опору експериментально виявлені, але толком так і не роз'яснені.
Із журнального викладу видно, що вчені думали (та й тепер продовжують) про суть опору так само, як М.Є. Жуковський. В даному разі мова ведеться про дослід Л. Прандтля. "...Але зі збільшенням швидкості пограничний шар починав відриватися все раніше і раніше, і вихровий слід за кулею, збільшуючись в розмірах, створював все більший і більший опір." Чи правильною буде така думка, мабуть, за зайве повторюватися. Читаємо далі. "Поступово, зона відриву потоку досягала міделя кулі і переміщувалася навіть на носову півсферу. І тут відбувалася вражаюча річ..." Але перш чим розглядати суть виниклої загадки, вважатимемо за краще осмислити суть поведінки рухомої частини рідини перед лобовою поверхнею обтічної кулі, тобто так званий пограничний шар рідини.
Даному поняттю науковий світ багато уваги приділяв, і чималі досягнення має, але ще більші досягнення він мав би, якби цим поняттям менше скористувався. Це те загальне узагальнення, яке нічого конкретного не може сказати в постановці проблеми. Слід розглядати не сукупність складного динамічного стану рідини прилеглої до поверхні піддослідного тіла, а динаміку окремих часточок, що входять до цієї сукупності.
Запитується, чому зі збільшенням швидкості пограничний шар починає відриватися все раніше і раніше? Як буде правильним в даному разі розглядати певну сукупність рідини, що складає такий шар, чи її окремі частини? Тільки - останнє. Найпершим чином ми маємо справу з рухом рідини і при тім з непостійною швидкістю - з прискоренням такої. Значить, на допомогу притягуємо закон інерції і на його основі уже дізнаємося про поведінку невидимих оку складових частинок рухомої рідини. Без такого поняття, як "пограничний шар" можемо й обійтися.
Про поведінку часточок при зіткненню з поверхнею перешкоди вже говорилося. Варто лише уточнити: при малій швидкості руху потоку часточки набувають і малої сили інерційного руху. Зі збільшенням швидкостей збільшується їх сила інерційного руху. А звідси і треба брати до уваги поняття стійкості прямолінійного руху і відшуковувати, яка сила яку переважає.
Тут уже приходиться розглядати одночасно і одноразово всю сукупність різноманітності напрямків руху часточок в спільному потоці з перешкодою.
Перехідні процеси при збільшенні швидкості рухомої рідини
Ламінарний потік рідини характеризується однаковістю сили інерційного руху всіх частинок одноразово. Порушується дана однаковість, якщо якась частина потоку натрапляє на перешкоду, яка змушує змінити попередній напрям руху. Про це вже теж сказано в загальних рисах. Тепер варто подивитися, як поводитиме себе та чи інша частина рідини, якщо швидкість загального потоку буде зростати, а перешкода залишатиметься незмінною.
При повній величині швидкості загального потоку часточки вдарившись об поверхню перешкоди рикошетом відскакує вбік, впливаючи цим самим на рух сусідньої часточки, якою зразу ж стикається. Сукупність таких різноманітних зіткнень з різноманітними напрямками руху призводить до формування завихрень. Все це означає, що змінені напрямки руху часточок володіють переважаючою силою над силою інерційного руху загального потоку.
А чи не може бути так, що сила інерційної прямолінійності загального потоку стане переважати над силою бічного натиску від зміненого напрямку руху часточок, що зазнали від перешкоди? Думається, що це цілком можливе. На підході до такого стану повинен відбутися кульмінаційний момент в утворенні завихрень. Саме це і спостерігали дослідники, коли зі збільшенням швидкості пограничний шар почав відриватися, наближаючись до місця з переходом на лобовий бік. В даному разі сила інерційної прямолінійності загального потоку настільки робилася великою, що зовнішній атмосферний тиск не міг стискувати потік за кормою тобто не здатен був гасити виникаючий вакуум. Його заповнювали вихори і то не повністю. А раз виникав великий перепад тисків, то все це відчувалося у виді великого тиску спереду. При рухомому середовищі опір породжує нерухомий предмет, на який діє рухома речовина. І тим більшим все буде, коли позаду нього виникатиме безтискова область.
Але чи може це безмежно продовжуватися в незмінному напрямі? Як видно з експериментів, не може. Чи не звідси почне брати початок ота "вражаюча річ"? "Точка відриву різким стрибком знову змістилася назад, в кормову півсферу, при цім зона завихрень різко звузилася і опір стрибком зменшився на 75-80%. Швидкість, при якій потік в пограничному шарі різко змінюється з ламінарного на турбулентний Прандтль назвав критичною". Ламінарний пограничний шар легше і швидше відривався від обтічної поверхні, створюючи за тупим кормовим кінцем кулі широкий вихровий слід і великий опір. Турбулентний же пограничний шар краще притискувався до поверхні і пізніше відривався. Настання переходу ламінарного режиму в турбулентний визначається тільки числом Рейнольдса - безрозмірного параметра, що залежить від швидкості, в'язкості, густини рідини і від діаметра кулі.
Саме у цім переході і була прихована загадка Дюбуа парадоксу. Як тільки досягалося критичне значення числа Рейнольдса, пограничний шар із ламінарного перетворювався в турбулентний, знову притискувався до обтічного тіла так, що відрив потоків зміщувався в кормову частину, вихрова зона звужувалася і опір зменшувався вп'ятеро. Таким чином, найбільша гідродинамічна загадка століття полягала в тім, що найпростіше геометричне тіло - куля - являло собою мало не самий найскладніший випадок в усій теорії аеродинамічного опору.
(5 з 6)
Продовження в
Парадокс Дюбуа -6- і його суть
