Чтобы объяснить было, почему появляется избыточное давление перед носовой частью подвижного тела в неподвижной среде, ученые должны были воспользоваться понятием инертности тела как законом природы, как врожденным свойством любого тела, жидкости или газообразного вещества, - свойством сохранять состояние покоя и стремиться к нему даже во время движения.
В научном арсенале, еще со времен Ньютона существовало об этом упоминание и не более, чем историческая ведомость о его мнении. Нигде и ни в чем этим мнением почему-то не воспользовался научный мир ни тогда, ни даже теперь на более высоком этапе цивилизованного развития. Именно этим свойством и объясняется причина появления чрезмерного давления неподвижной среды на носовую часть подвижного тела. Кажется, что здесь и нет каких-либо признаков неодолимых затруднений, чтобы осмысленное это понять и принять за истину.
Закон инертности и движение в неподвижной среде
Для примера рассмотрим самый простой опыт движения деревянной круглой палочки в небольшом спокойном водоеме, даже в ванной.
Проведем подряд три опыта и поразмышляем над их последствиями в том числе и подытожим выводы.
- Проведем палочку медленно. Последствия: прилагаемые усилия руки незначительные; вода медленно обтекает корпус палочки и смыкается сразу позади нее, оставляя малозаметный след возмущения на ее поверхности.
- Создадим быстрое перемещение погруженного конца палочки в воде. Последствия: уже необходимы для этого большие усилия руки; вода не смыкается позади палочки, а как бы образуется пустотное пространство между кормовой частью палочки и стенками воды, которые неподалеку начинают смыкаться. По проведенному следу на поверхности воды уже заметной стала цепочка небольших вихрей.
- Погруженный конец палки проведем довольно быстро – резким взмахом руки. Последствия: потребовались еще большие усилия руки; с обеих сторон струи воды поднимались вверх и превращались в брызги, разлетаясь в разные стороны; это должны быть завихрения, оставался гладкий желобковый след, обрамленный разбегающимися волнами.
Спрашивается, почему все три опыта не были похожи между собой? Почему для каждого из них в частности требовалась определенная величина усилия руки? Почему так ощутимо реагировала жидкость на определенную скорость движения?
Прежде всего мы должны обратить внимание не на подвижную палку, как на необходимое орудие опыта, а на неподвижную жидкость, которая по-разному реагирует на наше поведение с ней.
Чтобы переместиться круглому объемному телу с места на место в воде, нужно для этого проложить себе свободный путь. А чтобы проложить такой, нужно согласно собственному объему погруженной палки переместить с одного места на другое такой же объем жидкости. Нужны ли для этого усилия руки? Разве мы не прикладываем усилия, если хотим взять стакан воды со стола? Конечно, усилия нужны. Ведь вода имеет свою массу, свой вес. А раз тело обладает собственной массой, то оно и должно обладать врожденным свойством сохранять состояние покоя и сопротивляться движению, проще говоря, отстаивать свое состояние покоя перед тем телом, которое пытается вывести его из этого состояния и придать ему определенную скорость движения. Значит, двигая вдоль прямой погруженную в воду палочку, мы по существу дела выполняем работу по перемещению с места на место такого количества воды, равное объему погруженной палки, умноженной по всей длине пройденного пути. В опыте этого не видно, а когда подумать? Вот где и зачем тратятся усилия руки.
Может возникнуть вопрос, разве каждый раз исследования палка захватывала и перемещала большее и большее количество воды, на что и потребовался рост усилия?
Нет. Чтобы понять, почему потребовался рост усилия руки, попросим ответы не у общего количества воды, а у ее отдельных частиц – молекул. Запомним, что мы должны придерживаться того же понятия: молекула, как отдельная часть, так же наделена врожденным свойством, той же инертностью.
Если передняя стенка движущейся палки давит на молекулу, то что должна делать последняя? Согласно своему природному свойству молекула оказывает сопротивление, но под нажимом превосходящей силы вынуждена перемещаться с места на место, действуя своим движением на покой других соседних молекул, принуждая их тоже к движению в направлении действия силы палки. Так как поверхность действующего тела полукруглая, то и направление действия силы на окружающие молекулы будет разным: одних молекул, располагающихся по осевой линии, гонит впереди себя; вторых сбоку косым ударом отгоняет в сторону. Впоследствии молекулы расступаются в разные стороны и пропускают мимо себя подвижное тело.
Так как в жидкости существует боковое давление до уравновешивания всей массы согласно закону Паскаля, то вскоре после прохождения молекулы снова смыкаются сзади тела, занимая свои предыдущие места. Чего-то другого они не испытывают, кроме принудительного перемещения с одного места на место другое.
Дело другое, она во втором варианте исследования. Воздействие на молекулу воды будет уже более резким, с большим усилием. А это в свою очередь и придает ей другой характер поведения. При быстром перемещении сферической поверхности в жидкости происходит и более сильный удар по молекулам, которые в свою очередь приобретают более быстрое инерционное движение в разные стороны, а заодно и с большей силой они давят на соседние молекулы в направлении своего движения. Почему во втором варианте вода не сомкнулась сразу же за палкой? Почему позади палки образовалось свободное воздушное пространство вместо воды? Потому что во время быстрого движения палки ее полукруглая поверхность придала частицам воды немалое инерционное движение в стороны и причем с превосходящей силой над силой бокового сжатия. А потому и получается так, что тело палки скорее проскакивает мимо направленного движения частиц в разные стороны от палки, чем эти частички теряют силу направленного движения и начнут обратное движение, то есть начнут возвращаться назад вместе под действием бокового давления общей массы жидкости по законам гидростатики.
Чем больше инерционного движения придать тем частицам жидкости, которые непосредственно соприкасались с полукруглой поверхностью палки, тем глубже они будут проникать и толщу жидкости, тем большее количество других частиц они направят на такое движение, тем дольше задержится время их обратного движения. А благодаря этому и появляются боковые стены воды позади палки, между которыми и появляется незаполненное место. И только как ослабнет инерционное движение частиц в разные стороны, как начнет преобладать над силой их движения сила бокового сжатия, только тогда начинает смыкаться след с соответствующим динамическим состоянием – с цепочкой вихрей.
Как мы увидели, в третьем варианте опыта можно придать близлежащим частичкам воды такой скорости движения в стороны, что они вообще, поднявшись в воздух брызгами, полетят по инерции. А для того, чтобы переместить эти частички воды с места на место, преодолевая их сопротивление инертности и сопротивление трению, придать им инерционное движение в воздухе и нужно приложить немало усилий. И гораздо больше, чем при спокойном и медленном их перемещении. А этот факт разве не говорит сам за себя? Разве он не говорит, при каком условии растет сила сопротивления?
Если бы жидкость не обладала естественным свойством сохранять состояние покоя и сопротивляться действию внешней силы даже находясь в состоянии движения, то мы могли бы всегда воспользоваться одной величиной силы и придавать телу любой скорости. Практически не так оно получается: чем выше скорость движения мы хотим достичь, тем больших усилий мы должны приложить. Это – уже очевидное и неоспоримое. Примеров хоть отбавляй. А откуда берется такая закономерность? Не с трения же, как мы привыкли думать и всю вину опирать на него. Трение – это ширма, через которую мы не можем увидеть правды. Мы сами сделали из мухи слона.
Обманчивость в преувеличении влияния вихрей
Следовательно, избыточное давление спереди подвижного тела в неподвижной среде – это процесс преодоления, преодоления устойчивости неподвижных частиц жидкости и придания им определенной скорости движения. А сила такого давления и есть величина сопротивления.
Дюбуа открыл пониженное давление позади подвижного тела, что тоже было для него загадкой. Думается, что об этом не стоит много говорить, так как уже сказано о данной причине непроизвольно при рассмотрении второго варианта опыта. Какое же может быть давление выше или нормальное, если в кормовой части жидкость не успевает смыкаться. И пространство это просто заполняется воздухом и то с определенным опозданием, чем и обуславливается пониженное давление.
Вот в этом пространстве – за кормой подвижного тела – и подметил М.Е. Жуковский то, что помешало ему увидеть истинную причину появления избыточного давления спереди подвижного тела.
Пониженное давление. Турбулентное движение. Завихрение. Все это вполне естественно. И не только в опытах, но и в природе вообще. Еще если бы ему был известен механизм формирования завихрений, возможно, эти завихрения его не пленили бы, и он пошел бы по правильному пути поиска подлинных причин появления сопротивления. Захватила его назойливая очевидность. А такая чаще бывает видимой обманчивостью. Известный ученый В.Н. Комаров сказал было так: "Весь опыт опознания природы и, особенно, история астрономии убедительно доказывает, что "наглядность" – достаточно ненадежный советчик при решении научных вопросов".
Вихри в затылочной части тела и послужили ненадежным советчиком для М.Е. Жуковского. Он вполне осмысленно сопоставлял скорость движения тела с появлением вихрей позади него. Чем быстрее двигалось тело, тем в большей степени формировались завихрения. Но одновременно с этим четко выступала и своя зависимость: чем больше вихрей, чем они мощнее, тем в большей степени возрастала сила сопротивления. Разве все это вместе взятое не указывает прямо пальцем на завихрение как на прямую зависимость, что именно они являются причиной сопротивления? Отсутствие завихрений – и сопротивление уменьшается до минимума. Это еще раз подтверждает предварительное заключение.
Очень соблазнительная "наглядность" для вывода категорического заключения. Но к правильному ли? Раскрывает ли эта наглядность правильное понимание настоящей причины? Здесь саму наследственность причинности принято считать причинностью причины. А это уже и нелогично, и антинаучно, противоестественно.
О причинах сопротивления уже сказано. Но чтобы не вкрадывалось сомнение в достоверности такой, следует рассмотреть и последовательность, как побочный продукт, который после нее остается. Раз завихрение не причинность сопротивления, а лишь наследственность причинности, что же это такое? Каков механизм их формирования?
(2 из 6)
Перевод с Парадокс Дюбуа - причина омани в ігноруванні закону інертності
Парадокс Дюбуа -3- механизм формирования завихрений
