Читальный зал -->  Физический фейерверк 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 [ 73 ] 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

вверх, такого накопления не происходит. Хотя зависимость образования таких вихревых полос от силы и направления ветра установлена, их подлинный механизм пока не исследован.

4.103. Чтобы понять, почему при приближении к стене кольцо табачного дыма расширяется, попытайтесь представить, что сквозь стену навстречу этому кольцу движется его зеркальное отображение . Тогда потоки, которые в обоих кольцах направлены перпендикулярно стене, взаимно уничтожаются. Те же потоки, которые находятся ближе к стене и движутся параллельно ей, складываются. В результате кольцо, приближаясь к стене, расширяется в плоскости, параллельной стене. Конечно, на самом деле никакого кольца, движущегося навстречу нашему кольцу сквозь стену, нет, но воздушные потоки, обусловленные наличием стены, в точности таковы, какие должны были бы возникать, если бы навстречу нашему кольцу двигалось его зеркальное отображение.

Несмотря на то что чехарда дымовых колец неоднократно описывалась в литературе (в частности, во многих учебниках), этот фокус скорее всего невыполним. В 1972 г. Максуорси [850] тщательно проверил это явление, экспериментируя с водяными кольцами. Если начальная скорость колец примерно одинакова, то заднее кольцо захватывается передним, но образующееся при этом кольцо уже не разделяется. Если же скорость второго кольца вначале намного превышает

скорость первого, то образующееся составное кольцо оказывается неустойчивым, и в конце концов то кольцо, которое сначала было позади, выбрасывается вперед, а первое кольцо отстает от него. Кольцо, бывшее сначала позади, имеет теперь такую же (или несколько ббльшую) скорость, как первое, поэтому дальнейшее соединение колец становится маловероятным. Если Максуорси прав, то все приводимые ранее в учебниках пространные рассуждения можно рассматривать лишь как еще один пример того, что часто о явлениях, еще неисследованных, пытаются говорить много и убедительно .

4.104. Вначале поверхность песка может быть гладкой. Ветер подхватывает песчинки и с этой поверхности, а затем бросает их вниз, из-за чего другие песчинки подпрыгивают. В результате образуются скопления песка, которые таким образом влияют на приповерхностный ветер, что это способствует их дальнейшему росту. Складки песка образуются друг от друга на расстоянии, примерно равном среднему расстоянию, на которое отскакивает песчинка, когда на нее сверху падают другие песчинки.

Складки песка на дне ручейков могут возникать аналогичным образом, причиной их появления могут также послужить образовавшиеся ранее ряды вихрей (см. задачи 4.100 и 4.102). В последнем случае складки песка ориентированы по течению ручейка.

4.105. Вопреки распростра-

ненному мнению жидкость в сифоне течет не под действием атмосферного давления,- как известно, сифоны могут действовать и в вакууме. Жидкость проталкивается через колено трубки сифона внутренними межмолекулярными силами, существующими в самой жидкости. Когда сифон начинает действовать, в его выходной трубке находится больше жидкости, чем во входной, и под действием возникающей разности давлений жидкость поднимается вверх, перетекает через перегиб трубки и вытекает из сифона. Чем выше поднимается жидкость в колене сифона, тем меньше становится давление в жидкости. Если колено сифона поднять достаточно высоко, то давление в жидкости может понизиться до такой степени, что в ней начнут образовываться пузырьки (воздуха или других газов). Именно этим и ограничивается высота сифона, так как пузырьки нарушают межмолекулярные связи внутри жидкости. При атмосферном давлении сифоны действуют лучше, чем в вакууме, поскольку в этом случае давление жидкости в сифоне возрастает, при этом увеличивается также и высота, на которой начинают образовываться пузырьки.

4.106. Ветер (на рисунке он дует в направлении левого нижнего угла) подхватывает песчинки с наветренной стороны дюны и бросает их на подветренную сторону. Та-

С подветренной стороны дюн при обтекании их ветро.м образуется спокойная зона с пониженным давлением.- Прим. ред.

кои перенос песка приводит к тому, что дюна, хотя и медленно, движется в направлении ветра.

4.107. Во всех современных унитазах между раковиной и канализационной трубой имеется сифон. Когда в раковину унитаза наливается вода, уровень во входном колене сифона поднимается. Наконец, вода начинает перетекать из входного колена сифона в выходное - сифон начинает действовать. (Промыть унитаз можно, просто вылив в него ведро воды.) Поток в сифоне и общая турбулентность потока воды, вливающегося в раковину унитаза, удаляют все, что там находится. Дополнительное отверстие, имеюпгее-ся в нижней части многих раковин,- это форсунка; выходящая из нее струя воды увеличивает скорость и интенсивность действия сифона.

4.108. Когда от автомобиля отрывается капля масла, набегающий воздушный поток растягивает ее, надувает, словно поварской колпак, а затем прорывает середину у этого колпака , и капля падает на дорогу, уже имея форму бублика.

4.109. Линии на поверхности озера - это маленькие гребни, выступающие над ней под действием вязких сил в потоке, движущемся под поверхностной пленкой (например, масляной).

4.110. В литературе попадается только описание этого эффекта. Попробуйте поэкспериментировать сами с различными жидкостями и растворами.

4.111. Масло образует на поверхности воды очень тонкую пленку, поверхностное натяжение в которой меняется из-за ее растяжения и сокращения. Пленку то растягивают, то сжимают проходящие под ней волны; таким образом, на воду, находящуюся под пленкой, действует переменная сила сопротивления, направленная перпендикулярно поверхности воды. Это сопротивление увеличивает энергетические потери в волнах до такой степени, что они быстро затухают, и покрытая пленкой поверхность воды успокаивается.

4.112. Небольшие волны гасятся масляными пленками на поверхности воды (см. предыдущий ответ). Появление масляных пленок на поверхности, по-видимому, обусловлено деятельностью диатомовых водорослей. При сильном ветре масляные пятна вытягиваются в длинные полосы (см. ответ к задаче 4.102).

4.113. Появление короны и разрыв центральной струйки обусловлены неустойчивыми волнами на поверхности воды. В случае короны это волна, окружающая ее ободок.

Всплеск возникает благодаря весьма красивому явлению - кумуляции (см. [70л]) Прим. ред.

4.114. Поверхностное натяжение удерживает воду в тонком слое и в конце концов собирает ее к стержню, на котором укреплен диск.

4.115. Если две струйки совершенно одинаковы, то вер-

тикальные составляющие их импульсов при столкновении струек взаимно уничтожаются, а возникающее в месте столкновения давление заставляет воду тонким слоем расходиться в горизонтальной плоскости. Разрыв водяного диска происходит, когда образующиеся в нем под действием поверхностного натяжения маленькие отверстия увеличиваются.

Диск становится неустойчивым, когда его толщина оказывается порядка длины волны капиллярных волн. - Прим. ред.

4.116. Струйки удерживаются вместе поверхностным натяжением.

4.117. Поверхностное натяжение мыльной воды меньше, чем чистой. Поэтому, когда мыльная капля подходит к перчинке, на последнюю с разных сторон будут действовать различные силы, причем сила, действующая со стороны чистой воды больше.

4.118. Перегиб струи вокруг края банки оказывается устойчивым вследствие разности давлений в поперечном сечении струи. Идеальная несжимаемая жидкость движется по дуге со скоростью, возрастающей по мере уменьшения радиуса кривизны. Там, где радиус меньше, скорость больше, а давление в жидкости меньше. В рассматриваемом случае атмосферное давление снаружи струи больше, чем в прилегающем к краю банки слое жидкости, поэтому поток прижимается к краю. На некотором расстоянии от края струйка отделяется от банки, так как она неустойчива по

отношению к малым возму-шениям.

4.119. До появления работ Левенталя считалось, что слезы на бокалах с крепкими алкогольными напитками обусловлены тем, что жидкость под действием поверхностного натяжения поднимается по стенкам бокала вверх, где из нее выпаривается спирт и остается чистая вода. Однако Левенталь показал, что вода, собирающаяся у верхнего края поднимающейся по стенкам пленки,- это конденсат из комнатного воздуха. Кроме того, он установил, что сила, которая заставляет пленку двигаться вверх, не само поверхностное натяжение, а давление, возникающее в жидкости у краев бокала из-за кривизны поверхности жидкости.

4.120. Предлагалось несколько рисунков протектора, уменьшающего вероятность аквапланирования . Например, канавка может отводить воду к задней точке контакта протектора с дорогой, откуда вода будет выбрасываться наружу. По другим, более мелким канавкам вода может отводиться в стороны. Наконец, небольшие углубления на протекторе могут как бы промокать водяной слой на дороге, прикасаясь к нему непосредственно перед зоной основного контакта протектора с дорожным покрытием. Во всех случаях задача состоит в том, чтобы как можно скорее убрать воду из зоны контакта и не допустить аквапланирования.

4.121. Пока еще окончательно не выяснено, что заставля-

ет капли удерживаться на поверхности. Предполагается, что между молекулами воды в капле и молекулами в поверхностном слое воды действуют электрические силы отталкивания. Возможен и другой механизм удержания капли на поверхности воды, который действует, когда поверхность перегрета. В этом случае испарение с нижней стороны капли создает паровую подушку , удерживающую каплю на поверхности (см. задачу 3.65).

4.122. Странное поведение супа может служить примером возникновения упругой реакции в вязкой упругой жидкости. Когда вращение супа почти прекращается из-за трения о стенки кастрюли, его поверхностный слой еще продолжает вращаться. Затем поверхностный слой под действием упругой силы, действующей между ним и остальной массой супа, возвращается назад, и направление вращения на мгновение меняется. После этого в течение некоторого времени еще будут продолжаться колебания около положения равновесия, если только суп не настолько вязкий, что эти колебания затихнут практически сразу.

4.123. Известно, что это явление (эффект Кея) обусловлено вязкостью жидкости, однако причины его возникновения пока не ясны. Кол-лиер и Фишер считают, что скачок жидкости может быть вызван резким изменением вязкости струйки в тот момент, когда она ударяется о поверхность жидкости. Жидкости, в которых наблюдается эффект Кея, являют-

ся, по-видимому, тиксотроп-ными, то есть их вязкость уменьшается под действием деформации сдвига (см. задачу 4.126). В падающей струйке вязкость жидкости достаточно высока. Когда же жидкость ударяется о горбик на поверхности, резкое изменение скорости приводит к возникновению больших деформаций сдвига, и вязкость жидкости уменьшается. Так как жидкость, кроме того, упруга, струйка отскакивает от горбика.

4.124. Когда вязкая упругая жидкость вращается, сдвиг одного слоя относительно другого создает напряжения вдоль внешней границы жидкости, которые стремятся собрать жидкость к центру вращения. Эти напряжения не возникают в нормальных ( ньютоновских ) жидкостях. В нашем опыте под действием этих напряжений жидкость собирается на оси вращения и поднимается вверх по стержню.

4.125. Падая, струйка сжимается, что заставляет ее выгибаться вбок. При данных условиях струйка не может разорваться; поэтому, если количество падающей жидкости больше, чем может сразу поглотить жидкость, находящаяся внизу, то струйка начинает завиваться.

4.126. Фундаментального объяснения того, почему вязкость жидкости уменьшается при деформации сдвига, пока не существует. В основном причиной этого считают изменение молекулярной конфигурации жидкости под действием сдвига. Например, длинные молекулы могут ори-

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 [ 73 ] 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.