174
Глава 5. Строение газовых вихрей.
результирующая сила в направлении, перпендикулярном направлению потока (рис. 5.22).
Рис. 5.22. Происхождение поперечной силы, воздействующей на поверхность тела со стороны омывающего потока
Если вращающийся цилиндр или цилиндрический газовый вихрь омывается потоком газа, то на нем возникает градиент скоростей. С той стороны, где направления потоков противоположны, градиент скорости будет больше, чем на противоположной, где направления движения стенки цилиндра и потока совпадают, здесь градиент будет меньше. Соответственно падение давления на первой стороне окажется больше, а само давление меньше, чем на второй стороне.
Разность давлений создаст на поверхности цилиндра силу, направленную перпендикулярно набегающему потоку в сторону меньшего давления, т.е. в сторону наибольшей разности скоростей. Явление было открыто в 1852 г. немецким ученым F.F.Магнусом и получило название эффекта Магнуса (рис. 5.23) [34, 35].
Н.Е. Жуковским была доказана теорема, согласно которой подъемная сила Y, действующая на омываемый потоком предмет, определяется как произведение плотности среды р на скорость потока vn и на циркуляцию этой же скорости по любому замкнутому контуру Г:
Y = pvX (5.102)
Теорема Жуковского носит интегральный характер. Для уяснения физической природы этой силы представляет интерес определить ее дифференциальное выражение.
175
Рис. 5.23. Происхождение поперечной силы, воздействующей на вращающийся цилиндр со стороны омывающего потока: а - обтекание
цилиндра потоком газа: б - эпюра давлений газа на цилиндр
На тело вращающегося цилиндра будет действовать разность давлений Р
АР = АР2 - АРг = — (Av22 - Av/). (5.103)
2
Здесь Av2 и Avi - соответственно разности скоростей поверхности цилиндра и набегающего потока по обеим сторонам цилиндра.
Таким образом, в направлении, перпендикулярном направлению потока, на поверхность будет действовать сила, связанная с уменьшением давления окружающей среды. Физической основой изменения скорости потока на омываемой поверхности является вязкость среды. Как будет показано ниже, именно эта сила является физической основой сильного ядерного и электромагнитного взаимодействий.
5.8.4. Термодинамическое воздействие среды на тело
При нахождении тела в градиентном температурном поле эфира на него воздействует сила, связанная с тем, что давление газа