28
Выхревые колыца
Вопросы, подготовленные для лекции по вихревым колыцам, явел интересные изменения.
Объичный ящик для демонстрации вихрей хорошего извесен и не требует подробного описания *). Наше устройство значительной большие тех, что обычно используются. Это кубичский деревянный ящик со стороны около метра; одна из стенок сделана из тонкой kleенки, свободно подвешенной, с двумя диагоналями из резиновых трубок, крепко привазанных по углам. Резиновые трубки нужны для того, чтобы обеспечить возврашение kleенки в первоначальное положение.
Такой ящик выбрасывает воздушные вихри большой силы, причем удар колыца о стену лекционного зала отчетливо ссышен и похож на звук от легкого удара полотенцем. Аудитория может получить представление о «твердости» врашающегося воздушного вхряя, если последовательно выпускать невидимые колыца в зал. Удар колыца в лице человека ошибается как мягкий толчок пуховой подушкой.
Для того чтобы сделать колыца видимыми, нужно наполить ящик
*) См. статью Н. Е. Жуковского «Основы теории вихрей» в «Кваните» № 4, 1971 г.
Смесяю аммиака и хлопистого водорада при помощи резиновых трубок, подсоединенных к двум колбам, в которых кипят NH₄OH и HCl. Этот способ дает хорошее результаты. Рисунок 1 сделан с фотографиным больших колцел, полученных таким способом. Вид сбоку представляется интерес: он показывает хвост (похожий на хвост кометы), который образуется из-за трения внешних участков колыца об атмосферу при движении вперед.
Силу воздушных колцел можно показать таким образом. Например их на плоский картонный ящик, стоящий на некоторых расстояниях от установленки. При этом ящик сразу же переворочается или даже падает на пол. Ударом вихревого колцела можно погасить пламя газовой горелки. После некоторых тренировки можно научиться выпускать два колыца быстро очередью, причем так, чтобы второе летело с несколько
29
большей скоростью, чем первое. Тогда второе колюц нагоняет первое, удаляется об него и отскакивает; оба колюца остаются целы и превращаются в вибрирующие эллипсы. Это показывает, что газовый выход обладает упругостью. Все опыты, которые яprodелал с двумя ящиками, для неудовлетворительных результаты.
Хотя большие винхри, полученные с помощью описанной установки, лучше всего подходят для демонстрации на лекции, я считаю, что гораздо более красивые и симметричные колюца можно получить, выпуская дым из бумажной или стеклянной трубки диаметром 2,5 см*). Если смотреть сбоку на выдуваемые колюца в неподвижном воздухе около лампы или при солнечном свете, то видны очень красивые спиральные линии тока. Мне удалось сформировать одно из этих колцес следующим образом. Моментальный затвор был установлен на двери темной комнаты, а дуговая лампа фокусировалась на его щель с помощью большого вогнутого зеркала. Фотопластика установливалась в темной комнате так, чтобы ее освещал расходящейся лучок лучей, идущий от отражения дуги в зеркале (когда затвор открыт). Перед пластинкой помещалась красная лампа, а затем колюца выдувались из трубки. Как только колюц, симметриное по форме и движениюся не слищком быстро, оказалось перед пластинкой, мы держали за шнурок, ведущий к затвору, и пластинка освещалась ослепительной вспышкой. От колюца падала четкая темь благодаря небольшому размеру и отделенности источника света. Рисунок 2 сделан с полученной фотографии. Видно, что колюц состоит из слоя дыма и слоя воздуха, образующих спираль из нескольких законечных витков.
По-видимому, угловая скорость вращения увеличивается по мере
*) Дым можно получить, например, положив в закрытую коробочку тлеющую бумагу.
30
цен пунктирными линяями. Этот опыт не получается в большом масштабе, хотя я достиг некоторого успеха, распыляя нашатырь у верхнего края отверстия с помощью иггагообразной железной проволоки, нагреваемой током.
Принимая некоторые merры предосторожности, можно получить дымовое полукольцо такое, как на рисунке 4. Это блестящая иллюстрация того, что образование колцезником образом не зависит от наличия дыма. Лучший способ получения полукольца состоит в том, чтобы очень легко выдохнуть дым в бумажную трубку, позволяя ему течь по дну трубки, пока он не достигнет конца. Тогда колцезию вытalkивается легким выдохом. Возможно, лучше проводить опыт в большой эрозодинамической трубке с отверстием на дне, так как
Рис. 4.
в этом случае можно наблюдать явления, происходящие внутри. Достаточно легко получить колцезю, в котором блэшная часть дыма сосредоточена в нижней половине; но получение колцеза, одна половина которого полностью невидима, и такого, чтобы граница дыма была резко оценена (как показано на рисунке 4), требует большой практики. Я перепробовал различные схемы, чтобы получить эти полукольца в большом масштабе, но ни одна из них не дала результаты, достойных упоминания. Казалось, что применение раскаленной проволоки с нашатырем является самым многообещающим методом, однако резко оцененной границы дыма я так и не получил, а именно это отличает маленькие колцеза, полученные с помощью трубки.
Объясняя образование выходных колцези, врашательное движение часто
Рис. 5.
приписьвали тренню между вытекающим воздухами струями и краем отверстия. Однако больше часть образование выходей обусловлена тренне с атмосферным воздухом. Чтобы проиллюстрировать эту точку зрения, я придумал выходной ящик, в котором тренне с краем отверстия отсутствует или, правильнее сказать, компенсируется уравниванием его по всему поперечному сечению выходящей струи.
В дне цилиндрического овлованого ящика просверливается приблизительно 200 отверстий диаметром 1,7 мм какое (рис. 5). Если ящик наполнить дымом и выпустить сильную струю воздуха, от поверхности, пожежей на сито, отделяется красное выходное колцезо. Можно простро покрыть конец бумажной трубки куском труго натянутой льняной ткани и выдуть дымовое колцезо через нее.
При опытах с ящиком, сабженным двумя круглыми отверстиями, я наблюдаю слияние двух колцези, движгиошихся рядом, в одно большое колцезо. Если колцеза имеют большую скорость вращения, они отскакивают друг от друга, но если колцеза врашают медленно, они соединиются. В момент соедининия форма выходя неустойчива. Соединенные колцеза скачком меняют горизонтальное положение на вертикальное так быстро, что это трудно заметить, а затем медленно проибрегают форму колцеза. То же самое можно показать с помощью двух бумажных трубок, держа их в разных углах рта и почти параллельно друг другу. В любом случае воздуха в комнате должен быть практическим неподвижен.
Страмы была опубlikована в журнале «Nature» за 1901 г. Публикация подготовлена Л. А. Савиной