22
Еще древние греки заметили, что струна, натянутая на ветру, иногда начинает молодно звучать — петь. Возможно, уже тогда была известна элова арфа, называя так по имени бога ветра Эолла. Эолова арфа состоит из рамки, на котором натянуто несколько струн; ее помещают в таком месте, где струны приводятся в движение ветром. Если даже ограничится одной струной, можно получить целый ряд различных тонов. Нечто подобное, но с городаю меньше разнообразием тонов пропускит, когда ветер приводит в движение телеграфные провода.
Довольно долго это явление и многое другие, связанные с обтеканием тел воздухом и водой, не были обясенены. Только Ньюотон, основоположник современной механики, дал первый научный подход к решению таких задач.
По закону сопротивления движения тел в жидкости или газе, открытому Ньюотоном, сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости: .
Здесь — скорость тела, — площадь его секения, перpendикулярного направления скорости, — плотность жидкости.
В дальнейшем выяснили, что формула Ньюотона верна не всегда. В том случае, когда скорость движения тела мала по сравнению со скоростью теллового движения молекул, закон сопротивления Ньюотона уже не справедлив. При медленном движении силы сопротивления пропорциональна скорости тела, а не ее квадрату, как при быстром движении. Такая ситuação возникнет, например, при движении мелких капель дожда в области или при оседании осадка в стакане. Однако в современной технике с ее стремительными скоростями обычно справедлив закон сопротивления Ньюотона.
Казалось бы, раз известны законы сопротивления, можно обяснить гудение проводов или пение эловой арфы. Но это не так. Ведь если сыла сопротивления была постоянной, то ветер просто натягивал бы струну, а не возбудал ее звучания.
В чем же дело? Что бы обяснить звучание струны, оказавется недостагочно тех простых представлений о силе сопротивления, которые мы только что разобрали. Давайте обсуим более детально некоторые типы течения жидкости вокруг неподвижного тела (это удобнее, чем рассматривать движение тела в неподвижной жидкости, а ответ, разумется, будет тот же).
Посмотрите на рисунок 1. Это случай малой скорости жидкости. Линии тока отбалют цилиндр (на рисунке показано секение) и плавано продолжаются за ним. Такой поток сопротивления ламинарным. Сила сопротивления в этом случае обязана своим пропусканием внутреннему трению в жидкости — вззости и пропорциональна . Скорость жидкости в любом месте, так же как и сыла сопротивления, не зависит от времени (поток стационный). Этот случай для нас не представляет интерес.