Menu
14.07.2014| Евграф| 5 комментариев

Рожденные вихрем Герман Смирнов

У нас вы можете скачать книгу Рожденные вихрем Герман Смирнов в fb2, txt, PDF, EPUB, doc, rtf, jar, djvu, lrf!

В отличие от монахов и догматиков-богословов иезуиты не подвергали сомнению астрономические факты, открытые Галилеем. Они не отказывались взглянуть в телескоп; иезуитская коллегия в Риме во главе с отцом Клавио подтвердила все наблюдения Галилея; а астроном — иезуит Шейнер даже вступил с ним в приоритетные споры по поводу открытия солнечных пятен.

О Галилее нередко говорят как об основоположнике экспериментального метода в науке, но это нельзя понимать в том смысле, что до него эксперимент не применялся вообще — мы уже знаем, что и сам Аристотель апеллировал к опыту, к тому, что встречается в природе.

Заслуга Галилея в другом. И только после этого вступает в силу эксперимент — опытная проверка следствий, выведенных с помощью математики из рабочей гипотезы. Опытная проверка — высший и окончательный критерий истинности — венчает открытие. Здесь от ученого требуется максимальная изобретательность, внимание, тщательность, терпение и присутствие духа. Он должен придумать эксперимент, повторить его несколько раз, уловить в неточных экспериментальных данных математические закономерности, предусмотреть новые эксперименты для подтверждения сформулированных законов.

И все-таки, уделяя такое внимание и придавая такое значение эксперименту, Галилей никогда не упускал из виду, что от опыта нельзя ожидать математической точности, ибо свойства испытываемых в эксперименте тел могут сильно отступать от принятых допущений. Поэтому над самыми строгими математическими выводами и над самыми тщательными экспериментами у Галилея всегда царит отчетливое понимание физического смысла.

И ясность понимания, логичность разбора явления и последовательность рассуждений в трудах Галилея были таковы, что, казалось, делали ненужной, излишней самое экспериментальную проверку. Как современники, так и более поздние исследователи порой сомневались в том, что сам Галилей действительно ставил эксперименты для проверки результатов, полученных изумительно простым и убедительным рассуждением. Когда простец — Симпличио — спросил, видел ли кто-нибудь своими глазами опыт, опровергающий соображение Аристотеля о более быстром падении тяжелого камня, Сагредо с пылкостью ответил ему: После этого следовало приведенное ранее логическое объяснение причины, по которой тела разного веса должны падать с одинаковой скоростью.

Поэтому динамике Галилея они вознамерились нанести смертельный удар именно с этой стороны, показав ее несоответствие очевидным опытным фактам. Так возникла парадоксальнейшая ситуация: Конечно, трудно предположить, чтобы Галилей упустил простую и заманчивую возможность проверить свои теоретические выводы на опыте. Современные историки науки установили, что эксперименты с шарами разного веса, бросаемыми с башен, проводил не только сам Галилей, но и его ученики Дж.

Бальяни в году и В. Но, вне всякого сомнения, наиболее подробные и скрупулезные эксперименты с падением шаров раньше всех провел иезуит Дж. Риччоли — и его помощники — будущий открыватель дифракции света Фр. Кабео — в , и годах. Уроженец Феррары Риччоли затеял опыты с бросанием глиняных шаров с метровой башни Азинелли в Болонье. Но, увы, вопреки упованиям экспериментатора эти опыты не опровергли галилеевских законов свободного падения.

Будучи опубликованными, эти измерения, вместо опровержения законов свободного падения, стали первым в истории полным и убедительным их экспериментальным обоснованием. Тогда обескураженный Риччоли провел серию опытов с шарами, сильно различающимися по весу, и тут действительно обнаружил некоторые расхождения. Сброшенные с одной высоты тяжелые шары достигали земли несколько раньше, чем легкие.

Радостно ухватившись за это расхождение как за подтверждение аристотелевского принципа — тяжелые тела падают быстрее легких, — Риччоли в надежде поставить под сомнение всеобщность галилеевых законов опубликовал данные и этих своих измерений.

Увы, он даже не подозревал, что и тут он попадет впросак Но Галилей не был бы Галилеем, если бы своей ясной анализирующей мыслью не проник в тайну даже этого незначительного расхождения. Чем больше скорость движения, говорит он, тем больше и сопротивление движению, оказываемое воздухом. Поэтому, непрерывно убыстряясь в начале падения, тело испытывает со стороны воздуха все более сильное противодействие своему движению, и когда сопротивление сравнится с весом, движение станет однообразным и равномерным.

В этом исчерпывающе ясном, кратком объяснении таилась целая программа для экспериментаторов, которых издавна побуждали к подобным исследованиям артиллеристы В XV веке турки уже широко применяли бомбарды при осаде Константинополя, а французский король Карл VIII в войне за наследственные права на Неаполь собрал при своей тридцатитысячной армии более сотни орудий различных типов. К началу XVI века артиллерия прочно вошла в систему вооружения средневековой Европы, и хотя в это время было уже немало профессиональных канониров, она достигла уровня, при котором не могла уже обходиться навыками, полученными только из практического боевого опыта.

В отличие от других ремесел, где ошибочность теоретических представлений не вела к катастрофическим последствиям, в артиллерии дело обстояло иначе. Ядра и пули не только разрушали рыцарские замки и проламывали рыцарские панцири. В XVI веке под напором суровых требований именно артиллерии умозрительная наука впервые начала обращаться к задачам эмпирической техники.

И в истории сохранилось прямое указание на то, как это произошло. Я принялся изучать предмет Трудно найти документ, который более ярко, чем эти слова итальянца Никколо Тартальи, свидетельствовал бы о переменах в западноевропейской науке, вызванных двухсотлетним развитием артиллерии.

Занявшись задачей, предложенной веронским канониром. Следовательно, решил он, наибольшая дальность будет достигнута при каком-то промежуточном значении угла возвышения. И вот тут математик Тарталья делает не строгое, а лишь правдоподобное предположение: Ученый спешит проверить свой вывод на практике.

Будучи чистым математиком, Тарталья не мог сам проводить эксперименты, поэтому вынужден был опираться на сведения, которые ему сообщали артиллеристы-профессионалы. А они заверили его, что практическая стрельба подтверждает его теорию: Это совершенно случайное совпадение чисто умозрительных математических предсказаний с результатами всего двух выстрелов, сделанных при разных углах возвышения, сослужило науке плохую службу.

Не мудрствуя лукаво, Тарталья предположил, что траектория полета в первом приближений состоит из двух прямолинейных ветвей — наклонной восходящей и вертикальной нисходящей, — сопряженных между собой дугой окружности. Таблицы стрельбы, построенные на основе таких весьма грубых представлений, давали слишком ненадежные данные, чтобы можно было руководствоваться ими в бою. Тарталья сразу взялся за решение самого сложного случая: Если учесть, что ученый не имел ясного представления ни о законах свободного падения, ни о механизме воздушного сопротивления, ни о процессах торможения тел под действием этого сопротивления, то можно только поражаться тому, что его таблицы давали хоть какое-то приближение к действительности.

И все-таки за неимением лучшего теория Тартальи получила широкую известность и излагалась во многих руководствах по артиллерии. Конечно, не замедлили явиться попытки усовершенствовать ее, с тем чтобы составить более точные и надежные таблицы стрельбы. В каких же направлениях велись работы по совершенствованию теории Тартальи? Легко понять, что таких направлений могло быть только три.

Во-первых, можно было, не особенно вникая в физическую суть дела, достичь лучшего соответствия с действительностью, более удачно подобрав элементы траектории. Во-вторых, можно было пойти по пути существенного упрощения задачи: Такому исследованию должно было предшествовать изучение двух важнейших частных случаев — свободного падения по вертикали и горизонтального движения под действием импетуса.

Наконец, в-третьих, можно было, не заботясь о траекториях, сосредоточить внимание на процессах, которыми, собственно, и отличается реальная картина полета ядра от идеальной: Исследования по всем этим трем направлениям как раз и составили содержание артиллерийской науки на протяжении последующих столетий.

Хронологически первыми были, естественно, попытки профессионалов-артиллеристов пойти по самому легкому пути: Но, увы, в самом чисто эмпирическом методе формального подбора таились глубокие противоречия, которые обнаружились в работах преемников Тартальи в виде вопиющего расхождения между теоретическими предсказаниями и результатами опытных стрельб.

Второй путь — исследование полета ядра в вакууме — был полностью пройден одним человеком — Галилеем, хотя и у него был предшественник: В году он опубликовал трактат, в котором доказал: Кавальери был учеником и почитателем Галилея; в своем трактате он ссылался и воздавал должное достижениям своего учителя; но и его вклад был самостоятелен и значителен. Однако Галилей, крайне недовольный тем, что ученик не получил его предварительного согласия на публикацию своих результатов, по всей вероятности, сделал ему весьма резкий выговор: И, думается, учитель в данном случае был прав: А вот их-то было невозможно открыть без замечательной проницательности Галилея, которая дала ему возможность преодолеть укоренившиеся за двадцать столетий заблуждения Аристотеля.

Лишь в году Галилей опубликовал свои соображения. Хотя сами по себе эти утверждения уже не могли считаться новыми — их смутно угадывал Тарталья, — Галилей ясно понимал необходимость строгого доказательства.

В уста Сагредо он вложил такие слова: Я уже был знаком со слов опытных бомбардиров с тем фактом, что из всех выстрелов Таким образом, только через сто лет после того, как веронский канонир задал Тарталье свой вопрос, западноевропейская наука сделала первый действительно важный для артиллерийского дела шаг: И их трудно осудить за такое отношение.

Опыт практиков подтверждался и экспериментами ученых: Вот почему артиллеристы не спешили переходить к таблицам, построенным на параболической теории, предпочитая им прежние таблицы, хотя и не основанные на настоящем научном фундаменте, но дававшие неплохое приближение, когда цели имели большую площадь. Положение изменилось во второй половине XVII века, когда в практике осадной и крепостной артиллерии стали широко применяться мортиры, стреляющие тяжелыми ядрами по навесной траектории.

Именно тогда выяснилось, что прежние эмпирические таблицы, дававшие более или менее удовлетворительные результаты при стрельбе из длинноствольных орудий — кулеврин и фальконетов, — совершенно не годились при стрельбе из короткоствольных мортир. Причина расхождений между идеальными параболическими траекториями Галилея и действительными траекториями, интересующими артиллеристов, не могла составлять секрета.

Ведь главное различие между мортирой и пушкой — различие в начальной скорости ядра: А чем меньше эта скорость, тем меньшее сопротивление оказывает воздух движению ядра, тем ближе его траектория к идеальной параболе, по которой двигалось бы это ядро в безвоздушном пространстве. Наоборот, чем быстрее вылетает ядро из ствола, тем сильнее отдаляется его действительная траектория от параболической. Вот почему, идя навстречу практическим нуждам артиллерии, многие исследователи во второй половине XVII века сконцентрировали свое внимание на третьем из упомянутых выше направлений — на изучении самого механизма сопротивления, оказываемого воздухом движущемуся ядру.

Именно поэтому во второй половине XVII века наука сосредоточила внимание исключительно на опытных исследованиях. Вот почему в первые десятилетия после смерти Галилея не было недостатка в экспериментаторах, жаждавших найти количественные закономерности в тех проблемах, которым он дал такое блестящее объяснение на чисто качественном уровне, и прежде всего это относилось к свободному падению тел в сопротивляющейся среде.

Затем за дело принялся французский ученый-иезуит К. Дешаль — — математик и физик, известный как первый издатель Евклида во Франции и как исследователь, который провел тысячу опытов по свободному паденйю.

Хотя эксперименты Риччоли, флорентийских академиков и Дешаля не открыли ничего нового по сравнению с тем, что давали законы Галилея, они, если так можно выразиться, привили ученым вкус к исследованию новых сторон свободного падения тел в пустоте, воздухе и воде. На протяжении почти лет, начиная с середины XVII века и кончая началом XX, ученые разных стран время от времени ставят все более и более точные опыты, в ходе которых постепенно накапливается тот экспериментальный материал, который является фундаментом всякого сколько-нибудь серьезного научного обобщения.

Среди добывателей фактов, извлекаемых из опытов свободного падения, мы видим наряду со сравнительно малоизвестными учеными — Гауксби, Бенценбергом, Рейхом — и великих корифеев науки — Ньютона, Менделеева, Жуковского.

А открывает этот список Эдм Мариотт, имя которого всем нам знакомо из школьной физики по закону Бойля — Мариотта. Этот увлеченный и увлекающийся человек в году стал одним из основателей и первых членов Парижской академии наук, первый том трудов которой украшен множеством его статей: Зажав между двумя пальцами два шарика, исследователь одновременно выпускал их. Один — груз полусекундного маятника — начинал отсчитывать время; другой устремлялся вниз.

По удару о препятствие, установленное на точно отмеренном расстоянии от точки начала падения, определялось время падения, причем делалась поправка на скорость звука.

Опыты проводились в парижской обсерватории, где свинцовые, восковые, пробковые и золотые шарики диаметром от 13,5 до 27 мм падали в сквозное свободное пространство винтовой лестницы с башни обсерватории в ее подвалы. Эти опыты наглядно показали, как велика может быть разница в скоростях падения легких и тяжелых шаров в воздухе.

Ньютон, который не только лично провел обширные опыты с падением шаров, но и привлек к подобным экспериментам двух помощников. Первым из них был искусный экспериментатор Лондонского Королевского общества Ф. Га-уксби — , известный своими исследованиями в области электричества. В июне года он вместе с Ньютоном провел опыты, бросая шары в соборе св. Павла в Лондоне с высоты 67 м. Шары были изготовлены из стекла — диаметром 20 мм, наполненные ртутью, и диаметром мм, наполненные воздухом.

Еще более эффектными были эксперименты второго ньютонова помощника Ж. Дезагюлье — — геолога, оксфордского профессора, читавшего лекции по физике и в других университетах и под конец жизни ставшего капелланом наследника английского престола. В Q году Ньютон и Дезагюлье провели в соборе св. Павла еще серию опытов, в которых свиные пузыри и свинцовые шары весом около г падали с высоты 83 м. В этом же году Дезагюлье продемонстрировал королю Георгу I и его свите поразительный эксперимент Откачав из нее воздух, Дезагюлье показал, а потому и убедительно доказал: А в наполненной воздухом — бумага отстала от монеты на половину высоты трубы.

Поскольку измерений не производилось, эксперимент Дезагюлье имел чисто демонстрационное значение. Забегая вперед, укажем, что эксперименты с падением шаров продолжались вплоть до х годов, хотя и не все они ставились с целью получить данные для измерения аэродинамического сопротивления. Так, еще неаполитанец Дж.

Борелли — догадывался, что падающее с высокой башни тело должно вследствие вращения Земли отклоняться к востоку. Позднее подобную же мысль высказал Ньютон, и в году итальянец Дж. Петра в Риме отклонение должно составить около 12 мм, начал готовиться к экспериментам.

Они были проведены в — годах на башне Азинелли в Болонье, на которой некогда экспериментировали Риччоли и Гримальди. К своему удивлению, Гульельмини, кроме восточного, обнаружил еще и таинственное южное отклонение.

Этот результат вызвал в научных кругах большие кривотолки, что побудило профессора физики и математики Дюссельдорфского лицея и основателя обсерватории близ Дюссельдорфа И. Бен-ценберга — предпринять более тщательные эксперименты.

Первая серия из 31 опыта была произведена в году в Гамбурге внутри колокольни св. Шары из тяжелого свинцового сплава диаметром 33 мм сбрасывались с высоты 77 м, причем ценной особенностью этих экспериментов было то, что фиксировалось не только время бросания и падения, но и время пролета промежуточных точек. Повторные опыты, проведенные в следующем году в каменноугольной шахте в Шлебуше, дали аналогичные результаты. Наиболее точные эксперименты этого рода повторил в году немецкий физик Ф.

Рейх — Шары из олова, свинца и кости диаметром от 28 до 40 мм он бросал на дно одной из знаменитых фрейбургских шахт, глубина которой составляла м. Эти эксперименты положили конец разговорам о южном отклонении, а для восточного дали значения, считающиеся самыми точными: Хотя эти грандиозные эксперименты и содержали данные, по которым можно было оценивать сопротивление воздуха, они преследовали иные цели и из-за сравнительно высоких скоростей падения были не очень-то удобны для измерения нужных величин.

Поэтому исследователи, интересующиеся собственно сопротивлением, предпочитали изучать падение шаров в жидкостях, где постоянная скорость устанавливается быстрее, чем в воздухе. Так, Ньютон экспериментировал с деревянным сосудом высотой 3 — 4,5 м, наполненным дождевой водой.

В этот сосуд он бросал восковые шары диаметром 18 — 32 мм с вплавленным в них свинцом. После Ньютона подобные опыты были проведены лишь в — годах шведами П.

Зимой — года опыты с шарами провел Д. Итак, за двести лет накопился довольно большой опытный материал. Но что означали полученные в экспериментах пестрые цифры? Проливали ли они свет на величину сопротивления, оказываемого средой движущемуся телу? Из сопоставления полученных данных они могли установить момент, когда вес падающего тела уравновешивается силой сопротивления; достигнутая к этому моменту скорость в дальнейшем остается постоянной.

Для того чтобы сопоставить между собой результаты всех опытов, чтобы сравнить результаты разных исследователей, требовалась идея, принцип, способный придать осмысленность накопившемуся экспериментальному материалу.

И XVII век дал миру ученого, который попытался сформулировать такой принцип — первую теорию гидроаэродинамического сопротивления Не совсем точный по форме — Ньютон в детские годы не обнаруживал исключительных математических способностей — Герцен прав по существу. Маленький Исаак не любил пустых забав.

Начав с постройки игрушечных мельниц, он перешел к сооружению водяных часов и самоката собственной конструкции. Говорят, что он первым — по крайней мере в Англии — стал запускать воздушные змеи, выбор наивыгоднейших форм и размеров которых способствовал развитию его исследовательского таланта. Именно это увлечение натолкнуло Ньютона на мысль провести опыт, который сам он считал своим первым научным экспериментом: Если история эта верна, то трудно найти пример, который более ярко иллюстрировал бы всю сложность проблемы воздушного сопротивления: А ведь Ньютона эта проблема не переставала волновать всю жизнь, он подступал к ней с разных сторон.

Но хотя ему удалось продвинуться в ее понимании достаточно далеко, окончательное решение все-таки ускользнуло от него. Впрочем, неудачу на этом пути потерпел не он один Мерсенна — сохранилось в истории науки, потому что в первой половине XVII века его дом в Париже был своеобразным научным центром тогдашней Европы.

Сюда из разных стран приходили письма сотен ученых, которых привлекал искренний интерес хозяина дома к науке, его гостеприимство и возможность обсудить здесь ту или иную проблему с понимающими людьми. Хотя сам Мерсенн не прославил себя особо глубокими научными открытиями, он был любителем науки в высшем, благороднейшем смысле слова: Полетом ядер в пространстве Мерсенн начал интересоваться еще в х годах; и некоторые историки полагают даже, что он разработал параболическую теорию одновременно и независимо от Галилея.

Но что за уровень был у этих разработок! В отличие от неукоснительно строгого логического развития посылок у Галилея в трудах Мерсенна мы находим хаотическое собрание догадок, грубых опытов и нелепых выводов из них.

Так, параболическая траектория выводится из описания полета пули, выстреленной вертикально вверх скачущим на коне всадником. Желая выяснить влияние вращения Земли на траекторию падающего с большой высоты тела, Мерсенн провел опытные стрельбы из мушкета вертикально вверх. Тем не менее вклад Мерсенна в баллистику достаточно весом: Пытаясь установить, от чего зависит сила сопротивления, испытываемая летящим ядром со стороны воздуха, он смутно угадывал, что сопротивление тем больше, чем быстрее движется тело, чем больше его поперечное сечение и чем плотнее среда, в которой оно движется.

В том же году попробовал одолеть эту же задачу Р. Декарт — — знаменитый французский философ, математик и ученый, изобретатель прямоугольных — декартовых — координат. Возможны два случая, утверждал Декарт: Поскольку частицы эфира очень мелкие и мчатся со скоростями, значительно Превышающими скорость самого движущегося тела, оно вообще не будет испытывать сопротивления, ибо эфирные частицы действуют на него равномерно со всех сторон. В физических жидкостях частицы гораздо крупнее и движутся медленнее.

Они чаще ударяются о лобовую часть тела, где вследствие этого создается как бы уплотнение, а за хвостовой, наоборот, — разрежение. Частицы, устремляясь от уплотнения к разрежению, обтекают тело и создают вихри. На их создание расходуется часть движения тела, и это есть главная причина возникающего сопротивления, в конце концов останавливающего тело. Из этого описания видна коварная особенность объяснений Декарта: Никаких количественных предсказаний из гипотез не выводилось.

Раздвоение исследований по воздушному сопротивлению на чисто теоретическое и чисто опытное направления раньше всех попытался преодолеть голландский механик, физик и математик X. Гюйгенс — — первый иностранный член Лондонского Королевского общества и первый председатель Парижской академии наук. Среди проблем, волновавших ученых XVII века, трудно найти такую, которой не коснулся бы ясный и изобретательный ум Гюйгенса.

Он занимался математическим исследованием циклоиды, логарифмической и пепной линии; ему принадлежит одна из первых работ по теории вероятностей. С помощью изготовленного им самим объектива для телескопа он открыл спутник и кольцо Сатурна. Ему принадлежит волновая теория света, объяснившая оптические явления, которые не дались самому Ньютону.

Но в памяти потомства имя Гюйгенса оказалось навсегда связанным с разработкой теории измерения времени, положившей начало всем современным маятниковым часам.

Для проверки этого рассуждения Гюйгенс провел эксперименты, в которых деревянный цилиндр буксировался под водой падающим грузом. Сопоставив скорости установившегося равномерного движения тела с соответствующими величинами груза, Гюйгенс получил первое в истории опытное подтверждение того, что сопротивление пропорционально квадрату скорости. К сожалению, эти исследования не были опубликованы при жизни Гюйгенса и впервые увидели свет только в девятнадцатом томе его собрания сочинений, вышедшем в году, то есть через лет.

Вот почему слава этого важного открытия досталась Ньютону, самостоятельно пришедшему к выводам Гюйгенса всего на двадцать лет позднее.

Поводом, побудившим великого англичанина основательно заняться проблемой, заинтересовавшей его еще в юные годы, были две книги, присланные ему на отзыв Лондонским Королевским обществом в году В году известный английский артиллерист Р.

Автор проводил в нем мысль, что хотя параболическая теория Галилея расходится с действительностью, ей все-таки можно пользоваться на практике. Грегори — Считая воздух однородной сопротивляющейся средой, Грегори предположил, что на перемещающуюся в ней материальную точку действует постоянная по величине сила сопротивления, заставляющая тело двигаться равномерно замедленно.

Анализ привел шотландца к убеждению, что ядро должно лететь по параболической траектории, ось которой наклонена к горизонту. Появление книг вызвало споры в Лондонском Королевском обществе, которое направило оба труда на отзыв двум самым компетентным в этой области своим сочленам — Ньютону и Дж.

Мнения обоих рецензентов совпали: Параболическая же теория в подаче Андерсона была справедливой хотя бы для случая безвоздушного пространства. Быть может, такое единодушие рецензентов объяснялось отчасти тем, что оба они начали заниматься теоретическим изучением движения материальной точки в сопротивляющейся среде примерно в году, и их исследования некоторое время проводились почти параллельно, хотя Валлис был чуть впереди: Главные интересы Валлиса — были чисто математические — арифметика и алгебра.

В исследовании движения материальной точки в сопротивляющейся среде он видел не более чем изящную математическую задачу, которую почетно было решить, а соответствует это решение действительности или нет, его волновало мало. Вот почему он максимально облегчил себе задачу исследования, приняв простейшее декартово предположение, согласно которому сопротивление воздуха пропорционально первой степени скорости. Исходя из этого предположения, он решил частный случай — вертикальное падение тела под действием сил тяжести и сопротивления воздуха, вывел соотношение между скоростью и временем падения, а также наметил пути решения общего случая — движения точки, выброшенной под углом к горизонту.

Математический гений Ньютона, проявившийся в создании могущественных средств анализа — дифференциального и интегрального исчисления, — намного превосходил способности и возможности Валлиса. Отстав от своего коллеги во времени, сэр Исаак далеко превзошел его в полученных результатах и в широте охвата проблемы. Для него вопрос о сопротивлении был не просто любопытной математической задачей. Ведь если пространство действительно заполнено материей, которая не может не оказывать сопротивления движению планет, то тогда рушилось великое творение Ньютона — вся его система мира, построенная на предположении о пустом космическом пространстве.

Вот почему Ньютона на протяжении всей жизни волновала проблема сопротивления, вот почему он неустанно экспериментировал и с затуханием колебаний маятников в воздухе, воде и ртути, и с падением шаров в воздухе и воде, и с истечением воды из резервуаров. Его эксперименты были блестящими для своего времени, но Ньютон считал более важным, чем эксперименты, теоретическое обобщение. Он предположил, что лобовая часть движущегося тела испытывает град ударов со стороны частиц жидкости, непрерывно тормозящий его продвижение вперед.

Это означает, что ученый положил в основу механизма сопротивления инерцию тех масс жидкости, которые надо вывести из состояния покоя,, чтобы освободить место движущемуся телу. Что касается скорости, то она, очевидно, будет влиять на сопротивление двояко: Следовательно, можно ожидать, что сопротивление пропорционально квадрату скорости: Таким образом, Ньютон подвел некоторое умозрительное рассуждение, гипотезу под зависимость, смутно улавливаемую еще его предшественниками, и установил: И Ньютон нашел способ проверить свое предположение.

Для того чтобы вычислить величину гидродинамического сопротивления в единицах силы — в фунтах или килограммах, — мало знать, чему она пропорциональна.

Требуется еще один сомножитель — коэффициент пропорциональности, или сила, действующая на тело тогда, когда все входящие в формулу переменные величины равны единице. Таким образом, для проверки своей гипотезы Ньютон должен был на ее основе вычислить коэффициент пропорциональности для тела простейшей формы и измерить его экспериментально.

И здесь Ньютону представились три возможных предположения о строении жидкости: Считая, что поверхность простейшего тела — шара — представляет собой бесконечное множество бесконечно малых плоских пластинок, Ньютон суммировал — интегрировал — действующие на сферическую поверхность силы и теоретически вычислил три возможных значения этого коэффициента для шара.

По первой гипотезе оно получилось равным 0, кг, по второй — 0, и по третьей — 0, кг. Какая же из этих трех гипотез соответствует действительности? Именно на этот вопрос должны были ответить эксперименты Ньютона с бросанием шаров в соборе св. Павла в Лондоне в и годах и его эксперименты с погружением шаров в воду. Сейчас, спустя почти лет, мы можем по достоинству оценить вклад Ньютона. Он показал, что гидродинамическое сопротивление иногда можно считать проявлением одних только сил инерции, хотя и не определил четко, в каких именно случаях такое предположение справедливо.

Он первым опубликовал и ввел в научный обиход важные закономерности, согласно которым сопротивление пропорционально квадрату скорости, площади поперечного сечения тела и плотности жидкости. Но самым важным его достижением следует считать введение понятия коэффициента пропорциональности, или, как его стали называть, коэффициента сопротивления. Именно в этом коэффициенте оказались скрытыми многие головоломные загадки гидродинамического сопротивления, раскрытие которых и составило существо гидроаэродинамических исследований последующих столетий.

Менделеев привел все данные по бросанию шаров к единообразному виду, чтобы сравнить их между собой. И оказалось, что отклонения от ньютоновых значений в экспериментах XIX века весьма значительны. Свидетельствуя о том, что коэффициент пропорциональности не постоянен, а меняется в зависимости от скорости падения, эти данные могли бы служить убедительным опровержением ньютоновой инерционной теории гидродинамического сопротивления, если бы это не было сделано в середине XVIII века убедительными опытами французских гидравликов.

Среди таких экспериментаторов было немало практических инженеров, работавших на строительстве и обслуживании каналов и других гидротехнических сооружений Европы.

В результате-два подхода к проблеме сопротивления, более или менее гармонически совмещавшиеся в творчестве Ньютона, в трудах его преемников надолго расщепили гидродинамические исследования на чисто теоретическое и чисто практическое направления. И направления эти поначалу расходились так сильно, что, казалось, никогда не смогут быть приведены к согласным результатам.

Не случайно президент Лондонского Королевского общества С. Крылов обратил внимание на один любопытный исторический факт. Другими словами, чем более континентальным было государство, тем больше его ученые интересовались сопротивлением судового корпуса.

И в то время как великие морские державы — Португалия, Испания, Нидерланды и Англия — вплоть до конца XVIII столетия практически не интересовались проблемами сопротивления, геометры континентальной Швейцарии монополизировали теоретическую гидродинамику, а представители Франции господствовали в экспериментальных исследованиях Два обстоятельства уже в средние века сделали Верхнюю Италию центром гидротехнического строительства в Западной Европе.

Мало кто знает, что эта коротенькая речка, в бассейн которой входило несколько верхнеитальянских государств — Ломбардия, Пьемонт, Эмилия-Романья и Венеция, — по количеству наносов превосходит такие реки, как Дунай и Рона, и даже великий Нил уступает ей в этом отношении.

Отложение наносов издревле приводило к тому, что реки бассейна По часто меняли русло, уничтожая города, посевы и дороги на своих берегах. Вот почему обитатели верхнеитальянских государств издавна были вынуждены строить, с одной стороны, охранительные дамбы и плотины для защиты от разрушительных наводнений, а с другой — создавать сеть каналов, шлюзы и водоподъемные машины для орошения полей.

В результате многовековой деятельности людей По и ее притоки были окружены плотинами до самого впадения в море, а вся Ломбардская долина оказалась ниже уровня воды в По. Постройка столь грандиозных систем, начавшаяся еще в XI веке, поощряла накопление и развитие гидравлических познаний, требовала множества искусных гидротехников, и это привело к тому, что итальянская гидравлическая школа заняла главенствующее место в Европе, и в середине XVII века считалось: Но именно в XVII веке итальянские гидравлики начинают быстро сдавать свои позиции, и на первое место выдвигается гидравлическая школа Франции — страны, которая в то время заняла исключительное положение среди других стран Западной Европы.

В отличие от Германии, Австро-Венгрии и Италии, раздробленных на многочисленные княжества и королевства, Франция была политически объединена под властью абсолютного монарха.

Вот почему для нее единственным средством транспорта, пригодным для сколько-нибудь значительного грузооборота, было только речное судоходство. Вот почему создание единой внутренней транспортной системы требовало постройки судоходных каналов.

И вот почему первый построенный во Франции в — годах канал — Бриарский — был не оросительным, как в Италии, а судоходным: В году некий Рике предложил связать всю внутреннюю и центральную часть страны со Средиземным морем и Атлантическим океаном путем соединения Роны и Гаронны судоходным каналом.

Проект был сразу одобрен, и в том же году начались работы по сооружению знаменитого канала дю Миди, а за ним и многих других каналов Франции. Это-то обстоятельство и привело к быстрому развитию французской гидравлической школы, которая в скором времени затмила славу итальянской. Различие в целях и задачах породило весьма характерное различие в направлениях исследований итальянской и французской гидравлических школ.

Если первые стремились, главным образом, к тому, чтобы узнать, как течет вода и как связан расход жидкости с напором, то французские гидравлики сосредоточили свое внимание на другой стороне дела. Поэтому в отличие от итальянских гидравликов французские интересовались не только течением жидкостей и измерением расходов, но и сопротивлением, которое жидкость оказывает движущемуся в ней телу.

Эксперименты Магнуса с вращающимся в потоке цилиндром при! Завихрения порождают сопротивление, циркуляция порождает подъемную силу! Колоссальные усилия выдающихся ученых Гельмгольца, Жуковского, Чаплыгина, Прандтля, Рей-нольдса, фон Кармана привели наконец к созданию теории подъемной силы крыла и лобового сопротивления.

Каждая глава книги — самостоятельный рассказ о замечательных открытиях, взлетах и падениях, удачах и поражениях на тяжком пути познания, рассказ со своим сюжетом, своими героями. В то же время это не нарушает целостности книги. В довольно небольшую по объему книжку автору удалось вместить очень много информации. Конечно, при этом не обошлось без некоторой калейдоскопичности изложения. Огромное количество имен, фактов, событий в какой-то мере затрудняет восприятие книги, однако нельзя винить в этом автора, поскольку сама история развития учения о гидродинамических силах диктует именно такое построение сюжета.

Она заинтересует и самый широкий круг читателей, и специалистов-аэродинамиков. Наука и техника Техника - молодёжи Техника - молодёжи , страница Совершенно справедливо автор замечает, что и авиация самим своим зарождением обязана моделям, ибо задолго до того, как в воздух поднялся первый аэроплан, сотни, тысячи маленьких моделей крыльев были испытаны в аэродинамических трубах.

Предыдущая страница Следующая страница Информация, связанная с этой страницей: Эффект коанда применение Эффект коанды Двигатели на эффекте Магнуса Модели вихря Вихрь в реактивном двигателе Исследования эффекта коанда "забытый эффект аэродинамики", г. Рассказывая о жизни и творчестве изобретателей-ученых, автор показывает, что как бы мало ни были похожи друг на друга эти люди, их роднит стремление к творчеству, увлеченность своим делом, настойчивое стремление воплощать научные идеи в технически совершенные машины и механизмы.

Книга о танках пушках, самолетах и другом оружии нашей страны периода Великой Отечественной войны, о наших офицерах и солдатах - героических защитниках Родины. Универсальная библиотека, портал создателей электронных книг, авторов произведений и переводов.

Научный редактор и автор послесловия: Главные корабли флота 3. Сильные, увертливые и легкие, как птицы Удар из-под воды На страже мира Заговор против Тухачевского Был ли заговор Тухачевского? Как они готовили поражение своей собственной страны Как белый генерал раскрыл заговор красного маршала Тухачевский по личным воспоминаниям Последняя крестьянская война AAW, обработка, формат Djv: Инфракрасное лицо мира 3.

Мир, в котором все понятно, но которого нет 7. Главное дело тепловых машин Универсальная, как гравитация Мир, который есть, но в котором не все понятно Мастер оптимальных решений