Читать «Юный техник, 2008 № 01» онлайн - страница 29
Журнал «Юный техник»
Так, в горах на высоте 3000 м вода кипит при 90 °C, а на высоте 16 тыс. м вода закипает при 18 °C.
При открывании крана вода начинает течь через узкий зазор и скорость ее в этом месте по закону Бернулли возрастает, а давление становится столь низким, что вода вскипает и в ней образуется множество пузырьков пара. Далее, пройдя узкое место, вода свое движение замедляет, давление в ней повышается, пузырьки пара схлопываются, создавая при соударении тот самый шум, что мы слышим.
Если воду пропустить через расширяющееся сопло, она может превратиться в пароводяную смесь, а скорость ее превысит скорость звука, допустимую в этой смеси. На срезе сопла возникнет скачок уплотнения — тонкий пароводяной слой с очень высоким давлением.
Подобные процессы подробно исследованы ведущими специалистами Автономного некоммерческого общества «Аспект-Конверсион» В.А. Коссом и его коллегами, и это позволяет продемонстрировать в школьных условиях обтекание тела сверхзвуковым потоком.
Абсолютная величина его скорости для природы процесса безразлична и на виде наблюдаемой картины не скажется. Потому и не стоит создавать поток воздуха с самолетными скоростями более 330 м/с, а можно ограничиться скоростями 6 — 10 м/с.
Вместо воздуха мы возьмем пароводяную смесь, содержащую по массе около 1–5 % водяного пара, для которой такие скорости — это уже скорость звука. Чтобы разогнать ее до такой скорости, нам потребуется в тысячи раз меньшая энергия, чем для разгона такого же количества воздуха.
На последнем рисунке изображена схема школьной установки для демонстрации картин сверхзвукового обтекания. Установка работает от водяного насоса, дающего давление 2,5–3 атм., а в городах для ее работы достаточно давления водопровода. Изучаемый предмет располагается в сверхзвуковом участке — расширяющейся части сопла. Но поскольку процесс необходимо наблюдать, сопло в этом месте нужно сделать прозрачным и плоским. (Такие сопла впервые применил великий немецкий аэрогидромеханик Людвиг Прандтль (1875–1953). Возникающие при обтекании ударные волны можно увидеть в теневой проекции, освещая сопло лампочкой от карманного фонаря в абажуре из черной бумаги.
Запускается установка следующим образом. Сначала получим на экране или белой стене теневую проекцию прозрачного сопла. После этого откройте кран и плавно увеличьте подачу воды. Постепенно вы увидите, что в сопле образовался пар, и в определенный момент в его расширяющейся части появится четкая тень скачка уплотнения. После этого можно при помощи куска проволоки ввести в сопло пробное тело и увидеть появление на нем ударных волн.
