GetAClass - физика и здравый смысл

#physics
#физика

Представьте себе две трубы разного диаметра, соединённые плавным переходником. А теперь поместим эту конструкцию в поток воздуха широким концом вперёд или, что то же самое, будем двигать её относительно неподвижного воздуха. Поток входит в широкую часть трубы, затем переходит в узкую и при этом, очевидно, увеличивает свою скорость. Неужели у нас получился ускоритель воздуха, своеобразный реактивный двигатель, который работает безо всякого топлива?! Что-то здесь не так.

Метафизик вроде Ньютона сразу же скажет, что Творец всего сущего так устроил мироздание, чтобы человек никак не мог получить что-нибудь даром, и такой двигатель априори невозможен.

А физик (вроде того же Ньютона) должен найти ошибку в этом весьма правдоподобном рассуждении и понять, в чём именно мы сами себя обманываем.

Проследим за давлением воздуха вдоль оси трубы. Сзади, на выходе из узкой трубы, давление атмосферное, так же как и внутри неё: воздух там летит по инерции. А вот в переходнике и перед ним давление должно быть больше атмосферного, чтобы загнать воздух в узкую трубу и увеличить его скорость. Но перед широкой трубой давление снова атмосферное, поэтому на входе в трубу в область, где давление повышается, поток воздуха тормозится и расширяется.

Так что далеко впереди трубы площадь сечения потока, который затем попадёт внутрь неё, меньше площади сечения широкой трубы и, наверное, равно сечению узкой трубы. Тогда никакого ускорения воздуха нет — с какой скоростью воздух двигался далеко впереди широкой трубы, с такой же он и вытекает сзади из узкой.

Здесь, как и в других случаях, когда мы сталкиваемся с кажущимися парадоксами, важно правильно нарисовать линии тока. Например, крыло самолёта не только отклоняет воздушный поток вниз за задней кромкой, но и заставляет его набегать на переднюю кромку не горизонтально, а снизу вверх. Или ещё: вода во внутренней части изгиба трубы движется гораздо быстрее, чем по наружной.

И как и во многих роликах, посвящённых вопросам гидродинамики, мы моделируем обтекание нашего «двигателя» с помощью программы Vizimag, потому что математические уравнения, описывающие движение идеальной жидкости и магнитное поле, совершенно одинаковые.

А о результатах моделирования и о том, что у нас получилось при прямом измерении давления в разных частях трубы, вы узнаете, посмотрев наш новый англоязычный ролик «Tapering pipe paradox».

Смотрите, наслаждайтесь красотами гидродинамики и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти исходный ролик «Парадокс сужающейся трубы» на других платформах.

[Поддержите нас]

YouTube

Tapering pipe paradox

Is it possible to drive an external air flow into an open pipe so that its exit speed is greater than before the entrance? Maybe it is possible, but what about the law of conservation of energy? This is a good question to think about.

Key words: hydrodynamics…

www.group-telegram.com/us/getaclass_channel.com/750

4.0K viewsedited  Jan 4 at 08:32

#physics
#физика

Представьте себе две трубы разного диаметра, соединённые плавным переходником. А теперь поместим эту конструкцию в поток воздуха широким концом вперёд или, что то же самое, будем двигать её относительно неподвижного воздуха. Поток входит в широкую часть трубы, затем переходит в узкую и при этом, очевидно, увеличивает свою скорость. Неужели у нас получился ускоритель воздуха, своеобразный реактивный двигатель, который работает безо всякого топлива?! Что-то здесь не так.

Метафизик вроде Ньютона сразу же скажет, что Творец всего сущего так устроил мироздание, чтобы человек никак не мог получить что-нибудь даром, и такой двигатель априори невозможен.

А физик (вроде того же Ньютона) должен найти ошибку в этом весьма правдоподобном рассуждении и понять, в чём именно мы сами себя обманываем.

Проследим за давлением воздуха вдоль оси трубы. Сзади, на выходе из узкой трубы, давление атмосферное, так же как и внутри неё: воздух там летит по инерции. А вот в переходнике и перед ним давление должно быть больше атмосферного, чтобы загнать воздух в узкую трубу и увеличить его скорость. Но перед широкой трубой давление снова атмосферное, поэтому на входе в трубу в область, где давление повышается, поток воздуха тормозится и расширяется.

Так что далеко впереди трубы площадь сечения потока, который затем попадёт внутрь неё, меньше площади сечения широкой трубы и, наверное, равно сечению узкой трубы. Тогда никакого ускорения воздуха нет — с какой скоростью воздух двигался далеко впереди широкой трубы, с такой же он и вытекает сзади из узкой.

Здесь, как и в других случаях, когда мы сталкиваемся с кажущимися парадоксами, важно правильно нарисовать линии тока. Например, крыло самолёта не только отклоняет воздушный поток вниз за задней кромкой, но и заставляет его набегать на переднюю кромку не горизонтально, а снизу вверх. Или ещё: вода во внутренней части изгиба трубы движется гораздо быстрее, чем по наружной.

И как и во многих роликах, посвящённых вопросам гидродинамики, мы моделируем обтекание нашего «двигателя» с помощью программы Vizimag, потому что математические уравнения, описывающие движение идеальной жидкости и магнитное поле, совершенно одинаковые.

А о результатах моделирования и о том, что у нас получилось при прямом измерении давления в разных частях трубы, вы узнаете, посмотрев наш новый англоязычный ролик «Tapering pipe paradox».

Смотрите, наслаждайтесь красотами гидродинамики и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти исходный ролик «Парадокс сужающейся трубы» на других платформах.

[Поддержите нас]

BY GetAClass - физика и здравый смысл