Накамура Кандзи - Почему самолеты летают

нашего тела также равно 1 атмосфере.
1 атмосфера — это давление атмосферы на уровне поверхности
земли, и её величина равна отношению веса водяного столба высотой
10 м к площади основания, равной 1 м2, т. е. на 1 м2 площади приходится вес примерно 10 т.
В качестве примера, позволяющего реально ощутить величину
этой силы, можно привести присоску, которая используется, например, для крепления крючков к плитке в ванной комнате, куда
нельзя вбивать гвозди.
Как показано на рисунке, давление воздуха на стороне плитки,
к которой прилипла присоска, можно считать близким к нулю. Напротив, на внешней стороне будет действовать сила, равная примерно 20 кг.
Эту присоску отлепить нелегко, так как требуется сила, поднимающая 4 пластиковые бутыли объёмом по 5 л каждая. Однако если
запустить на внутреннюю сторону плитки воздух, то присоска легко
снимется, так как давление воздуха по обе стороны станет равным
1 атмосфере.

12

1
Почему самолёты умеют летать

Столб воздуха

Сравнивая столбы воздуха, воды
и ртути, создающие давление
в 1 атмосферу, получим высоты,
показанные на следующем
рисунке

1м

Столб воды

100 км

1м

Столб ртути

Величина давления, равная 1 атмосфере

760 мм

10 332 м

1м

1м
Плотность: 1000 кг/м3

Плотность: 13 595,1 кг/м3

Давление столба ртути: 13 595,1 × 0,76 = 10 332 кг/м2
Давление столба воды: 10 332 × 1000 = 10 332 кг/м2
Давление столба воздуха: 10 332 кг/м2

Присоска и давление воздуха

20 кг

Приняв радиус присоски за 2,5 см,
получим площадь присоски
2,5 × 2,5 × 3,14 ≈ 20 см2,
поэтому на всю присоску будет
действовать сила, равная
20 см2 × 1 кг/см2 × 20 кг

13

Связь между статическим и динамическим давлениями

ИССЛЕДУЕМ СИЛЫ ВОЗДУХА ( ЧАСТЬ 2)

Равновесие
сил

Когда мы моем машину, то при зажимании конца шланга струя
воды становится сильнее, что очень удобно для удаления грязи
с автомобильных шин. Как вы думаете, почему сила струи, т. е. скорость воды, увеличивается, несмотря на то что количество воды,
выходящее из крана, не изменяется?
То, что при зажимании кончика шланга усиливается струя или,
другими словами, увеличивается скорость течения воды, означает,
что возрастает динамическое давление.
Заметим, что если давление воды в окрестностях зажатого конца
шланга стало бы больше, чем исходное, то вода перестала бы течь.
Однако в действительности вода из зажатого шланга льётся с большей скоростью, что позволяет лучше смывать грязь.
Причина этого заключается в том, что если увеличивается скорость течения (иными словами, возрастает динамическое давление), то уменьшается статическое давление, благодаря чему
полное давление остаётся постоянным, поэтому течение будет
неразрывным.
Давайте обдумаем тот факт, что при росте динамического понижается статическое давление с точки зрения закона сохранения
энергии. Энергия давления (статическое давление) в узком канале превращается в кинетическую энергию (динамическое
давление), но полная энергия (полное давление), в соответствии
с законом сохранения энергии, не изменяется. Это называется законом Бернулли и выражается формулой, приведённой на рисунке.
Всё вышеизложеное равно применимо и для случая, если заменить воду на воздух. Например, почему если мы как следует подставимся ветру, то почувствуем силу, стремящуюся опрокинуть нас
назад?
Ветер останавливается телом, и его скорость становится равной
нулю, поэтому кинетическая энергия ветра превращается в энергию давления, с обращенной к ветру стороны повышается статическое давление, и мы чувствуем силу, стремящуюся опрокинуть нас
назад. Таким образом, динамическое давление проявляет свою силу
в качестве статического давления только после того, как течение будет остановлено.

14

1
Почему самолёты умеют летать

Связь между статическим и динамическим давлениями

Если зажать
конец шланга

S1 V1
Закон Бернулли

P+

1
ρ V2 = const
2

S1

V1

(статическое давление) +
(динамическое давление) = const

Если обозначить S1 площадь поперечного сечения шланга,
V1 – скорость течения в нём, а S2 – площадь поперечного сечения трубы,
зажатой пальцами , V2 – скорость течения в ней, то количество воды W,
протекающее за время t, так как оно одинаково и в широком месте,
и на конце трубы, может быть выражено как:
W = ρ × S1 × V1 × t = ρ × S2 × V2 × t.
Следовательно,
S1 × --">