Пример 2
Теперь попробуем рассмотреть пример «аэродинамического» летания (напомним себе, что слово «аэродинамический» приплетают тогда, когда хотят сказать, что хреновина «летает», двигаясь относительно окружающего ее воздуха) на примере «хреновины», не вошедшей в исходный список.
Для нашего примера попросим «полетать» безумного парашютиста, одетого в костюм белки-летяги ярко розового цвета (конечно, безумный, иначе надел бы он розовый костюм? лучше бы сразу – коричневый!) и снаряженного управляемым (т.е. похожим на параплан) парашютом (он же все-таки парашютист!), который бережно упакован в ранец за спиной летуна.
На высоте нескольких километров наш безумный герой выпадает из чего-нибудь (например, из воздушного шара) и начинает свой храбрый полет. Разберем это увлекательное путешествие к центру земли по фазам.
Фаза 1: начальное падение.
Сначала наш отважный повелитель бури, сжавшись в комок (в шарик!), устремляется к поверхности земли с ускорением свободного падения. В этот момент он пока не «летает» в нашем определении (ускорение-то не нулевое), а просто падает. И вот тут начинается то, что Вадим и прочие маёвцы называют «аэродинамикой». По-нашему, по-деревенски, это хитрое слово примерно можно перевести как «сила [движения] воздуха». В общем, все равно: ты движешься, а воздух стоит (как у нашего с чего-то рухнувшего героя), или воздух движется относительно тебя – тому, кто «летит» предстоит ощутить всю силу движущегося воздуха!
Фаза 2: скорость больше не растет. «Я уже лечу?»
Наша «хреновина», сжавшись в комок, все еще падает. Страшно шумит рвущийся вокруг воздух; скорость – просто бешенная! Но прибор (какой же «летун» без прибора?) отмечает, что скорость вдруг расти перестала. По нашему определению, теперь, когда ускорение равно нулю, парашютист, уютно свернувшийся в клубок и несущийся вниз со скоростью 220 км/ч, по-настоящему «летит»!
Итак, наблюдаем движение шарика (шарик – не имя отважного парашютиста, а форма, которую он принял –комок нервов и всего-всего, что еще осталось в нашем герое) вертикально вниз с пугающе ненулевой скоростью, но нулевым ускорением. Из этого завораживающего по своему экстриму явления «полета» мы со всей очевидностью выводим следующее:
1) на шарик действует сила тяжести (направлена вниз);
2) на шарик действует «сила воздуха» (какая – увидим дальше);
3) эти силы уравновешены.
Опять же для очевидности картины допустим, что наша «хреновина», которая «летит», имеет форму идеальной сферы. Как и в примере 1, рассмотрим давление воздуха на нижнее полушарие и на верхнее полушарие. Каким будет это давление по сравнению с давлением на «экваторе»?
С нижним полушарием все более-менее очевидно. Кому не очевидно – выставьте свою голову из окна автомобиля, едущего со скоростью 220 км/ч (ВНИМАНИЕ! Это шутка, голову из движущегося автомобиля никому не выставлять – опасно для жизни!). Просто поверьте на слово, на нижнее полушарие давление воздуха значительно больше давления на «экваторе».
С верхним полушарием все не так очевидно. По моим ощущениям, на верхнее полушарие давление воздуха будет меньше, чем на «экваторе», и виной тому являются «бурбуляки», которые образуются из-за турбулентности обтекания нашего шарика. Если кто-то аргументировано возразит – с удовольствием послушаю, но одно очевидно: по сравнению с давлением на нижнее полушарие, давление на верхнее полушарие просто ничтожно.
Чтобы прочувствовать происходящее и поразиться, давайте осознаем, что вес нашего героя (масса 98 кг вместе с парашютом) уравновешивается силой, образующейся за счет разницы в давлениях воздуха на верхнее полушарие отважного героя, свернувшегося в форме шара диаметром один метр (кто сможет свернуться с парашютом в меньший диаметр – осознавайте для своего диаметра самостоятельно), и нижнее его полушарие.
Снова вывод – чтобы «лететь» такой хреновине, как парашютист, свернувшийся в шарик, нужна разница давлений.
Фаза 3: распускаем хвост (и крылья)!
Несправедливый критик скажет: «Какой же это полет? Просто падает камнем вниз, и все! Где движение вдоль поверхности земли?». Словно услышав эти слова, наш шарик разворачивается и превращается в белку-летягу.
Что это?! Суровая белка-летяга, страшная как розовая чума, несется с горизонтальной (т.е. вдоль поверхности земли) скоростью 110 км/ч. Скорость снижения, хоть и осталась о-го-го какой, но все же уменьшилась (м.б. даже до 190 км/час).
Итак, это уже настоящий «полет», мало чем отличающийся от полета всего того, что имеет в своем названии корень «план» (да, «план» – это 5!). Нет смысла повторять цепь рассуждений, которые приведут нас к тому, что розовая (это еще заметно) белка-летяга «летит» совсем по-настоящему не потому, что она белка-летяга, и уж совсем не потому, что она розовая, а опять таки из-за разницы давлений.
Единственное, что хочется отметить для этой фазы, что в сравнении с предыдущей фазой разница давлений обеспечивает нам возможность горизонтального полета. Да, наш одиноко одинокий одиночка в отличие от безвольного шарика уже смещается вдоль поверхности земли со скоростью аж 110 км/ч, хоть и несется к земле со скоростью 190 км/ч! Это, безусловно, прорыв!
Фаза 4: дергай за кольцо, это и есть муравьи!
И вот, наконец, наш герой приступил к заключительной фазе своего полета – вытряхнул из заплечного рюкзака свой купол, очень напоминающий летающий матрац: две поверхности, наполнившиеся воздухом из воздухозаборников и образовавшие подобие аэродинамического профиля.
Вот, наконец, счастье! Скорость снижения – 15 км/ч. Горизонтальная скорость – 30 км/ч. Тянешь «левую» – поворачиваешь налево, тянешь «другую левую» – поворачиваешь направо. Зачем нам понадобилось описание этой идиллии? Основное, ради чего мы обратили свое внимание на эту фазу, кроется в форме «крыла», точнее, в его особом (асимметричном) аэродинамическом профиле. Особенность «аэродинамического профиля», обеспечивающего подъемную силу, состоит в асимметричности его поверхностей: верхняя поверхность больше нижней. И что это дает, спросите вы? А вот что.
Для начала представьте себе крыл, профиль которого напоминает каплю (вытянутую горизонтально). Если воздух будет набегать на такой крыл горизонтально (в морду), то возникнет аэродинамическая сила, для которой подъемная составляющая будет отсутствовать. Разница давлений на верхнюю поверхность крыла и на его нижнюю поверхность, конечно, присутствует, но она имеет аэростатический характер, рассмотренный нами в примере 1, и ее «выталкивающей» силы явно будет недостаточно, чтобы крыл «летел».
Теперь уберем нижнюю половинку нашего крыла, оставив ему только верхнюю половинку (профиль «верхняя полукапля»). Что будет, если воздух начнет набегать на такой крыл горизонтально? Очевидно, что воздушный поток будет рассечен на две части в передней кромке крыла, чтобы вновь встретиться после его задней кромки. Над верхней (выпуклой) поверхностью крыла проходит то же количество воздуха, что под его нижней (прямой) поверхностью. И что?
А то, что если количество воздуха, огибающего верхнюю и нижнюю поверхности, одинаковое, то и количество молекул воздуха, проходящих вдоль этих поверхностей тоже одинаковое. Но «нижние» молекулы распределяются вдоль более короткой нижней поверхности более плотно, чем «верхние», которые вынуждены «вытянуться» вдоль более протяженной верхней поверхности нашего крыла.
Поскольку давление на поверхность крыла создают именно молекулы воздуха, то на верхней поверхности крыла, где молекулы встречаются менее часто, давление на поверхность будет меньше, чем на его нижней поверхности. То есть, снова возникает столь полюбившаяся нам разница давлений, создающих подъемную силу.
Главный вывод – во всех фазах примера 2 «полет» происходит из-за разницы давлений.
Заключение
Когда мы наблюдаем тело, которое «летит» по воздуху, знайте: оно летит благодаря разнице давлений.
Это происходит и с аэропланом, и с парапланом, и с шариком. А также с вертолетом, с экранопланом, с машиной на воздушной подушке, с воздушным змеем и со всем-всем-всем, что можно заставить «летать».
Конечно, примеры и рассуждения, которые мы провели, примитивны, но, на мой взгляд, позволят любознательному философу проникнуть в «природу вещей». Более правильно и подробно написано в умных книжках. А кому и книжек мало – тем прямая дорога в МАИ, там вам расскажут, «почему хреновина летает».
Так, «почему хреновина летает»? Правильно, «по воздуху»!