Глазами физика

Таким образом, получается, что принцип Бернулли не может в одиночку служить объяснением подъема. В дополнение к подъемной силе Бернулли существует так называемая реактивная подъемная сила. Б. Джонсон подробно описывает ее в восхитительной статье «Аэродинамическая сила, эффект Бернулли, реактивная сила» (http://mb-soft.com/public2/lift.html). Реактивная сила (ее еще называют силой противодействия – в честь третьего закона Ньютона, который гласит, что на каждое действие есть равное ему противодействие) возникает, когда воздух проходит под крылом самолета под углом, направленным вверх. Этот воздух, двигаясь от передней части крыла к задней, толкается крылом вниз. Это действие. И на него непременно должно быть равное противодействие воздуха, толкающего по направлению вверх, так, что крыло поднимается вверх. В случае с «Боингом 747» (он летает со скоростью около 900 километров в час на высоте около 10 тысяч метров) более 80 процентов подъемной силы обеспечиваются реактивной подъемной силой и лишь менее 20 процентов – силой Бернулли.

Вы можете без труда устроить демонстрацию реактивной подъемной силы, когда будете ехать в автомобиле. На самом деле ребенком вы наверняка уже не раз это делали. Сидя в движущемся автомобиле, опустите окно, высуньте руку наружу и поставьте ладонь пальцами по направлению движения, немного задрав пальцы по отношению к запястью. Вы обязательно почувствуете, что поток воздуха толкает вашу руку вверх. Вуаля! Это и есть реактивная сила.

Тут вам, возможно, покажется, что теперь вы поняли, почему некоторые самолеты могут летать вверх тормашками. Но понимаете ли вы, что если самолет переворачивается на 180 градусов, то и сила Бернулли, и реактивная подъемная сила (сила противодействия) будут направлены вниз? Помните, что при нормальном полете реактивная сила направлена вверх, потому что крылья расположены под углом в этом направлении, но после переворота на 180 градусов обе силы будут направлены вниз.

Чтобы почувствовать реактивную подъемную силу на своей ладони, проделайте еще раз описанный выше эксперимент. Пока вы держите пальцы с наклоном вверх, вы чувствуете силу, толкающую ладонь вверх. Теперь измените угол наклона так, чтобы пальцы были наклонены вниз, и почувствуете, как поток воздуха толкает руку вниз.

Но почему же тогда самолеты могут летать вверх ногами, простите, вверх шасси? Необходимый подъем должен в любом случае обеспечиваться восходящей реактивной силой, тут иных вариантов нет. Это становится возможным, если пилот в таком полете поднимает переднюю часть самолета так, чтобы крылья опять встали под углом, направленным вверх. Это очень сложный маневр, и только самые опытные пилоты могут выполнить его. Кроме того, полагаться исключительно на реактивную подъемную силу весьма опасно, поскольку она по своей природе не слишком стабильна. Вы можете сами прочувствовать это, опять проделав эксперимент с рукой, высунутой из окна автомобиля. Ваша ладонь меняет свое направление совсем чуть-чуть, но направление давления изменяется радикально. На самом деле именно этой трудностью контроля над реактивной подъемной силой объясняется, почему большинство авиакатастроф случаются на этапе взлета или посадки. Доля вертикальной тяги в результате воздействия подъемной силы при взлете и посадке выше, чем во время полета на нормальной высоте. Вот почему при приземлении большого авиалайнера иногда чувствуется, как его бросает из стороны в сторону.

Пьяница-воришка

По правде говоря, тайнам давления практически нет конца. Чего стоит, например, физическое обоснование пития через соломинку. Но предлагаю рассмотреть еще одну, последнюю, поистине замечательную головоломку.

Однажды, сидя дома в выходные, я сказал себе: «Интересно, а какой длины была бы самая длинная соломинка, через которую можно было бы пить сок из стакана?» Все видели такие супердлинные соломинки, часто с причудливыми изгибами, которые так обожают дети.

Как мы с вами уже убедились: чтобы переместить сок не более чем на метр – и то всего на нескольких секунд, – нужно довольно сильно тянуть его через трубку. Получается, что я не смогу попить его через соломинку, если она будет хоть немного длиннее метра. Я решил отрезать метровый кусок тонкой пластиковой трубки и посмотреть, как это будет работать. Никаких проблем – я прекрасно напился через нее сока. Тогда я решил отрезать 3-метровый кусок, поставил на полу на кухне ведро воды, сам залез на стул, и, знаете, у меня опять все отлично получилось. Потрясающе. И я подумал: а что если бы я сидел на втором этаже своего дома и, посмотрев вниз, увидел там человека с большим стаканом сока, вина или чего-то еще, например с очень большим бокалом клюквенного сока с водкой? Смог бы я украсть у него напиток, коварно высосав его, будь у меня достаточно длинная соломинка? Я решил выяснить это, что в итоге привело к одной из моих самых любимых учебных демонстраций. Она неизменно вызывает бурный восторг и не перестает удивлять моих студентов.