Новый физический фейерверк

Если боулер использует прием 2, мяч все время ориентирован примерно одинаково по отношению к потоку воздуха. На рис. 2.6a (вид сверху) неподвижным считается мяч, а воздух движется влево. Если смотреть так, шов располагается на нижней части передней поверхности, а воздух движется сверху и снизу мяча. Сверху воздушный поток достаточно спокоен, и слои, примыкающие непосредственно к поверхности мяча, продолжают двигаться влево. Они отрываются от мяча, не достигнув обратной стороны. Снизу воздух сначала течет плавно, но шов разрывает поток, что приводит к турбулентности. Из-за турбулентного перемешивания приповерхностные слои воздуха прижимаются к мячу сильнее. Воздушный поток отрывается от мяча, достигнув его обратной стороны. Можно сказать, что из-за шва поток на этом рисунке уходит вверх, то есть влево от боулера. Таким образом, если воздушный поток смещается влево относительно боулера, мяч будет уходить вправо от него, то есть мяч повернется направо.

Рис. 2.6 / Задача 2.17. Поток воздуха, обтекающий закрученный крикетный мяч, и действующая на мяч отклоняющая сила. a) Новый мяч. б) Использованный шероховатый мяч, который с одной стороны потер боулер.

Обратный свинг — отклонение мяча в направлении, противоположном показанному на рис. 2.6a. Боулер трет мяч, который уже давно в игре, о брюки, приглаживая его с одной стороны. Вторая сторона мяча остается шероховатой. Затем боулер бросает мяч шероховатой стороной вперед (рис. 2.6б). В этом случае воздушный поток с обеих сторон мяча сразу становится турбулентным и стремится к нему прижаться. Однако теперь шов, находящийся справа, отрывает турбулентный поток от мяча. В результате поток сверху (относительно рисунка) отрывается от мяча сзади, а поток снизу — на шве. С точки зрения боулера поток направляется вправо, а следовательно, мяч сместится влево — обратный свинг выполнен.

2.18. Стая птиц, летящая клином

Почему стаи многих птиц при дальних перелетах выстраиваются V-образным клином?

ОТВЕТ • Когда птицы летят, не планируя, а размахивая крыльями, при каждом махе крыла вниз в воздухе образуется вертикальный вихрь (воронка), следующий за птицей. Ближе к птице вихрь закручивается вниз (наружу от птицы с нижней стороны крыла), на дальнем конце крыла вихрь закручивается вверх (по направлению к птице на верхней стороне крыла). Попав в восходящую струю за летящей впереди птицей, вторая птица испытывает действие дополнительной подъемной силы. Крыльями ей по-прежнему размахивать надо, однако теперь на это тратится меньшее усилие, а значит, и расход энергии меньше. При длительном перелете такая экономия может быть очень существенной.

Чтобы оставаться в восходящем потоке, надо сдвинуться в сторону от летящей впереди птицы, и V-образный клин — один из лучших способов расположить птиц правильно. Кроме того, так они видят друг друга. Однако далеко не всегда птицы выстраиваются так, чтобы экономия энергии была максимальной, да и расстояния между птицами не всегда одинаковы. Можно предположить, что поддерживать строй во время полета не так уж легко.

Хотя птицы слева и справа от вожака тоже создают восходящий поток, обычно лететь впереди стаи труднее всего. Возможно, вожаками по очереди становятся разные птицы. А иногда, чтобы облегчить полет вожака, птицы уменьшают угол раствора клина или летят шеренгой.

Вероятно, и рыбы плавают косяками ради экономии энергии. За плывущими впереди рыбами образуются вихри, позволяющие уменьшить энергозатраты остальных рыб из косяка.

2.19. С какой скоростью можно плавать в сиропе?

Движения во время плавания характеризуются чередующимися фазами захвата (подтягивания) и отталкивания воды. Конечно, вода — жидкость. Если бы вода была тверже, подтягивание и отталкивание были бы более эффективны. Предположим, в воду что-то добавили и она стала более вязкой. Удастся ли в такой воде плыть быстрее?

ОТВЕТ • В одном из экспериментов в плавательный бассейн добавили гуар[31], чтобы вязкость воды в нем удвоилась. Замерялась скорость пловцов на дистанции 25 м. Оказалось, что их скорость не изменилась. Увеличение вязкости позволило пловцам лучше захватывать и отталкивать воду, но она же увеличивала и силу сопротивления, действующую на пловца, и эти два эффекта компенсировали друг друга.

2.20. Конденсационные следы

Почему самолеты иногда оставляют в небе след в виде белых линий? Почему эти следы могут расплываться или образовывать петли?