Михаил Стасов предлагает Вам запомнить сайт «Новости науки»
Вы хотите запомнить сайт «Новости науки»?
Да Нет
×
Прогноз погоды

И радость познания движет нами

Последние комментарии

Геннадий Михайлович Кислов
Aquarius
Aquarius
Борис Виленский
Пусть сильнее грянет буря...
Борис Виленский Калифорнии грозит самое сильное землетрясение в истории
Яндекс.Метрика
Читать

«Крученый» или эффект Магнуса

развернуть

Пока еще футбольные темы в тренде воспользуемся этим! Все видели как на футболе или теннисе мяч летит по невероятной траектории. Почему так происходит? Не помню по школьной программе, что бы нам про это рассказывали и мы всегда называли это просто «крученый» . А все таки какая сила заставляет летящий мяч описывать зигзаги?

Вот сейчас мы все это узнаем …

Этот эффект открыл немецкий физик Генрих Магнус в 1853 году. Суть явления в том, что мяч при вращении создает вокруг себя вихревое движение воздуха. С одной стороны объекта направление вихря совпадает с направлением обтекающего потока и скорость движения среды с этой стороны увеличивается. С другой стороны объекта направление вихря противоположно направлению движения потока, и скорость движения среды уменьшается. Эта разность скоростей порождает поперечную силу, которая меняет траекторию полета. Явление часто применяется в спорте, например, специальные удары: топ-спин, сухой лист в футболе или система Hop-Up в страйкболе.

Эффект Магнуса хорошо показан в этом видео. Брошенный с большой высоты вертикально вниз баскетбольный мяч, которому придали вращение, меняет траекторию и какое-то время летит горизонтально.

Эффект Магнуса был продемонстрирован на одной из дамб в Австралии. Баскетбольный мяч сперва был просто сброшен с нее, летел практически прямо вниз и приземлился в намеченной точке. Затем мяч сбросили с дамбы второй раз, при этом слегка подкрутив его (кстати, с эффектом Магнуса часто сталкиваются футболисты при подаче «крученых» мячей). В этом случае объект повел себя необычно. Видео с демонстрацией физического явления было выложено на хостинге YouTube, буквально за пару дней собрав более 9 млн просмотров и почти 1,5 тыс. комментариев.

Рис. 1 1 — пограничный слой

Движущийся поступательно (невращающийся) с относительной скоростью V0 цилиндр обтекается ламинарным потоком, являющимся невихревым (рис. 1b).

Если цилиндр вращается и одновременно движется поступательно, то два окружающих его потока наложатся друг на друга и создадут результирующий поток обтекания (рис. 1c).

При вращении цилиндра приходит в движение и жидкость. Движение в пограничном слое вихревое; оно слагается из потенциального движения, на которое накладывается вращение. Сверху цилиндра направление потока совпадает с направлением вращения цилиндра, а снизу — противоположно ему. Частицы в пограничном слое сверху цилиндра ускоряются потоком, что препятствует отрыву пограничного слоя. Снизу поток тормозит движение в пограничном слое, что способствует его отрыву. Отрывающиеся части пограничного слоя уносятся потоком в виде вихрей. Вследствие этого вокруг цилиндра возникает циркуляция скорости в том же направлении, в каком вращается цилиндр. Согласно закону Бернулли давление жидкости на верхнюю часть цилиндра будет меньше, чем на нижнюю. Это приводит к возникновению вертикальной силы, называемой подъемной силой. При изменении направления вращения цилиндра на противоположное, подъемная сила также меняет направление на противоположное.

В эффекте Магнуса сила Fпод перпендикулярна скорости потока V0. Чтобы найти направление этой силы нужно вектор относительно скорости V0 повернуть на 90° в сторону, противоположную вращению цилиндра.

Эффект Магнуса можно наблюдать на опыте со скатывающимся по наклонной плоскости легким цилиндром

Схема скатывающегося цилиндра

Рис. 2

После скатывания по наклонной плоскости центр масс цилиндра движется не по параболе, как двигалась бы материальная точка, а по кривой, уходящей под наклонную плоскость.

Если заменить вращающийся цилиндр вихрем (вращающимся столбом жидкости) с интенсивностью J=2Sw , то сила Магнуса будет такой же. Таким образом, на движущийся вихрь со стороны окружающей жидкости действует сила, перпендикулярная к относительной скорости движения V0 и направленная в сторону, определяемую указанным выше правилом поворота вектора.

В эффекте Магнуса взаимосвязаны: направление и скорость потока, направление и угловая скорость, направление и возникающая сила. Соответственно можно измерять и использовать силу или измерять поток и угловую скорость.

Зависимость результата от воздействия имеет следующий вид (формула Жуковского-Кутта):

FR= JrV0,

где J — интенсивность движения вокруг цилиндра;

r — плотность жидкости;

V0 — относительная скорость потока.

Ограничения на проявления физического эффекта: обеспечение ламинарного течения жидкости (газа) над объектом при подъемной силе, направленной вверх.

Эффект впервые описан немецким физиком Генрихом Магнусом в 1853 году.

Изучал физику и химию 6 лет — сначала в Берлинском университете, затем ещё год (1828) в Стокгольме, в лаборатории Йёнса Берцелиуса, а впоследствии в Париже у Гей-Люссака и Тенара. В 1831 году Магнус был приглашен лектором физики и технологии в Берлинский университет, потом был профессором физики до 1869 года. В 1840 году Магнус избран членом Берлинской академии, с 1854 года состоял членом-корреспондентом Петербургской академии наук.

Магнус неутомимо работал всю свою жизнь над разнообразнейшими вопросами физики и химии. Еще студентом (1825) он опубликовал первую свою работу о самовозгорании металлических порошков, в 1828 году открыл названную его именем платиновую соль (PtCl 2NH3). В 1827-33 годах занимался преимущественно химией, затем работами в области физики. Из этих последних наиболее известны исследования над поглощением газов кровью (1837-45), над расширением газов от нагревания (1841-44), над упругостями паров воды и водных растворов (1844-54), над термоэлектричеством (1851), электролизом (1856), индукцией токов (1858-61), теплопроводностью газов (1860), поляризацией лучистого тепла (1866-68) и вопросом о теплоцветности газов (с 1861).

Не менее известен Магнус и как учитель; из его лаборатории вышло большинство выдающихся современных немецких физиков, в ней работали и некоторые русские ученые.


Источник →

Опубликовано 09.07.2018 в 21:15
1
Показы: 1 Охват: 0 Прочтений: 0

Комментарии

Показать предыдущие комментарии (показано %s из %s)
Sergey Ivanov
Sergey Ivanov 11 июля, в 00:22 Эффект Магнуса проявляется не только в футболе! С этим эффектом давно знакомы артиллеристы. Оказывается, что ветер, дующий поперек направления стрельбы, не только сдувает снаряд по горизонтали, но еще и вызывает смещение траектории по вертикали вверх или вниз (в зависимости от направления вращения снаряда). Для точной стрельбы необходимо учитывать силу ветра и рассчитывать соответствующие поправки. Были также попытки использовать этот эффект в качестве движущей силы корабля. Вместо паруса на корабль монтировали вертикальную тонкостенную металлическую трубу, которая приводилась во вращение небольшим вспомогательным мотором. При этом ветер взаимодействовал с вращающейся поверхностью трубы и благодаря эффекту Магнуса создавалась сила тяги, приводившая корабль в движение. Конечно, он мог двигаться, как и любой парусник, только если был ветер. Увы, на практике система себя не оправдала из- за сложности конструкции. Были попытки использовать этот эффект и в авиации. Попытка использовать вращающуюся трубу в качестве крыла провалилась. Но интересна конструкция, в которой такая труба использовалась в качестве закрылка. Ее преимуществом было то, что такая схема позволяла отклонить набегающий поток на больший угол, по сравнению с традиционным закрылком. А это давало возможность снизить посадочную скорость. Увы, и от этой схемы конструкторы отказались. Развитие пошло другим путем. Сейчас разработаны высокоэффективные схемы многощелевых закрылков, в которых большой угол отклонения закрылка обеспечивается тем, что набегающий поток, проходя сквозь специальные щели, обдувает верхнюю поверхность закрылка и препятствует срыву потока.
В современной технике эффект Магнуса остался разве что, как вредное явление, с которым надо бороться.
Текст скрыт развернуть
1
Показать новые комментарии
Показаны все комментарии: 1

---=- НОВОЕ НА САЙТЕ -=---

Как гений двух столетий Рича…

Как гений двух столетий Ричард Фуллер превратил свою жизнь в бесконечный эксперимент над собой

25 сен, 22:22
+1 0
Почему инопланетного вторжен…

Почему инопланетного вторжения на Землю никогда не будет

25 сен, 22:09
0 2
Автора доказательства гипоте…

Автора доказательства гипотезы Римана косвенно обвинили в маразме

25 сен, 21:28
0 0
Археологи нашли сокровища же…

Археологи нашли сокровища железного века

25 сен, 18:18
-1 1
Нейросеть «Яндекса» улучшила…

Нейросеть «Яндекса» улучшила качество советских мультфильмов

25 сен, 14:44
+2 1
Лунная база Gateway: ошибка …

Лунная база Gateway: ошибка NASA или будущее освоения космоса?

25 сен, 10:19
+1 2
Калифорнии грозит самое силь…

Калифорнии грозит самое сильное землетрясение в истории

24 сен, 23:56
+11 2
Американские генетики успешн…

Американские генетики успешно клонировали Сороса и Бжезинского

23 сен, 23:51
+2 11
5 медицинских открытий котор…

5 медицинских открытий которые спасли миллионы жизней

23 сен, 23:16
+1 0
Как формируется мозг, теперь…

Как формируется мозг, теперь можно увидеть своими глазами

23 сен, 16:58
0 0
Получены первые фотографии с…

Получены первые фотографии с астероида Рюгу

23 сен, 12:47
+3 4
ЧЕЛОВЕК ЗАПРОГРАММИРОВАН НА ЛЕНЬ

ЧЕЛОВЕК ЗАПРОГРАММИРОВАН НА ЛЕНЬ

22 сен, 23:43
+2 1
Щенки заражают людей устойчи…

Щенки заражают людей устойчивыми к антибиотикам бактериями

22 сен, 23:39
+1 0
УЧЕНЫЕ НЕ СМОГЛИ ОБНАРУЖИТЬ …

УЧЕНЫЕ НЕ СМОГЛИ ОБНАРУЖИТЬ ВО ВСЕЛЕННОЙ ДРУГИХ ИЗМЕРЕНИЙ

22 сен, 23:32
-3 2
Британский математик заявил …

Британский математик заявил о доказательстве гипотезы Римана

22 сен, 18:48
+5 2
Думать как человек: что буде…

Думать как человек: что будет, если наделить машину теорией сознания

21 сен, 23:53
+1 1
За полгода полета на Марс ас…

За полгода полета на Марс астронавты получат больше вреда, чем за всю карьеру

21 сен, 23:52
0 3
Фантаст-пророк: сбывшиеся пр…

Фантаст-пророк: сбывшиеся предсказания Герберта Уэллса

21 сен, 22:58
+16 2
Гиперболоид инженера Филиппова

Гиперболоид инженера Филиппова

21 сен, 16:08
+26 7
Дедикурус: Бронированная кав…

Дедикурус: Бронированная кавалерия с булавой на хвосте

21 сен, 14:17
+4 0
УЧЕНЫЕ СОБЕРУТ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ …

УЧЕНЫЕ СОБЕРУТ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ «НОЕВ КОВЧЕГ»

20 сен, 23:48
+1 1
Прорыв в изучении шизофрении…

Прорыв в изучении шизофрении: виновником расстройства признаны иммунные клетки

20 сен, 23:28
+3 1
Космонавт Прокопьев поседел …

Космонавт Прокопьев поседел после разгерметизации «Союза»

20 сен, 23:16
+4 0
Комаров назвали переносчикам…

Комаров назвали переносчиками пластика из воды на сушу

20 сен, 17:24
+3 1