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

Валерий Викторович Баженов
Венелайне Поручик
Николай Астров
Владимир Сабакарь
Оно самое....   :)
Владимир Сабакарь Последние расчеты расширения Вселенной требуют новых физических теорий
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

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 -=---

Программист создал алгоритм,…

Программист создал алгоритм, который принимает за него все решения. И живет так уже два года

16 июл, 22:57
0 0
5300 лет назад умер «снежный…

5300 лет назад умер «снежный человек» Оцци. Теперь мы знаем, что он скушал перед смертью

16 июл, 22:28
0 0
Эволюция человека: обратно к…

Эволюция человека: обратно к деревьям?

16 июл, 16:12
+2 1
Могут ли гравитационные волн…

Могут ли гравитационные волны раскрыть, насколько быстро расширяется наша Вселенная?

16 июл, 10:45
+1 0
NASA показало фотографию "ма…

NASA показало фотографию "марсианских пауков"

15 июл, 23:36
+3 0
Найден редкий череп пиренейс…

Найден редкий череп пиренейского мастодонта

15 июл, 19:16
+1 0
Последние расчеты расширения…

Последние расчеты расширения Вселенной требуют новых физических теорий

15 июл, 15:56
+5 11
Недалеко от Земли обнаружен …

Недалеко от Земли обнаружен двойной астероид

15 июл, 12:36
+2 1
Ученые выяснили, что ел чело…

Ученые выяснили, что ел человек пять тысяч лет назад

14 июл, 23:44
+4 6
Начало нейтринной астрономии…

Начало нейтринной астрономии положено: антарктическая станция точно отследила место рождения нейтрино

13 июл, 21:48
+3 0
Год назад от Антарктиды отко…

Год назад от Антарктиды откололся огромный айсберг. Что с ним произошло за это время?

13 июл, 21:47
+5 1
Могилу с мужчиной в объятиях…

Могилу с мужчиной в объятиях заживо погребенной жены нашли на Украине

13 июл, 20:27
+15 7
Эласмотерий, сибирский единорог

Эласмотерий, сибирский единорог

13 июл, 19:06
+5 1
Наклон оси Урана объяснили п…

Наклон оси Урана объяснили последствиями столкновения

13 июл, 13:52
0 1
Компания Toyota отправляет в…

Компания Toyota отправляет в шестилетний круиз свое первое судно, не нуждающееся в топливе

13 июл, 13:04
+4 13
Виды молний

Виды молний

13 июл, 02:32
+2 2
Ученые нашли способ удалить …

Ученые нашли способ удалить из организма стареющие клетки

13 июл, 00:26
+2 1
NASA опубликовало «беседу» С…

NASA опубликовало «беседу» Сатурна и Энцелада

12 июл, 16:48
+4 0
С точки зрения науки: целители

С точки зрения науки: целители

12 июл, 16:17
-2 9
Хакер украл файлы армии США,…

Хакер украл файлы армии США, но не смог продать их даже за 150 долларов

12 июл, 13:41
0 0
Главная проблема будущих кол…

Главная проблема будущих колонизаторов Луны – пыль

12 июл, 00:18
+2 1
Нет, я сам

Нет, я сам

11 июл, 14:27
+2 0
В Госдуме готовится удар по …

В Госдуме готовится удар по интеллектуальному потенциалу России

10 июл, 23:44
+19 11
К Земле мчится гигантский ас…

К Земле мчится гигантский астероид, участвовавший в создании Солнечной системы

10 июл, 23:07
+5 4