Рис. 41. Возникновение вихрей из волн на поверхности раздела

Рис. 42. Обтекание острого ребра

Рис. 43. Возникновение вихря при обтекании острого ребра

означает, что возникшие ранее волны начнут увеличиваться. Дальнейшая судьба поверхности раздела показана на рис. 41. В конце концов она распадается на отдельные вихри. В действительности первоначальные небольшие возмущения искажают поверхность раздела обычно не в виде равномерно следующих друг за другом волн, а совершенно беспорядочно, и поэтому в конечной стадии распада образуется в большинстве случаев беспорядочная последовательность больших и малых вихрей.

Наряду с только что рассмотренным видом поверхностей раздела существует еще другой вид, при возникновении которого одновременно образуется вихрь. Пусть поток жидкости встречает на своем пути острое ребро. В первый момент возникает обтекание ребра (рис. 42), причем скорость на ребре очень велика, теоретически для идеальной жидкости она даже равна бесконечности. Однако, как показывают наблюдения, при таком обтекании очень быстро возникает вихрь (рис. 43), и скорость обтекания значительно уменьшается. Для объяснения такого явления можно ввести принцип, согласно которому жидкость стремится избегать бесконечно больших скоростей и вместо этого образует поверхности раздела. В дальнейшем мы увидим, что за этим принципом скрывается трение жидкости, которое, как бы оно ни было мало, всегда проявляет себя вблизи твердых стенок. Наличие вихря позади острого ребра вызывает здесь круговое движение, вследствие которого жидкость притекает к ребру также со стороны, противоположной направлению основного потока. Следовательно, около ребра возникают условия, обеспечивающие возникновение здесь поверхности раз-

Заметим, что аналогичной причиной объясняется колебание флагов при ветре. Распределение давления на рис. 40 не изменится, если направление нижнего потока станет противоположным, т.е. будет совпадать с направлением верхнего потока. Следовательно, небольшой изгиб полотнища флага всегда будет стремиться увеличиться. Так как «волны» на полотнище несколько увлекаются ветром, то действительная картина явления получается более сложной.

дела (рис. 43). Под действием вихря эта поверхность закручивается и тем самым усиливает вихрь, который вследствие этого начинает расти. В действительности вихрь и поверхность раздела составляют одно целое и растут вместе из ничтожного начального возмущения (рис. 44). В дальнейшем «начальный» вихрь уплывает вместе с потоком, а поверхность раздела, новые куски которой все время образуются около ребра, распадается на отдельные вихри.

Рис. 44. Возникновение и распад поверхности раздела

Рис. 45. Возникновение струи

Совершенно аналогичная картина наблюдается и при истечении жидкости через круглое отверстие с острыми краями в плоской стенке (рис. 45). Возникает поверхность раздела, которая начинает закручиваться и образует вихревое кольцо, увлекаемое струей жидкости. Красивые вихревые кольца можно получить следующим простым способом. В стенке небольшого ящика вырезается круглое отверстие с острыми краями; противоположная стенка делается упругой. Ящик наполняется дымом, например, табачным. Если теперь ударить по упругой стенке ящика, то из круглого отверстия вылетит вихревое кольцо. Так как истечение воздуха из коробки очень быстро прекращается, то образования струи не происходит, и вылетевшее кольцо движется самостоятельно. При своем возникновении вихревое кольцо захватывает табачный дым и поэтому резко выделяется среди окружающего воздуха. Такие вихревые кольца очень устойчивы и распадаются только после того, как их энергия почти целиком поглощается трением.

Поперечный скачок скоростей получается, например, при обтекании пластинки, наклоненной под небольшим углом к направлению по-

тока. При таком обтекании на нижней стороне пластинки давление повышается, вследствие чего линии тока расходятся здесь вправо и влево. На верхней стороне пластинки, наоборот, давление понижается, что приводит здесь к загибанию линий тока по направлению к центру пластинки. Поэтому около заднего ребра пластинки поток под пластинкой, если смотреть из центра, движется к боковым ребрам, а над пластинкой, наоборот, - к середине пластинки. Следовательно, здесь должна образоваться поверхность раздела. При установившемся течении абсолютная величина скорости одинакова на обеих сторонах поверхности раздела, так как давление изменяется непрерывно и все линии тока берут свое начало из невозмущенной области далеко перед пластинкой; следовательно, постоянная в уравнении Бернулли одинакова для всех линий тока. Поэтому скачок скорости на поверхности раздела имеет чисто поперечный характер. Как показывают наблю-(. yi дения, такие поверхности раздела свертываются около боковых ребер пластинки и дают два вихря, ко- торые можно проследить на всем протяжении пути,

----- пройденного пластинкой.

На рис. 46 показана форма поверхности разде- (§ ла в различных сечениях позади пластинки. Иссле-

------- дование подобного рода явлений имеет очень важное

значение для понимания действия крыльев самолета Рис. 46. Поверх- (см. § 16 и 17 гл. П1). Поверхности раздела рассмот-ность раздела по- репного вида можно сделать видимыми, если осто-зади наклоненной pQjjQ выпустить в воздух табачный дым и через пластинки скопление быстро провести концом длинной ли-

нейки, установленной к направлению движения под небольшим углом.

§ 8. Поверхности раздела (продолжение). Измерение давления. Из сказанного в предыдущем параграфе следует, что в жидкости с умеренным трением, которым в первом приближении можно пренебречь, при обтекании всякого острого ребра всегда образуется поверхность раздела. Если такое ребро представляет собой края отверстия, через которое жидкость проходит, например, при внезапном расширении трубы, при истечении воды через отверстие сосуда под водой и т. п., то образуется такая же струя, как при истечении в свободную атмосферу из отверстия в стенке сосуда (§5). Правда, в том случае, когда струя жидкости попадает в пространство с той же жидкостью (вода в воду или воздух в воздух), вихри, возникающие из поверхности раздела, приводят к тому, что струя быстро смешивает-