#physics
#физика

Представьте себе две трубы разного диаметра, соединённые плавным переходником. А теперь поместим эту конструкцию в поток воздуха широким концом вперёд или, что то же самое, будем двигать её относительно неподвижного воздуха. Поток входит в широкую часть трубы, затем переходит в узкую и при этом, очевидно, увеличивает свою скорость. Неужели у нас получился ускоритель воздуха, своеобразный реактивный двигатель, который работает безо всякого топлива?! Что-то здесь не так.

Метафизик вроде Ньютона сразу же скажет, что Творец всего сущего так устроил мироздание, чтобы человек никак не мог получить что-нибудь даром, и такой двигатель априори невозможен.

А физик (вроде того же Ньютона) должен найти ошибку в этом весьма правдоподобном рассуждении и понять, в чём именно мы сами себя обманываем.

Проследим за давлением воздуха вдоль оси трубы. Сзади, на выходе из узкой трубы, давление атмосферное, так же как и внутри неё: воздух там летит по инерции. А вот в переходнике и перед ним давление должно быть больше атмосферного, чтобы загнать воздух в узкую трубу и увеличить его скорость. Но перед широкой трубой давление снова атмосферное, поэтому на входе в трубу в область, где давление повышается, поток воздуха тормозится и расширяется.

Так что далеко впереди трубы площадь сечения потока, который затем попадёт внутрь неё, меньше площади сечения широкой трубы и, наверное, равно сечению узкой трубы. Тогда никакого ускорения воздуха нет — с какой скоростью воздух двигался далеко впереди широкой трубы, с такой же он и вытекает сзади из узкой.

Здесь, как и в других случаях, когда мы сталкиваемся с кажущимися парадоксами, важно правильно нарисовать линии тока. Например, крыло самолёта не только отклоняет воздушный поток вниз за задней кромкой, но и заставляет его набегать на переднюю кромку не горизонтально, а снизу вверх. Или ещё: вода во внутренней части изгиба трубы движется гораздо быстрее, чем по наружной.

И как и во многих роликах, посвящённых вопросам гидродинамики, мы моделируем обтекание нашего «двигателя» с помощью программы Vizimag, потому что математические уравнения, описывающие движение идеальной жидкости и магнитное поле, совершенно одинаковые.

А о результатах моделирования и о том, что у нас получилось при прямом измерении давления в разных частях трубы, вы узнаете, посмотрев наш новый англоязычный ролик «Tapering pipe paradox».

Смотрите, наслаждайтесь красотами гидродинамики и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти исходный ролик «Парадокс сужающейся трубы» на других платформах.

[Поддержите нас]