Почему же, почему?..

рис.1 рис.2 ? Чтобы быстрее охладить воду, я поставил кружку в морозильник, но забыл про неё. Вода, естественно, полностью замёрзла. Когда я вытащил кусок льда из кружки, оказалось, что внутри он испещрён многочисленными нитевидными воздушными канальцами, причём ни один не выходил на поверхность. Почему так произошло?

Ответ. Охлаждение воды в морозильнике начинается с внешней поверхности. Поэтому первые кристаллы чистого льда формируются вдоль внешней границы водяного объёма. По мере того как ледяные кристаллы прорастают внутрь этого объёма, концентрация растворённого в воде воздуха увеличивается. Вначале он остаётся полностью растворённым в воде, т. к. с уменьшением температуры растворимость газа в воде возрастает. Именно по этой причине на границе вода–воздух нет воздушных пузырьков. Начиная с некоторого момента после начала замерзания воды концентрация воздуха в ещё не замёрзшей воде становится предельно допустимой. Тогда начинают образовываться нитевидные воздушные канальцы, о которых идёт речь. При этом вода замораживается сверху вниз, т. е. вода на дне (в некотором смысле изолированная от холодного воздуха в морозильнике) замерзает последней.

URL: http://www.newscientist.com;
http://www.newscientist.com/blog/

? Я слышал, что на автомобиль, движущийся со скоростью 200 км/ч, начинает действовать прижимающая сила, и автомобиль может даже «присасываться» к потолку туннеля. Если это действительно так, то за счёт чего эта сила может возникнуть?

Ответ 1. Если лаконично, то ответ положительный. Действующее на автомобиль прижимающее усилие направлено перпендикулярно дорожному полотну вне зависимости от того, как именно полотно ориентировано в пространстве. При этом оно растёт приблизительно как квадрат скорости автомобиля. При достаточно большой скорости прижимающее усилие может превысить вес автомобиля, и благодаря этому возможно движение автомобиля по потолку туннеля. Прижимающее усилие сравнивается с весом автомобиля, когда скорость достигает приблизительно 130 км/ч.

Можно выделить два фактора, способствующих возникновению прижимающего усилия. Во-первых, это крылья на корпусе, отклоняющие встречный поток воздуха вверх, «от трека». Из-за этого возникает реактивная сила, действующая на автомобиль в противоположном направлении, т. е. «к треку». Вторым фактором является эффект Бернулли, согласно которому с увеличением скорости воздушного потока давление в потоке уменьшается. Именно из-за этого под днищем автомобиля, где скорость потока воздуха увеличивается, его давление соответственно падает. В итоге давление воздуха над автомобилем больше давления под ним, что и приводит к появлению силы, действующей в направлении дороги.

В принципе туннели на гоночных трассах можно было бы реконструировать с тем, чтобы позволить болидам двигаться по потолку. В то же время такое движение может привести к аварии: если автомобиль в таком положении резко затормозит, прижимающее усилие исчезнет, и он упадёт на землю.

Ответ 2. Теоретически на вопрос можно ответить положительно. Но только теоретически. В случае гоночных автомобилей значительная часть прижимающего усилия формируется за счёт создания области низкого давления под автомобилем. Это было наиболее очевидно в конце 70-х гг., когда у автомобилей имелись «фартуки», во время движения касавшиеся земли и таким образом формировавшие область пониженного давления. Один из гонщиков даже пристроил на своём автомобиле систему всасывания воздуха под днище… официально она была представлена как система дополнительного охлаждения двигателя.

В реальной ситуации, однако, для движения «по потолку» потребуется выполнение целого ряда дополнительных условий. Будет ли потолок тоннеля достаточно прочным, чтобы выдержать испытываемое автомобилем прижимающее усилие? Будет ли он достаточно плоским, чтобы создавалась необходимая присасывающая сила? И, наконец, даже если автомобиль сможет двигаться по потолку, он должен на этот потолок каким-то образом попасть. Без сомнения, если кто-то построит достаточно длинный туннель и специально для этой цели встроит в стену тоннеля особым образом искривлённую дорожку…

Ответ 3. Применительно к автомобилям, участвующим в соревнованиях «Формула-1», прижимающая сила может превышать вес почти в три раза. При этом не следует забывать, что в случае столкновения прижимающее усилие, а вслед за ним и сила сцепления исчезнут. По-видимому, это и произошло в катастрофе, ставшей причиной гибели первого чемпиона «Формулы-1» Эйртона Сенна в 1994 г.

В целом же можно сказать, что аэродинамические свойства и относительно небольшой вес участвующих в соревнованиях «Формула-1» автомобилей вполне достаточны – по крайней мере теоретически – для того, чтобы в ходе гонок они могли двигаться «вверх днищем».

New Scientist. The Last Word Aerial glue. 23.01.2010.
URL: http://www.newscientist.com

Б.В. Булюбаш (пер. с англ.)
< borisbu@sandy.ru >,
НГТУ им. Р.Е. Алексеева, г. Н. Новгород