Про повітря, властивості, течії
ЩО ТАКЕ ПОВІТРЯ
Всі ми постійно перебуваємо в середовищі повітря, він нас окру-жает всюди. До нього ми звикли і, коли рухаємося мед-повільно, не відчуваємо його присутності, але при швидкому русі, наприклад бігу, ми помічаємо його тиск, свист і протидія руху в ньому.
Ще більш помітно дію рухомого повітря - вітру - на великі поверхні: вітер ламає дерева, зриває дахи, наповнює вітрила кораблів і рухає їх по морю. Ми бачимо на цих прикладах, що повітря - досить щільне середовище. Саме тому, спираючись на нього, в ньому може летіти птах. літак, підніматися повітряна куля.
Люди давно вже цікавилися тим, що являє со-бій повітря, які його властивості, чим пояснюються явища, що відбуваються в повітрі, як і за якими законами дме вітер, які причини утворення снігу, дощу, граду і т. П. Пізнання цих та багатьох інших явищ відбувалося протягом багатьох сотень і тисяч років. Багато що про повітрі тепер відомо, і не тільки про його шарах, що лежать поблизу земної поверхні, але і на великих висотах.
Ще більшої висоти досягають кулі-зонди. Вони дозволяють досліджувати властивості повітря на висоті до 40 км. Ці кулі обладнані спеціальними пристроями, які автоматично записують показання приладів, беруть проби повітря і передають за допомогою радіосигналів показання приладів на землю.
Більш високі шари атмосфери вивчають за допомогою ракет, оснащених необхідними приладами. В даний час ракети піднімаються вже на висоту до 200 км. Після того як запас пального ракети закінчується, механізм викидає парашут, на якому опускаються прилади й корпус ракети.
Про те як зробити найпростішу модель парашута, дивись тут - МОДЕЛЬ парашутом
Дослідження показали, що повітря утворює навколо земної кулі газову оболонку, яка простягається на велику висоту Цю оболонку називають атмосферою (від грецьких слів: атмос - повітря, дихання, пар і сфайра - оболонка, сфера, куля).
Атмосфера складається з суміші різних газів. У земної по поверхні повітря більш ніж на три чверті складається з азоту, близько однієї п'ятої займає кисень, решта - різні гази: аргон, вуглекислота та ін. Такий склад зберігається майже незмінним в середніх широтах до висоти 11 км. Вище кількість кисню швидко падає, а азоту стає більше.
Атмосфера має шарувату будову, причому різні верстви її мають різні властивості. Шар, що прилягає безпосередньо до землі і тягнеться вгору до 11 км, називають тропосферою, далі стратосфера, від 11 до 80 км, а ще вище - іоносфера. Вище 80 км починається зона дуже розріджених газів.
Повітря має вагу. Тому верхні шари повітря тиснуть на нижні і, стискаючи, збільшують їх щільність. Внаслідок цього більша частина (за вагою) повітря зосереджена поблизу земної поверхні. Половина всього повітря знаходиться в межах перших 5,5 км, а в товщі 10 км повітря міститься близько трьох чвертей.
З тієї ж причини з висотою змінюється і тиск повіт-ха: на висоті 5 км воно становить близько половини земного, на 10 км - майже четверту частину, а на 20 км - трохи більше однієї двадцятої.
Змінюється з висотою і температура повітря.
Дослідження показують, що в тропосфері з підйомом температура повітря знижується на кожен кілометр в середньому на 6,5 °. На висоті І-30 км змін температури не спостерігається, потім до висоти 50 км відзначається підвищення температури, потім знову зниження, а потім з висоти 80 км температура зростає і на висоті 180 км досягає 700 °.
У тропосфері, в межах якої в основному поки літають літаки та інші літальні апарати, відбувається интен-сивное перемішування повітря, тут утворюються хмари, ви-падають опади, дмуть вітри. Всі ці явища вивчаються наукою, яка називається метеорологією.
Рух повітря викликається дією сонця.
ПОВІТРЯНІ ПЕРЕБІГУ ТА ЇХ ПРИЧИНИ
Сонячні промені проходять крізь маси повітря, але мало їх нагрівають. Поверхня ж землі під сонячними променями нагрівається швидко. Прогрів земної поверхні відбувається нерівномірно. Рілля, луг і ліс прогріваються по-різному. Від зіткнення з ними повітря також прогрівається, але по-різному в різних місцях. У міру прогрівання у землі маси повітря місцями легшають оточуючих його обсягів і спливають, піднімаються, утворюючи висхідні потоки.
З підйомом на висоту повітря охолоджується; досягаючи неко-торою висоти, волога, що знаходиться в ньому, згущується і у вигляді білої пари випадає з повітря, утворюючи хмари.
Охолодившись в верхніх шарах атмосфери, маси повітря опускаються, утворюючи низхідні потоки; на їх місце приходять більш теплі потоки. Так виникає рух повітря у землі, яке ми називаємо вітром (рис. 72).
Різниця в нагріванні різних ділянок поверхні землі, наприклад Африки та Європи, призводить до постійного перес-жению величезних мас повітря і виникненню сезонних постійних вітрів, що дмуть тривалий час в одному напрямку. Ці вітри називаються мусонами. Найбільш харак-терни прикладом пересування повітря (вітру), напрямок якого залежить від ступеня нагріву приземних мас повітря, можна спостерігати біля берегів великих водойм. Земля прогрі-ється швидше води, але вода довше утримує тепло і мед-леннее охолоджується. Внаслідок цього вдень повітря нагрівається більше над земною поверхнею і вітер дме з боку водоймища. Увечері вода виявляється тепліше землі і повітря над водою буде теж тепліше, вітер буде дути з суші на воду.
Такі, що змінюють свій напрямок протягом дня, вітри називають бризом. Денний бриз дме на сушу, нічний - на воду.
Польоти літаючих моделей здебільшого відбуваються в. приземному шарі повітря, на висоті до 300-400 м. Повітряне середовище поблизу землі може бути в різному стані.
Стан повітряного середовища, коли немає помітного руху повітря, називається штилем. Штиль полегшує запуск моделей. Вітер же, як правило, заважає запуску і особливо регулюванню літаючих моделей. При вітрі важко розпізнати, і визначити неточності в регулюванні і недоліки в стійкості моделі. Тому невідрегульовані моделі під час польоту в вітер часто терплять аварії.
Для запуску літаючих зміїв вітер є необхідною умовою, і тоді він бажаний помічник моделіста. Тому потрібно вміти визначати не тільки напрямок вітру, але і швидкість його, або, як кажуть, силу вітру.
Швидкість вітру можна визначити приладами. Найпростіший вимірювач швидкості вітру зображений на рис. 73. Більш точні прилади називаються анемометрами (рис. 74). Наближено швидкість вітру можна визначити за різними ознаками: руху диму, гілок і листя дерев, хвилях на воді і т. Д. По таблиці, наведеної на рис. 75.
Мал. 73. Простий вимірювач швидкості вітру Рис. 74. Вимірювач ско-рости вітру (анемометр)
При горизонтальному вітрі переміщаються маси повітря зустрічають всякого роду наземні перешкоди і нерівності: гори, дерева, будинки та ін. Від зіткнення з ними повітря в приземному його шарі перемішується, приходить в віхреобраз- ве рух. Доказом існування такого вихрового руху може служити рух диму клубами, зигзагоподібний політ дитячі повітряні кулі, безперервне полоскання на вітрі полотнищ прапорів і багато інших прикладів.
Саме це вихреобразное стан приземного повітря створює пориви вітру та є найбільш небезпечним для лег-ких і малостійких літаючих моделей. Модель летить як би в гігантських хвилях повітряного океану, які її то осту-новлюють, то кидають вгору або вниз.
Зовсім інша справа літак: він настільки великий і важкий, що ці хвилі для нього все одно, що дрібні брижі на воді для пароплава. Однак і великі літаки, пролітаючи над жаркими районами, то провалюються, то підкидаються повітряними хвилями.
Натікання повітря на височині місцевості при вітрі також призводить до утворення висхідних течій (рис. 76). Ці течії називаються потоками обтікання, або динамічними потоками. Вони здавна використовуються планери-стами для здійснення тривалих ширяють безмоторних поле-тов на планерах. Моделісти також використовують ці потоки і запускають в них спеціально розроблені для цих польотів літаючі моделі планерів.
Висхідні течії повітря використовуються авіамоделістами для досягнення тривалих польотів моделей. Потрапивши в висхідний потік, модель може годинами парити під хмарами, які не знижуючись, а іноді входить в них і несеться - відлітає разом з ними.
Радянські майстри авіамодельного спорту вміють добре використовувати висхідні потоки і будувати моделі, здатні парити годинами. Цим мистецтвом повинен опановувати кожен авіамоделіст з найперших кроків своїх у авиамоделизме. А для цього треба уважно вивчати властивості повітря.
ЯК досліджуються властивості ПОВІТРЯ
Повітря чинить опір всякому тілу, яке рухається в ньому. Як правило, доводиться шукати способи зменшувати цей опір. Але повітря, чинячи тиск на тіла, що рухаються в ньому, розвиває і підйомну силу, яка підтримує в польоті не тільки маленькі моделі, а й великі повітряні кораблі, вагою в багато тисяч кілограмів. Як правило, намагаються отримати якомога більшу підйомну силу.
Але як це зробити? Як зменшити опір і одне-тимчасово збільшити підйомну силу? Від чого залежать величини опорі і підйомної сили?
Відповіді на це питання люди шукали давно. Одним з таких дослідників з'явився творець першого літака, український вчений і винахідник А. Ф. Можайський. Він надійшов дуже просто: на візок, яка могла рухатися по рівній поверхні з необхідною швидкістю, ставилися ваги з крилом. Під час руху візка набігав на «рило повітря надавав йому опір і піднімав його. Ці сили Можайський вимірював за допомогою ваг. Змушуючи візок рухатися з різними швидкостями, змінюючи кут атаки крила і його форму, він отримав відповіді на питання, що цікавлять його питання.
Пізніше вчені прийшли до висновку, що змусити повітря на-бігати на крило (щоб виміряти сили) можна і по-іншому, що необов'язково рухати в повітрі крило. Справді, адже зовсім той же результат вийде, якщо змусити набігати на нерухоме крило повітря. А зробити це просто. Один з перших людей, яким вдалося вирішити цю задачу, був наш знаменитий учений К. Е. Ціолковський. Він побудував одну з перших так званих аеродинамічних труб. У його трубі вентилятор (рис. 77), що обертається падаючим вантажем, приводив в рух повітря і дув на крило. Виникаючі при цьому сили Ціолковський вимірював за допомогою ваг.
6 - випробний тіло
Згодом були по-побудовані більш досконалий-ні труби, що дозволили детально вивчити закони, по яким утворюються сили тиску повітря на всякі тіла, в ньому рухаємося-щіеся. Подібними дослі-джень займається наука, названа аеро-динамікою.
Знаменитий український вчений Н. Е. Жуковський розвивав цю науку. Він організував ряд дослідницьких інститутів і, зокрема, найбільший аеродинамічний інститут, що носить тепер його ім'я і оснащений найдосконалішими аеродинамічними трубами.
На рис. 78 показана схема сучасної аеродинамічної труби. Труба являє довгий і поступово звужується канал, в найвужчому місці якого поміщають досліджуваний тіло - крило, модель літака і т. П. Потужний двигун,
встановлений ззаду, приводить в обертання вентилятор, який засмоктує повітря в трубу. У трубі виникає потік повітря, що набігає на досліджуване тіло. Швидкість потоку регулюється зміною швидкості обертання вентилятора.
Сучасні труби дуже великі і дозволяють відчувати навіть досить великі літаки.
Дослідження, або, як їх інакше називають, продувки, в аеродинамічних трубах дозволили з'ясувати, від чого залежить величина опорі повітря. Як вже говорилося вище, опір буде тим більше, чим більше швидкість руху тіла (моделі, літака і т. П.) В повітрі. Опір змінюється, якщо змінити положення тіла щодо лінії руху.
Велике практичне значення має виявлена дослідним шляхом залежність опору від форми тіла. На рис. 79 показано кілька тіл різної форми і різних розмірів. Як показали продувки, вони мають однаковий опір, т. Е. Маленький плоский квадрат має той же опір, що і велике тіло сигарообразной форми.
Плавні контури цього тіла дозволяють повітрю спокійно обтікати його, поступово обходячи його контур. Повітрю «зручно» обтікати тіло, якщо його обриси плавні і не мають уступів, різких переломів або отворів. Подібні тіла називають удобообтекаемимі. Іноді їх називають краплевидними тому, що крапля рідини, що падає в повітрі, піддаючись тиску з його боку, приймає витягнуту удобообтекаемую форму, що зменшує опір повітря.
Живі істоти, що рухаються в повітрі або воді, приспо-сабліваясь до цього протягом багатьох тисячоліть, взяли нарешті удобообтекаемие форми. Птахи, риби мають обтічну форму.
Бажаючи зменшити опір повітря, застосовують удобообтекаемие форми для своїх літаків і авіаконструк-тори. Навіть автомобілів зараз надають хороші, плавні обриси, так як це зберігає «сили мотора» і дозволяє підвищити швидкість руху автомобілів.
Так само слід чинити і авіамоделістів при конструювання-ровании, не кажучи вже про те, що плавні обриси і хоро-Шая форма моделей приємні для ока.