В природе
С проявлениями закона Бернулли в природе мы встречаемся довольно часто. Например, порыв ветра, подымающий с земли сухой лист или выворачивающий зонтик; идущие параллельно с большой скоростью корабли, притягивающиеся друг к другу; человек, близко стоящий к быстро проходящему поезду и рискующий упасть под него и т.д.
Научная мысль
Наиболее значимое применение закона Бернулли связано с заветной мечтой человека – желанием летать! Закон Бернулли гласит: чем быстрее движется воздух (или жидкость) по трубе – тем меньшее давление он оказывает на трубу изнутри. Данный принцип широко применяется в авиации. Крыло самолета как раз и построено с его учетом – оно чуть выгнуто. Для чего это надо? Чтобы путь, преодолеваемый воздухом в верхней части крыла, стал больше, чем путь, преодолеваемый этим же воздухом в нижней части крыла. И в соответствии с законом Бернулли давление сверху будет маленькое. Поэтому крыло будет как бы «приподнимать» наверх еще одна дополнительная сила.
Это интересно!
- Закон Бернулли объясняет, почему суда, движущиеся параллельным курсом, могут притягиваться друг к другу. Именно так и произошло с трансатлантическим лайнером «Олимпик» в 1911 году, когда он столкнулся с двухтрубным крейсером «Хоук». Как это случилось? Лайнер «Олимпик» вышел в океан, а на расстоянии нескольких метров от него в том же направлении следовал крейсер «Хоук» с очень большой скоростью. Когда корабли приняли такое положение, что нос крейсера смотрел под 45° к борту лайнера (см. рис.), «Хоук» неожиданно повернулся носом к «Олимпику» и, не слушаясь руля, пошел ему наперерез. Между движущимися в одном направлении кораблями образовался канал с текущей в обратную сторону водой. А в струе воды давление меньше, чем в окружающем судно океане. Огромная разность давлений заставила более легкий корабль врезаться в лайнер.
- Эффект Магнуса – физическое явление, возникающее при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа. Оно обусловлено законом Бернулли и эффектом образования пограничного слоя в среде вокруг обтекаемого объекта. Его открыл немецкий физик Генрих Магнус в 1853 году. Этот эффект проявляется в таких природных явлениях, как образование смерчей над поверхностью океана. В месте встречи двух воздушных масс с разными температурами и скоростями возникает вращающийся вокруг вертикальной оси столб воздуха, который с огромной скоростью несется вперед. Из-за быстрого вращения воздух отбрасывается к периферии вихря, а давление внутри него понижается. Когда такой столб приближается к воде, то засасывает ее в себя, представляя огромную опасность для судов. Это же явление знают железнодорожники и предписывают встречным поездам сбрасывать скорость, потому что перед идущим поездом создается область сжатого воздуха (большое давление), а за другим поездом создается область пониженного давления. В этом случае из-за большой разности давлений могут разбиться стекла в вагонах, а если человек или животное окажется между путями в этот момент, то его может затянуть под поезд.
Домашний эксперимент
Поместите шарик для настольного тенниса в тонкую сильную водяную струю. Так как вертикально из водопровода сильная струя воды даже на большой высоте сохраняет свое первоначальное сечение, не разбиваясь на капли, то высота подъема шарика струей воды может достичь 2–2,5 мм. Шарик достаточно устойчиво держится на вершине струи, но слегка вибрирует.
Возможно ли наполнить 40-литровый мусорный пакет воздухом, выдохнув в него всего лишь один раз? Зная закон Бернулли, да! Возьмите мусорный пакет, вставьте в пакет трубку и сожмите конец пакета в руке так, чтобы получился своего рода шарик, из которого выходит трубка. Глубоко вдохните, а затем выдохните набранный воздух в трубку. Насколько наполнился пакет? Теперь попробуйте повторить эксперимент, но уберите трубку и держите мешок на расстоянии 20–30 см ото рта. Сделайте так, чтобы между его краями пакета был зазор около 10–20 см.? Снова глубоко вдохните и выдыхните в сторону отверстия пакета. Согласно закону Бернулли, когда вы дуете на расстоянии в пакет в потоке выдыхаемого воздуха давление меньше, чем в окружающей среде. Поэтому вместе с выдыхаемым воздухом в пакет устремляется воздух со всех сторон, то есть из области высокого давления в область низкого.