Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2007 № 07

Зависимость от ветра для торговых и грузовых судов, безусловно, большой недостаток. Однако на небольших лодках рыболовов и туристов компактные роторные ветродвижители могли бы найти широкое применение.

Судя по опытам Флеттнера и Кусто, для получения одной и той же скорости мощность двигателя, вращающего ротор, была бы примерно в 20 раз ниже, чем мощность лодочного мотора, работающего на винт.

Для лодки необходимую мощность можно было бы получить, вращая ротор при помощи педалей. Средняя мощность, которую ноги человека могут давать без особого напряжения в течение длительного времени, составляет 100–200 Вт. При этом от роторов Флеттнера можно получить тягу, как от лодочного мотора мощностью 2–4 л.с. Добавим, что лодка двигалась бы в полной тишине, не пугая рыбу, и при полном отсутствии выхлопа. Такие суда можно оснастить подводными крыльями, и они, используя совместную силу ветра и мускульную силу человека, смогут двигаться со скоростью 30–40 км/ч. Если ветра нет, то мощность педалей можно переключить на винт.

Для быстроходного катера с ротором Флеттнерадостаточно мускульной силы.

Опыты по созданию судов с ротором Флеттнера можно начать с небольшой модели, приводимой в действие электродвигателем от игрушек.

В целом она не намного сложнее обычной модели лодки. Особое внимание нужно уделить изготовлению самого ротора. Его тягу можно рассчитать по формуле профессора В.И.Меркулова:

Р = 8,1U∙V∙d∙h,

где Р— сила тяги ротора в ньютонах, U— скорость ветра, м/с, V— линейная скорость поверхности ротора, м/с, d— диаметр ротора, м, h— высота ротора, м.

Если ротор сделать из банки от кофе диаметром 10 см и высотой 14 см, то при скорости ветра 5 м/с может получиться вполне приличная тяга в 2,8 Н, или 277 г. В таком случае ротор должен делать 16 об/с, или 960 об/мин.

В целях повышения устойчивости модель сделана по схеме катамарана. Расстояние между ее двумя пенопластовыми поплавками составляет 300 мм. К ним при помощи изогнутых дюралюминиевых трубок диаметром 8 — 10 мм крепится платформа, на которой установлен ротор Флеттнера. Если ротор выполнен в промышленных условиях достаточно точно и хорошо отбалансирован, его можно закрепить в одном опорном подшипнике. Самодельный ротор для устранения вибрации лучше закрепить в двух подшипниках. Один из них — нижний — укреплен на платформе, другой — на специальной раме вверху.

Ротор снабжен щитком для отклонения ветра, обтекающего его поверхность. Меняя положение этого щитка, можно уточнять направление движения судна. Щиток, в свою очередь, укреплен на двух латунных втулках, проходящих внутри подшипника, а вал ротора проходит внутри этих втулок. Положение щитка фиксируется при помощи шайбы с отверстиями, закрепленной наверху рамы. На нижнем конце вала ротора находится шкив, который при помощи резинового пассика от плеера соединен со шкивом на валу электромотора.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

Утверждение Коперника и Галилея о том, что Земля вращается, было для того времени крайне смело и полностью оторвано от повседневного опыта. Ему бы и оставаться достоянием высокой науки, да оказалось, что определить долготу затерянного в океане корабля без учета вращения Земли невозможно. И сотни тысяч моряков, морских офицеров были попросту вынуждены в это верить, не имея прямых доказательств. Но рядовым людям вращение Земли по-прежнему оставалось чем-то непонятным.

Все изменил французский физик Жан Фуко, уделявший большое внимание изучению маятника и доказавший, что плоскость качания маятника неизменна, простым опытом. На поворотной подставке при помощи проволочной дуги укрепляют маятник — груз на тонкой нити. Запустив маятник, подставку начинают вращать. Сколько бы подставка ни сделала оборотов, плоскость качания маятника по отношению к комнате остается неизменной.

При чем здесь вращение Земли?

Ж.Фуко рассуждал примерно так. Представьте себе микроба, живущего на подставке и видящего только маятник. Ему будет казаться, что плоскость качания маятника повернулась относительно него и подставки. Но ведь люди по сравнению с земным шаром даже мельче микроба, живущего на подставке! И если земной шар действительно вращается, то все должны увидеть, как плоскость качания маятника делает за сутки один оборот относительно пола и стен комнаты…

Ж.Фуко(1819–1868)

Создать маятник, способный так долго качаться, чтобы удалось заметить его поворот, оказалось нелегко. Колебания любого маятника довольно быстро затухают из-за аэродинамического сопротивления воздуха. Но поскольку затраты мощности на преодоление этого сопротивления пропорциональны кубу скорости, уменьшив скорость движения маятника вдвое, можно уменьшить мощность, расходуемую на борьбу с сопротивлением воздуха, в восемь раз.

В 1852 г. Фуко установил в зале парижского Пантеона самый длинный и самый медленный в мире маятник с периодом колебания 16,4 секунды. Это был висевший на стальной струне медный шар весом 28 кг. Вот как об этом эксперименте писала книга конца XIX века.

«Прямо под точкой подвеса находился центр кружка с нанесенными на нем делениями. По диаметрам, одна против другой, лежали две клинообразно заостренные горки сухого песка. С каждым колебанием хребет горки сглаживался острием маятника на 2,3 мм. За время колебания Земля, а вместе с нею кружок поворачивались как раз на столько же. Маятник мог колебаться 5–6 часов, постепенно уменьшая размах, а кружок за это время успевал повернуться на 60–70°».

Иными словами, стало воочию видно, как Земля вращается. Посмотреть на чудо-маятник ходили сотни людей, да и в наши дни парижский Пантеон, где продолжает работать маятник Фуко, полон людей.

К сожалению, подобные опыты требуют очень высоких помещений. Иногда их с некоторыми ухищрениями показывают в аудиториях старых университетов. А как быть в обычной школе?

В редчайшем издании Академии педагогических наук СССР «Самодельное школьное оборудование по физике», вышедшем в свет в 1984 г., описан современный вариант маятника Фуко, разработанный под руководством профессора Л.М.Иванцова. Собрав его, учащиеся смогут увидеть, как класс повернется за один урок примерно на 11°.