Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2014 № 08

Еще иногда молекулы воды бросают вызов законам физики, держась вместе, несмотря на все попытки силы тяжести или давления их разъединить. Это есть сила поверхностного натяжения, что заставляет верхний слой воды и некоторых других жидкостей вести себя, как гибкая мембрана. Поверхностное натяжение возникает из-за того, что молекулы воды находятся в свободной связи друг с другом. Из-за слабых связей между ними молекулы на поверхности всегда подталкиваются молекулами из нижних слоев. Они будут держаться вместе до тех пор, пока плотно связанные молекулы будут пытаться разрушить менее прочные связи.

Если очень аккуратно положить на поверхность воды канцелярскую скрепку, она не утонет, хотя металл тяжелее воды. Поверхностное натяжение не даст скрепке утонуть. Но вот вам вопрос на засыпку. Человеческое тело имеет меньший удельный вес, чем вода. Поэтому, согласно закону Архимеда, люди тонуть не должны. Между тем каждое лето число утонувших исчисляется тысячами. Как им это удается?

«Нет ничего мягче и слабее воды, но все же нет ничего лучше для обработки твердых и крепких вещей». Это подметил китайский мудрец Лао-цзы свыше 3 тысячелетий назад. Действительно, способность воды омывать, успокаивать и питать контрастирует с неудержимой силой, примерами которой являются хотя бы Ниагарский водопад, Большой каньон (он был высечен с течением веков рекой Колорадо) и цунами. В этом парадоксе тоже заключается противоречивость природы воды, некоторые странности которой мы с вами только что отметили.

Публикацию подготовил И. ЗВЕРЕВ

Хотите сделать открытие, касающееся основ вертолетостроения? Правда, если честно, открытие это уже было сделано, и довольно давно, в 1910 году, будущим академиком Б. Н. Юрьевым.

Но ведь все равно интересно скопировать его самоделку, провести серию экспериментов с ее помощью? Тогда — к делу.

Студент Борис Юрьев был одним из учеников профессора Н.Е. Жуковского, которого вовсе не случайно величают «отцом аэродинамики». С его легкой руки участники воздухоплавательного кружка Московского высшего технического училища начали изучать и полет аппаратов тяжелее воздуха. Причем свои теоретические выводы они проверяли на моделях, которые создавали собственными руками.

Весьма распространены среди студентов были так называемые инерционные модели. Их запускали либо раскручивая палочку-ось воздушного винта, зажатую между ладонями, либо при помощи простейшего станка на основе катушки. Про станок скажем подробнее. Его основу составляет обычная деревянная катушка из-под швейных ниток. В верхний ее торец симметрично относительно центрального отверстия аккуратно вбивается пара тонких маленьких гвоздиков. Гвоздики вбиваются на глубину всего несколько сантиметров — лишь бы держались в дереве. Затем их шляпки спиливают надфилем.

Из жести или пластика вырезается пропеллер. В нем проделываются два отверстия с таким расчетом, чтобы в них свободно входили верхушки подпиленных гвоздиков. Пропеллер насаживается на гвоздики.

В центральное отверстие катушки вставляется деревянный стержень, на котором катушка может свободно вращаться. На саму катушку наматывается примерно полметра шпагата.

В левую руку берете нижний конец стержня, на который насажена катушка, в правую — свободный конец шпагата. Если дернете за шпагат, он раскрутит катушку вместе с винтом, винт слетит с гвоздиков и отправится в свободный полет.

ВНИМАНИЕ!Чтобы не пораниться, левую руку со стержнем, катушкой и пропеллером держите выше собственной головы. Кроме того, убедитесь, что поблизости нет чересчур любопытных, которых невзначай также может поранить взлетающий винт.

Но вернемся от игрушки к более серьезному делу. Именно на таких моделях студенты Жуковского и выяснили, как обеспечить простым способом горизонтальное движение будущего геликоптера (так поначалу назывались вертолеты). Оказалось, для этого достаточно наклонить ось вращения воздушного винта несколько вперед, в сторону требуемого движения аппарата. В этом вы и сами можете убедиться при помощи нашей «катушечной» модели. Далее, взлетевший летательный аппарат когда-то должен плавно опуститься. А если в воздухе произойдет авария, откажет мотор? Оказалось, что спастись в таком случае будущему вертолетчику поможет режим авторотации — то есть свободного вращения вертолетного пропеллера-ротора набегающими при падении потоками воздуха. В итоге скорость падения уменьшится, падение превратится в плавный спуск.

В этом как раз и убедился студент Борис Юрьев на своих моделях. Вот что вспоминал по этому поводу уже академик Б. Н. Юрьев в статье «История вертолетов»: «Опыты над простейшими моделями с первых же шагов показали, что винты способны хорошо планировать. Для изучения этого мы запускали нашу «летающую палочку» с третьего этажа аэродинамической лаборатории. Моделька взлетала и затем, имея большой запас высоты, падала вниз. Обычное падение было беспорядочным, но в нескольких опытах получалось так, что винт сперва останавливался, а затем начинал вращаться, но уже в другую сторону.

Когда автор для более длительного полета взял модель с малым шагом и закрутил ее сразу в обратную сторону, модель начала, снижаясь, набирать скорость полета и увеличивать число оборотов. И так как ее ось была первоначально наклонной, она стала уверенно планировать и упала во дворе технического училища, пролетев значительное расстояние.

Когда мы рассказали об этом Жуковскому, он объяснил, что здесь наблюдается явление авторотации, и указал на свои работы»…

Модель геликоптера Б.Юрьева(1910 г.)

Модели вертолетов, на которых студент Б.Н. Юрьевотрабатывал взлет и посадку будущих летательных аппаратов.

В 1910 году на такой же простейшей модели — «летающей палочке» — Б. Н. Юрьев отработал систему самобалансирующих лопастей с гиростабилизатором. Эти лопасти могли менять угол установки, поворачиваясь вокруг оси, идущей радиально по их длине, и в случае принудительного вращения самостоятельно устанавливались на большие углы атаки. При свободном же вращении (авторотации) они автоматически переключались на малые углы.

Гироскопический стабилизатор выглядел так — поперек обеих лопастей проходила стальная спица с укрепленными на концах свинцовыми грузиками. Они создавали при вращении гироскопический момент, способствовавший устойчивому полету модели. При раскрутке модель взлетала и, достигнув наибольшей высоты, начинала спуск, переходя в режим авторотации.

Интересно, что подобное устройство с инерционными грузами спустя 40 лет было использовано на несущем винте вертолета фирмы «Белл» в США.