§ 50. СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩАЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ ТЕЛА В ЖИДКОСТИ ИЛИ В ГАЗЕ

Мы ознакомились с силой сухого трения между соприкасающимися твердыми телами. Но часто твердые тела движутся, соприкасаясь не с твердыми телами, а с жидкостями или газами, например самолет в воздухе, корабль на воде. При таких движениях тоже возникает сила, параллельная поверхности соприкосновения и

Рис. 121

направленная в сторону, противоположную относительной скорости тела. Этим она напоминает силу сухого трения. Ее часто так и называют: сила жидкого трения. Но по своему характеру она заметно отличается от нее. Поэтому мы и назвали ее силой сопротивления, а не силой трения.

При движении твердого тела в жидкости или газе сила трения покоя не возникает. Это значит, что даже самая малая сила, приложенная к телу, сообщает ему ускорение.

Многие знают по собственному опыту, что, находясь на плоту, можно сравнительно небольшим усилием оттолкнуться шестом от берега. Но не стоит и пытаться на том же плоту таким же способом перемещаться по суше. Отсутствие в жидкостях силы трения покоя легко наблюдать на следующем опыте. Положим небольшой деревянный брусок на соду в широком сосуде (рис. 121). Брусок легко привести в движение (изменить его скорость) даже очень малой силой: достаточно подуть на него или толкнуть бумажной полоской. Но если тот же брусок положить на стол, то его можно привести в движение, только приложив к нему достаточно большую силу, превышающую максимальную силу трения покоя.

Таким образом, сила сопротивления жидкостей и газов действует только при относительном движении, и, как уже указывалось, она направлена против относительной скорости.

В отличие от силы сухого трения сила сопротивления в жидкости или в газе зависит не только от направления, но и от абсолютного значения скорости. При небольших скоростях сила сопротивления пропорциональна скорости, а при больших скоростях она пропорциональна уже квадрату скорости.

Кроме того, сила сопротивления в большой мере зависит от формы тел.

На рисунке 122 показаны три тела с одинаковыми площадями поперечного сечения. Но если эти три тела будут двигаться в жидкости или в газе с одинаковыми скоростями, то окажется, что наибольшая сила сопротивления действует на плоскую шайбу (верхний рисунок), а наименьшая — на тело каплеобразной формы (нижний рисунок).

Геометрическую форму тела, при которой сила сопротивления мала, называют обтекаемой формой. Самолетам, автомобилям и другим машинам,

Рис. 122

движущимся с большими скоростями в воздухе или в воде, стараются поэтому придать обтекаемую форму, а их поверхности тщательно заглаживают. Это помогает уменьшить силу сопротивления.

Упражнение 27

1. Сила трения между колесами велосипеда и землей почти не зависит от скорости. Между тем известно, что, чем большую скорость развивает велосипедист, тем большую мускульную силу он должен прикладывать к педалям велосипеда. С чем это связано?

2. Нужно ли придавать обтекаемую форму космическим кораблям? А ракетам, которые выводят их в космос?

3. Почему обтекаемую форму не придают тракторам, дорожным каткам?