Миражи Бернулли. Статья №58. 26.09.17.


В учебниках по гидравлике приводится множество живых примеров, выступающих в роли “неопровержимых” доказательств истинности теоремы Бернулли.

Все эти примеры, якобы, неопровержимо свидетельствуют о явно выраженном эффекте падения давления в струе жидкости (газа) при увеличении скорости.

Однако, при внимательном рассмотрении выясняется, что в большинстве доказательных примеров реально работает не эффект Бернулли, а совсем другие (вполне ожидаемые) физические эффекты, характерные для криволинейного движения жидкости.

Напомним, что в самой теореме Бернулли рассматривается исключительно прямолинейное течение жидкости, исключающее возникновение центробежных или центростремительных ускорений.

В итоге “веские” аргументы сторонников гипотезы Бернулли превращаются в миражи, создающие лишь видимость объективного свидетельства, а на деле представляют собой лишь иллюзию экспериментального доказательства.

Закономерен вопрос: зачем подвергать сомнению теорему Бернулли – базовый стержень всей современной гидродинамики.

В курсе гидравлики закон Бернулли играет наиважнейшую роль даже более важную, чем законы Ньютона в курсе механики, поскольку среди законов Ньютона нет самого главного физического закона – закона сохранения энергии (ЗСЭ). А без ЗСЭ механика Ньютона беспомощна при решении большинства практических задач.

Совсем иная картина с законом Бернулли, который авторы учебников преподносят в качестве прямого олицетворения закона сохранения энергии применительно к движению жидкости. Но беда в том, что гипотеза о взаимопревращении давления и скорости потока начисто опровергается практикой, которая, как известно, главнейший критерий истины.

Следовательно, конструктивная критика гипотезы Бернулли вполне оправдана, поскольку направлена не на подрыв теории гидродинамики, а на поиски истинных причинных связей между главными физическими параметрами, характеризующими движение жидкости.

В предыдущих статьях мы отдельно рассмотрели эффект Магнуса и эффект возникновения подъёмной силы на крыле и убедились, что эти эффекты никак не связаны с гипотетическим эффектом Бернулли.

Сейчас же мы перейдём к критическому рассмотрению более простых подтверждающих экспериментов, на которые обычно ссылаются авторы учебников по гидравлике.

“Притягивающиеся шары”:


Два лёгких шара закрепляют на подвесах на небольшом расстоянии друг от друга. Затем в зазор между шарами направляют струю воздуха. В результате шары, вместо того, чтобы разойтись на бóльшую ширину под действием расталкивающей их струи, неожиданно притягиваются друг к другу, вплоть до соприкосновения, преодолевая даже силу тяжести, которая стремится раздвинуть шары.

Очевидно, что в данном опыте на шарах, под действием воздушной струи, возникает боковая сила, всасывающая шары в центр струи.

Сторонники гипотезы Бернулли уверены, что причина возникновения боковой силы кроется в падении давления воздуха в центральной струе относительно давления воздуха в окружающем шары неподвижном воздухе.

Иногда вместо шаров в аналогичном опыте используют два жёлоба, которые притягиваются под действием струи ещё более энергично, чем шары. Два жёлоба прямо-таки прилипают друг к другу, полностью перекрывая струю воздуха.

То есть от прямой струи почти ничего не остаётся, но вывод, почему-то, сохраняется прежний: жёлобы притягиваются, благодаря падению давления в центре струи.


На рис. 2б видно, что воздушная струя, как бы, упирается в сомкнувшиеся жёлобы, и не имея возможности протиснуться между ними, вынужденно отклоняется в направлении перпендикулярном плоскости рисунка. Фактически, между желобами струи нет.

Но, почему же тогда жёлобы продолжают притягиваться друг к другу даже после смыкания ?

Очевидно, что струйки воздуха, при огибании затора, движутся по криволинейной траектории. Очевидно и то, что при таком характере движения, частички воздуха начинают испытывать центробежные ускорения, стремящиеся оторвать струю к омываемой поверхности.

В итоге, на выпуклой поверхности жёлоба возникает разрежение, аналогичное разряжению на выпуклой поверхности самолётного крыла. Это разрежение и становится главной причиной появления боковой силы, отклоняющей жёлоб от своего первоначального положения равновесия.

При этом глубина разрежения максимальна в непосредственной близости от омываемых стенок. А по мере удаления от стенок, кривизна пути струи уменьшается и вместе с ней уменьшается разрежение.

Совсем другая картина распределения давления должна наблюдаться при обтекании криволинейного профиля с позиций классической гидравлики.

Как известно, при движении жидкости вблизи стенок трубопровода или обтекаемого тела образуется тонкий пограничный слой, скорость в котором заметно ниже, чем в основном потоке. У самой же стенки скорость течения считается равной нулю.

Но если скорость в пристеночной зоне равна нулю, то, в соответствии с теоремой Бернулли, никакого падения давления на омываемой поверхности быть не должно.

Стало быть, гипотеза Прандтля о пограничном слое явно противоречит гипотезе Бернулли о падении давления на омываемой поверхности.

Однако, продолжим наши эксперименты.

Если изменить ориентацию жёлобов на противоположную, как это показано на рис. 3, то боковые силы, возникающие под действием струи воздуха, будут расталкивать жёлобы, а не сближать их, как на рис. 1 и рис. 2.

Как видим, струя воздуха на рис. 3 между двумя телами имеется, но никакого притяжения тел не наблюдается, напротив наблюдается их расталкивание. Почему же пресловутое понижение давления в струе в данном примере (рис. 3) себя никак не проявляет ?

Да потому, что падения давления в прямолинейной струе не существует в природе. Но чтобы в этом убедиться, следует проводить опыты не с телами криволинейной формы, а, например, с плоскими пластинами.

Пожалуй, одним из самых популярных опытов, якобы подтверждающих гипотезу Бернулли, считается опыт с двумя листами бумаги. Дунув в зазор между параллельно расположенными листами, каждый может убедиться в том, что под действием воздушной струи, листы смыкаются. Причина такого поведения листов кажется очевидной – в центре струи находится зона пониженного давления.

Но, чем же этот опыт с бумажными листами отличается от опыта с обдувом желобов ? Да почти ничем. Дело в том, что бумажные листы легко принимают ту форму, которую придают им пальцы экспериментатора. Обычно форма листов оказывается примерно такой, как изображено на рис. 4. Фактически, это те же желоба, только более пологие.

Из-за небольшой кривизны передней кромки листов, воздушный поток также приобретает небольшую кривизну, порождая тем самым центробежные ускорения и, как следствие, разрежение на выгнутой поверхности листов. Под действием возникшего разрежения листы смыкаются, увеличивая кривизну профиля.

Чтобы исключить влияние пальцев экспериментатора, достаточно закрепить листы бумаги с помощью плоских зажимов (рис. 5), и тогда чудесная сила, сближающая листы под действием воздушной струи, бесследно исчезает, как утренний туман под лучами солнца.

Как видим, в демонстрационных экспериментах эффект Бернулли либо никак не проявляется, либо вместо эффекта Бернулли проявляют себя другие физические эффекты, основанные на действии центробежных ускорений.

Чтобы окончательно убедиться в несостоятельности гипотезы Бернулли нам осталось проанализировать уже не лабораторные опыты, а реальные события, происходящие в реальной жизни с реальными техническими объектами.

Именно этой теме будет посвящена следующая статья.


Поможем запатентовать
ваше изобретение.

Телефон: +7 (495) 737-63-77 доб. 6800
Нина Николаевна Андреева.


Автор:  Игорь Юрьевич Куликов, видео - Николай Геннадьевич Соков, звуковая дорожка - "Da Jazz Blues", Maxwell/Media Right Productions.

Возврат к списку