Занимательная физика, Гидродинамика, Манга, Масахиро Т., 2015

Занимательная физика, Гидродинамика, Манга, Масахиро Т., 2015.

Аканэ, Сираиси и Эки учатся в одной школе и дополнительно занимаются в физическом кружке. Аканэ - самая старшая, она староста кружка, Сираиси - самый умный, а Эки - самая непредсказуемая и верит в оккультные науки. Однажды Эки приснился вещий сон, в котором упал самолёт и утонул корабль. И тогда у неё возник вопрос - а почему вообще самолёты летают, а корабли не тонут. Оказалось, что наука, которая может дать ответ на эти и другие вопросы, называется гидродинамикой или механикой текучих сред, и Эки и Аканэ попросили Сираиси рассказать про неё. Вместе с нашими героями мы совершим увлекательное путешествие в мир текучих сред и узнаем много нового и интересного об их свойствах и законах, которым они подчиняются, и которые мы используем в повседневной жизни, даже не догадываясь об этом.




Осваиваем уравнения равновесия сил.
Строго говоря, уравнение движения F = mg выполняется только для движущихся тел. Случай Эки-сан, неподвижно державшей скороварку, описывается уравнением равновесия, которое отличается от уравнения движения. Проясним же здесь отличие между этими уравнениями!
Что же будет в случае, показанном на рис. А-1, если Эки-сан вдруг выронит скороварку из рук? Скороварка под действием силы тяжести F_{скороварка} начнёт падать и через некоторое время ударится об пол. Эта сила тяжести F_{скороварка} равна mg, а уравнение, описывающее падение скороварки, называется уравнением движения. Если мы примем направление вертикально вниз за положительное (плюсовое), то сила тяжести будет направлена в положительном направлении оси у.

Далее, рассмотрим случай, когда скороварка покоится, поддерживаемая силой рук Эки F_Эки. Уравнение, описывающее это состояние покоя, называется уравнением равновесия. Покажем, как оно составляется.
Порядок составления уравнения равновесия.
(1) Изображаем все силы стрелками на схеме, как на рис. А-2.
(2) Выбираем положительное направление. Здесь выбрано направление вертикально вниз, но можно выбрать и вертикально вверх - это большой роли не играет.
(3) Записываем все силы с учётом знака направления - это будет левая часть нашего уравнения:
-F_Эки + F_{скороварка}
(4) Равновесие означает, что в правой части уравнения должен быть 0. Другими словами, все силы уравновешивают друг друга и ΣF = 0. Знак Σ (сигма) - это математический оператор, означающий сумму всех идущих после него элементов, в данном случае всех F:
-F_Эки + F_{скороварка}=0
Кстати, для отучая уравнения движения правая часть в пункте (4) выше будет равна масса (m) * ускорение (g или а), то есть:
ΣF=mg
Давайте подумаем ещё раз о силах, действующих на покоящуюся скороварку на рис. А-2. Силу F_Эки, которую прикладывает Эки, чтобы удержать скороварку, можно из уравнения пункта (4) выразить следующим образом:
-F_Эки + F_{скороварка}=0
Следовательно, F_Эки = F_{скороварка}.

Содержание
Пролог
ЧТО ЭТО - ВЕЩИЙ СОН?! ОККУЛЬТНАЯ ДЕВЧОНКА И МЕХАНИКА ТЕКУЧИХ СРЕД
Глава 1.
СВОЙСТВА И СТАТИКА ТЕКУЧИХ СРЕД
1.Твердые тело и текучие среды
Извольте, чай со льдом
2.Сила и давление
Готовим в скороварке
Осваиваем уравнение равновесия сил
3.Плотность и относительная плотность
Закон Паскаля
4.Секрет густой лапши «рамэн»
Я что. супермен?!
5.Зависимость давления от высоты и измерение давления
Отвези меня на дайвинг с аквалангом
О смысле знака Δ, который используется в обозначении Δр
Скорость и ускорение
Жидкостный манометр
6.Полное давление, действующее на плоскую стенку
Очарованные в океанариуме
7.Сила плавучести
Почему корабли не тонут?
Глава 2.
ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ
1. Разнообразные термины, используемые в механике текучих сред
Пожалуйста, не изменяйся (Стационарное и нестационарное течения)
Скорость и направление (Однородное и неоднородное течения).»
Привет, я - частица текучей среды!
(Скорость текучей среды и расход текучей среды)
Преследовать? Или поджидать? (метод Лагранжа и метод Эйлера)
И такал линия, и вот такая линия
(Линии тока, траектории и трубки тока)
Что можно понять, играя с водой
(Силы, действующие на текучую среду)
Попробуем сдвинуть колоду карт (сдвигающая сила)
2.Уравнение неразрывности
Похищения призраками не происходит?! (Закон сохранения массы
Об уравнении неразрывности
3.Теорема Бернулли
Покатаемся на американских горках! (Закон сохранения энергии тела)
Прогуливаемся вдоль линий тока
(Закон сохранения энергии текучей среды, теорема Бернулли)
О единицах измерения энергии
Наступаем на шланг!
(Отношения между скоростью текучей среды и давлением)
4.Закон сохранения импульса
Поиграем с колыбелью Ньютона (Закон сохранения импульса)
Закон сохранения импульса для колыбели Ньютона
Приложим силу извне (Импульс силы).
В потайной комнате. (Закон сохранения импульса текучей среды)
Глава 3.
ЛАМИНАРНОЕ И ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ
1.Течение, обладающее вязкостью
Густо? Или жидко? (Вязкость)
Вредина, мешающая течению (Сила вязкости)
То ускоряет, то замедляет (Механизм действия силы вязкости)
Что это - призрак? (Идеально текучая среда и вязкая текучая среда)
Что такое градиент скорости? (Закон вязкости Ньютона)
Насколько это густо? (Коэффициент вязкости и коэффициент кинематической вязкости)
Великий закон, выражающий свойства течения? (Число Рейнольдса)
2.Ламинарное течение и турбулентное течение
Ой, оно пришло в беспорядок (Свойства турбулентного течения)
Наблюдаем за дымом (Ламинарное течение и турбулентное течение)
Льём чернила (Опыт Рейнольдса)
3. Ламинарное течение внутри трубы
Течение внутри соломинки (Средняя скорость текучей среды и распределение скоростей текучей среды)
Поглядим пристально на формулу!
(Течение с параболическим распределением)
Какова природа таинственной силы? (Разность давлений)
Хочу выпить побольше! (Связь между коэффициентом вязкости и расходом текучей среды)
Можно ли выпить молочный коктейль без проблем?
(Расширенное уравнение Бернулли)
Потери давления в изогнутых трубах
Вода, оставшаяся в ванне, и нефть Аравийского моря?!
Глава 4.
ЛОБОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ПОДЪЁМНАЯ СИЛА
1.Лобовое сопротивление и подъёмная сила, действующие на тело
Почему птицы и самолёты могут летать по небу? (Подъёмная сила)
Почему яхта движется против ветра (Использование подъёмной силы)
Что общего между крылом и парусом (Теорема о кривизне линий тока)
Чудеса с ложкой?! (Опыт с подъёмной силой)
Я устала плавать (Лобовое сопротивление)
Трудная дилемма! (Коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъёмной силы)
Потеря скорости?! (Угол атаки, отрыв)
2.Силы, действующие на вращающееся тело
Почему поворачивает кручёный мяч? (Эффект Магнуса)
Искраплённое лучше, чем гладкое?
(Снижение сопротивления воздуха)
И тогда мяч повернул
3.Отрыв течения
Страшное событие в маленьком мирке?! (Отрыв)
ЭПИЛОГ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.

Купить .








Теги: учебник по физике :: физика :: Масахиро