БУДК 532.5.013
БК 22.253.3
М31
М31 Масахиро, Такэи.
Занимательная физика. Гидродинамика. Манга. / Такэи Масахиро (ав2тор),
Мацусита Маи (худож.); пер. с яп. Клионского А. Б. — М. : ДМК Пресс,
BN 978-5-97060-117-4.
Аканэ, Сираиси и Эки учатся в одной школе и дополнительно занимаются в
у физическом кружке. Аканэ – самая старшая, она староста кружка, Сираиси – самый
мный, а Эки – самая непредсказуемая и верит в оккультные науки. Однажды Эки
IS015. — 208 с. : ил. — (Серия «Образовательная манга»). — Доп. тит. л. яп. —
приснился вещий сон, в котором упал самолёт и утонул корабль. И тогда у неё вознник
вопрос – а почему вообще самолёты летают, а корабли не тонут. Оказалось, что
микаука, которая может дать ответ на эти и другие вопросы, называется гидродинапро
неё.Вместе с нашими героями мы совершим увлекательное путешествие в мир теркучих
сред и узнаем много нового и интересного об их свойствах и законах, котоогадываясь
об этом.
ой или механикой текучих сред, и Эки и Аканэ попросили Сираиси рассказать
дым они подчиняются, и которые мы используем в повседневной жизни, даже не
УДК 532.5.013ББК 22.253.3
Masahiro Takei (Author), Mai Matsushita (Illustrator) and Office sawa (Producer)
Russian language edition copyright © 2015 by DMK Press
Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd.
Manga de Wakaru Ryuutai Rikigaku (Manga Guide: Fluid Dynamics)
Original Japanese edition
Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в люнибой
форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографировам
е, ксерокопирование или иные средства копирования или сохранения информации, без письенного
разрешения издательства.
ISBN 978-4-274-06773-0 (яп.)
ISBN 978-5-94120-267-6 (Додэка)
ISBN 978-5-97060-117-4 (ДМК Пресс)
Copyright © 2009 by Masahiro Takeo and Office sawa
© Перевод, Издательский дом «Додэка-XXI», 2013
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2015
Стр.5
СОДЕРжанИЕ
Пролог.
ЧТО ЭТО – ВЕЩИЙ СОН?! ОККУЛЬТНАЯ
ДЕВЧОНКА И МЕХАНИКА ТЕКУЧИХ СРЕД .............. 1
Глава 1.
СВОЙСТВА И СТАТИКА ТЕКУЧИХ СРЕД ...............11
1. Твёрдые тела и текучие среды ...........................................12
Извольте, чай со льдом .............................................................................................12
2. Сила и давление ............................................................17
Готовим в скороварке ................................................................................................17
Осваиваем уравнение равновесия сил ................................................................ 23
3. Плотность и относительная плотность ...................................25
Закон Паскаля ............................................................................................................. 25
4. Секрет густой лапши «рамэн» ............................................28
Я что, супермен?! ........................................................................................................ 28
5. Зависимость давления от высоты и измерение давления ..............31
Отвези меня на дайвинг с аквалангом .................................................................31
О смысле знака Δ , который используется в обозначении Δp.................... 35
Скорость и ускорение ................................................................................................ 36
Жидкостный манометр ............................................................................................. 37
6. Полное давление, действующее на плоскую стенку ...................39
Очарованные в океанариуме................................................................................... 39
7. Сила плавучести ............................................................42
Почему корабли не тонут? ...................................................................................... 42
Глава 2.
ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ .....................49
1. Разнообразные термины, используемые в механике текучих сред ...50
Пожалуйста, не изменяйся (Стационарное и нестационарное течения) ....... 52
Скорость и направление (Однородное и неоднородное течения).............. 53
VI
Стр.7
Привет, я - частица текучей среды!
(Скорость текучей среды и расход текучей среды) ................................... 55
Преследовать? Или поджидать? (метод Лагранжа и метод Эйлера) ....... 56
И такая линия, и вот такая линия
(Линии тока, траектории и трубки тока) ....................................................... 58
Что можно понять, играя с водой
(Силы, действующие на текучую среду) ...................................................... 60
Попробуем сдвинуть колоду карт (сдвигающая сила) .................................. 63
2. Уравнение неразрывности ..................................................66
Похищения призраками не происходит?! (Закон сохранения массы) ..... 66
Об уравнении неразрывности ................................................................................. 70
3. Теорема Бернулли ..........................................................71
Покатаемся на американских горках! (Закон сохранения энергии тела) ......71
Прогуливаемся вдоль линий тока.
(Закон сохранения энергии текучей среды, теорема Бернулли) .......... 72
О единицах измерения энергии ............................................................................ 75
Наступаем на шланг!
(Отношения между скоростью текучей среды и давлением) ................ 76
4. Закон сохранения импульса ...............................................80
Поиграем с колыбелью Ньютона (Закон сохранения импульса).............. 80
Закон сохранения импульса для колыбели Ньютона .....................................81
Приложим силу извне (Импульс силы) ............................................................. 83
В потайной комнате. (Закон сохранения импульса текучей среды) ......... 86
Глава 3.
ЛАМИНАРНОЕ И ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ ..........95
1. Течение, обладающее вязкостью .........................................96
Густо? Или жидко? (Вязкость) ............................................................................... 98
Вредина, мешающая течению (Сила вязкости) ................................................ 99
То ускоряет, то замедляет (Механизм действия силы вязкости) ..............100
Что это - призрак? (Идеально текучая среда и вязкая текучая среда) ......104
Что такое градиент скорости? (Закон вязкости Ньютона) ...........................106
Насколько это густо? (Коэффициент вязкости
и коэффициент кинематической вязкости) ................................................ 110
Великий закон, выражающий свойства течения? (Число Рейнольдса) ....111
2. Ламинарное течение и турбулентное течение ......................... 113
Ой, оно пришло в беспорядок (Свойства турбулентного течения) ........... 113
Наблюдаем за дымом (Ламинарное течение и турбулентное течение) ...... 115
Льём чернила (Опыт Рейнольдса) ....................................................................... 116
VII
Стр.8
3. Ламинарное течение внутри трубы ..................................... 117
Течение внутри соломинки (Средняя скорость текучей среды
и распределение скоростей текучей среды) .............................................. 117
Поглядим пристально на формулу!
(Течение с параболическим распределением) .........................................120
Какова природа таинственной силы? (Разность давлений).........................122
Хочу выпить побольше! (Связь между коэффициентом вязкости
и расходом текучей среды) ..............................................................................126
Можно ли выпить молочный коктейль без проблем?
(Расширенное уравнение Бернулли) ..............................................................128
Потери давления в изогнутых трубах ................................................................134
Вода, оставшаяся в ванне, и нефть Аравийского моря?! ...............................138
Глава 4.
ЛОБОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ПОДЪЁМНАЯ СИЛА ... 139
1. Лобовое сопротивление и подъёмная сила, действующие на тело ... 140
Почему птицы и самолёты могут летать по небу? (Подъёмная сила) .......143
Почему яхта движется против ветра (Использование подъёмной силы) .....146
Что общего между крылом и парусом (Теорема о кривизне линий тока) .....149
Чудеса с ложкой?! (Опыт с подъёмной силой) ..............................................153
Я устала плавать (Лобовое сопротивление) ....................................................155
Трудная дилемма! (Коэффициент лобового сопротивления
и коэффициент подъёмной силы) ................................................................157
Потеря скорости?! (Угол атаки, отрыв) ............................................................. 161
2. Силы, действующие на вращающееся тело ........................... 163
Почему поворачивает кручёный мяч? (Эффект Магнуса) ...........................163
Искраплённое лучше, чем гладкое?
(Снижение сопротивления воздуха) ..............................................................167
И тогда мяч повернул ..............................................................................................172
3. Отрыв течения ............................................................ 172
Страшное событие в маленьком мирке?! (Отрыв) ..........................................174
ЭПИЛОГ ................................................. 182
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................ 193
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ........................... 194
VIII
Стр.9