Отчего раскаляются метеориты, греется насос и кто был первым воздухоплавателем?

Разумеется, все три вопроса тесно связаны! Как? А попробуйте, никуда не заглядывая, ответить на первый из них. Спорим, девять человек из десяти скажут, что метеорит раскаляется «от трения о воздух»? (Если они не физики, конечно.) Так вот – забудьте про трение! Оно не при чём…

Трение о воздух, конечно, происходит, и какое-то количество тепла при этом выделяется, но – совсем незначительное. Раскаляет обшивку спускаемого космического аппарата или летящий сквозь атмосферу метеорит совсем другой физический процесс, который называется аэродинамическим нагревом.

1.

Отчего раскаляются метеориты, греется насос и кто был первым воздухоплавателем?
Впереди тела, движущегося в воздухе со сверхзвуковой скоростью формируется «ударная волна» – тонкая переходная область, в которой происходит резкое, скачкообразное увеличение плотности и давления. А при повышении давления газа в ограниченном объёме с ним происходит – что? Он нагревается.

Есть в физике такой закон Шарля. Он прост. «В неизменном объёме давление изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре». То есть: если поднимаем давление в 2 раза, то и температура поднимется в 2 раза.

Скажем, у нас температура «ноль по Цельсию» и давление в 1 атмосферу. Мы с помощью насоса подняли давление в 2 раза, то есть до 2 атмосфер. Во сколько раз вырастет температура?

Вопрос с подвохом – но, опять же, не для физика. Ноль по Цельсию – это 273 градусов Кельвина. А значит, если температура станет в 2 раза выше, получим 546 градусов Кельвина. А это уже +273 градуса по Цельсию! Горячо! Но недостаточно, чтобы раскалить метеорит или спускаемый аппарат, конечно.

Однако, если аппарат летит с первой космической скоростью (около 8 км/сек) температура воздуха перед ним будет 7727 °C, а если со второй космической – то уже 10727 °C. Именно эта теплота передаётся кораблю или метеориту. Происходит аэродинамический нагрев.

2.

Отчего раскаляются метеориты, греется насос и кто был первым воздухоплавателем?
А теперь представим себе велосипедный насос вроде этого.

3.

Отчего раскаляются метеориты, греется насос и кто был первым воздухоплавателем?
Вспомните: начинаем качать – и шланг насоса и даже сам насос становятся тёплыми, даже горячими! Отчего они нагреваются?

Причина та же самая. Когда мы накачиваем воздухом камеру, она растягивается, её объём увеличивается. То есть условие «неизменности объёма» из закона Шарля не выполняется.

А выполняется оно для насоса и металлического «устья» шланга. Здесь с каждым «качком» (движением поршня) давление резко повышается, а объём остаётся неизменным! Именно в этих местах температура резко повышается!

Теперь вы знаете, как обходиться «без трения» в этих вопросах. Всему причиной закон Шарля! А это он сам – Жак Александр Сезар Шарль – учёный и, между прочим, третий в мире испытатель-воздухоплаватель!

4.

Отчего раскаляются метеориты, греется насос и кто был первым воздухоплавателем?
Жак Александр Сезар Шарль (1746–1823).

И опять кто-то скажет: «А–а-а, третий после братьев Монгольфе?!» Вовсе нет. Не после них.

Почти одновременно с монгольферами (шарами, наполненными горячим воздухом) в 1783 году были изобретены и сконструированы шарльеры – шары, наполненные водородом. (Вы, конечно, уже догадались, кто их изобрёл). А теперь – чистая хронология:

5 июня 1783 года братья Монгольфье запустили первый монгольфер – шар без пассажиров.

27 августа 1783 года Шарль запускает свой первый шарльер – тоже без пассажиров.

19 сентября 1783 года братья Монгольфье запустили шар, в корзине которого находились баран, петух и утка. (Животные не пострадали.)

21 ноября 1783 года на монгольфьере впервые поднялись люди: учёный-химик Жан-Франсуа Пилатр де Розье и офицер Франсуа Лоран д’Арланд.

И наконец, 1 декабря на шарльере в воздух поднялись Жак Шарль и инженер Николя-Луи Робер.

5.

Отчего раскаляются метеориты, греется насос и кто был первым воздухоплавателем?
Полёт Шарля и Робера на водородном аэростате.

Вот так. Жак Шарль на своём изобретении летал, а братья Монгольфе – нет. Что нисколько не отменяет их славы и их первенства, а также – не умаляет отчаянной отваги де Розье и д’Арланда, которые были первыми. (Но не на своём изобретении!)

Поделиться этим:

Наука и технологии 18 апреля, 2022 518 просмотров