Замовлення екскурсій: (050) 303-89-80
Замовлення групових майстер-класів, курси для дітей з робототехніки, програмування та 3D-моделювання: (073) 073-11-00
Графік роботи: вівторок-неділя з 10:00 до 18:00, понеділок вихідний
Facebook Instagram Telegram-канал     

АЕРОДИНАМІЧНА ЛЕВІТАЦІЯ


Вірите в те, що кепки можуть літати? Завдяки нашому експонату «Аеродинамічна левітація» спостерігайте, як невелика куля тримається на струмені повітря. Іноді, звичайно, можна використовувати головний убір замість кулі, але відразу попереджаємо, що його відкидає на інших відвідувачів.

Аеродинамічна левітація

Вивчати роботу цього експоната зручно в парі. На столі, де розташовані дві труби, з яких йде повітряний потік, є два важелі управління трубами. Кожен може керувати своєю кулею та направляти струмінь повітря в потрібний бік.

Посмотреть эту публикацию в Instagram

Публикация от ЛандауЦентр Каразінського (@landaucentre)

Розглянемо, як кульці вдається парити в просторі. У струмені повітря існує динамічний тиск, що діє на сторону предмета, який чинить опір струменю. Також є і звичайний, статичний тиск, менший за зовнішній атмосферний тиск (Закон Бернуллі). Тому кулька й тримається в струмені повітря, навіть якщо її нахилити. Динамічний тиск більший, ніж атмосферний. Саме він і утримує кульку від падіння.

Наведемо ще один цікавий приклад, який стосується Закону Бернуллі. Уявіть, що ви перебуваєте на найбільших гонках швидкісних болідів. Вони мчать один за одним, як метеори. І раптом на дорозі кришка каналізаційного люка злітає в повітря і мчить у бік наступного боліда. Як результат — аварія! Так і сталося в 1990 році під час автоперегонів у Монреалі, що спричинило пожежу й захід довелося зупинити. У болідів неймовірна аеродинаміка, тому перед кожними гонками зварювальники перевіряють стан люків і приварюють їх. За рахунок ефекту Бернуллі на високій швидкості під днищем утворюється низький тиск, тому кришку запросто може підкинути вгору. Нашої аеродинамічної левітації можете не лякатися, адже кулька утримується на струмені повітря, поки ви не вимкнете експонат. Зможете відчути себе учнем школи Хогвардс, вимовляючи заклинання «Вінгардіум Левіоса», а кулька здійметься в повітря.

На принципі рівняння Бернуллі також працюють пульверизатори, струменеві насоси й автомобільні карбюратори: рідина втягується в потік повітря, тиск в якому нижчий, ніж атмосферний. Відповідно до рівняння Бернуллі, чим вища швидкість потоку, тим менший тиск у ньому.

Ми вже розглянули, як відбувається левітація під час вертикального струменю повітря (аеродинамічна левітація). Існує ще оптична левітація (мікрочастинка в вертикальному лазерному промені). Прикладом акустичної (звукової) левітації може бути експеримент співробітників Токійського університету й Технологічного інституту Нагої, в якому звукові хвилі переміщували частки полістирену діаметром від 0,6 до 2 мм в тривимірному просторі. Існує магнітна левітація, прикладом якої є крапля рідкого діамагнітного (відбувається намагнічування проти напрямку зовнішнього магнітного поля) кисню, що висить між полюсами магніту в створюваному ними неоднорідному полі.

Магнітну левітацію можна спостерігати, якщо надіти на вертикальний олівець два однакових феромагнітних немагнічених кільця. Якщо кільця будуть повернені один до одного різнойменними полюсами, то верхнє кільце паритиме в повітрі. Нагадаємо, феромагнетики — це такі речовини, які (за температури нижчої точки Кюрі) здатні мати намагніченість у відсутності зовнішнього магнітного поля.

Левітації в магнітному полі застосовують і для транспортної сфери. Існує потяг на магнітній подушці, він же — маглев (від англ. Magnetic levitation — «магнітна левітація»). Їх використовують у Німеччині, Китаї, Японії, Південній Кореї. На відміну від звичайних потягів, «магнітні» поїзди не торкаються до поверхні рейок, що виключає тертя і різко збільшує швидкість. Тільки аеродинамічний опір гальмує рух транспорту. Якщо ви літали в літаку, то можете уявити, як з такою самою швидкістю рухається поїзд на магнітній подушці. Мінусами цього нововведення виявилися висока вартість створення й обслуговування колії, можливе електромагнітне забруднення. Про рух за допомогою магнітної левітації говорили вже в ХХ столітті. У 1909 році запропонували вакуумний потяг, перевагою якого була відсутність необхідності долати тертя опори й зустрічний опір повітря.

Це не останнє, про що хотілося б згадати. У 2011 році ізраїльські вчені продемонстрували властивості надпровідників в умовах явища, що позначається як квантове захоплення. Квантова левітація відрізняється від магнітної левітації тим, що об’єкти можуть запам’ятовувати своє минуле становище й пізніше його повторювати.

Поки ми з цікавістю спостерігаємо за ідеями Ілона Маска про використання магнітної подушки й впровадженням у життя його проекту вакуумного поїзда Hyperloop, вдома нам залишається проводити досліди з аеродинамічною левітацією. Під час прибирання в перервах можете провести експеримент з пилососом і тенісним м’ячиком або повітряною кулькою.

Предмети зможуть висіти в потоці повітря, що викидається з труби пилососа: тиск потоку повітря компенсує силу тяжіння (в цьому випадку важливо, щоб потік був вертикальним, а м’ячик перебував у центрі). Можливо, колись ми створимо велику і досить потужну аеродинамічну трубу, в якій буде літати людина.

Загалом природа вже придумала спосіб левітації людини. Для цього згадаємо про силу Архімеда: на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна або підйомна сила. Наприклад, якщо крапля рідини потрапляє в іншу рідину з такою самою щільністю, то крапля зависне, як в невагомості (зрозуміло, дві рідини не повинні змішуватися). При цьому крапля може бути досить великою. Тіло людини трохи легше, ніж вода, однак, за допомогою важків можна зробити так, що ці щільності зрівняються: в результаті людина буде перебувати під водою в стані невагомості (нібито крапля в описаному досліді). За допомогою цього методу навіть готують майбутніх космонавтів.

Теги: Аеродинамічна левітація, Закон Бернуллі

Музей інтерактивної цікавої науки та наукових відкриттів у Харкові.
Навчальний центр ЛандауЦентр, пл. Свободи, 6, Харків (північний корпус ХНУ імені В. Н. Каразіна)