Прандтль - Гидроаэромеханика (2000)
Предисловие переводчика
Предлагаемая вниманию читателя книга принадлежит перу одного из виднейших зарубежных гидромехаников и представляет собою широкий обзор современного состояния гидроаэромеханики и ее приложений в самых различных областях техники.
Составляя книгу, автор имел в виду, как он указывает в своем предисловии, дать своеобразный «путеводитель» по гидроаэромеханике, позволяющий читателю наиболее быстрым и легким путем подготовиться к детальному изучению отдельных областей этой науки.
Для достижения этой цели автор использует результаты многочисленных специальных исследовании, однако при этом обходит молчанием многочисленные и важные работы советских ученых в области гидроаэромеханики и не излагает работ даже основоположников современной аэродинамики — великих русских ученых Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина (только в двух местах он вскользь упоминает о Н.Е.Жуковском). С целью хотя бы частичного исправления такого положения мы дополнили в ряде мест библиографические ссылки автора указаниями на наиболее важные работы советских ученых.
Из предисловия автора к первому изданию
При составлении настоящей книги я включил в нее ряд вопросов, обычно оставляемых вне поля зрения при традиционном изложении гидроаэромеханики. Называя книгу «Ftihrer durch die Stromungslehre» («Путеводитель по гидроаэромеханике»), я имел в виду подчеркнуть этим свое желание провести читателя по наиболее легкому и быстрому пути через различные области гидроаэромеханики.
Для лучшего достижения этой цели текст книги набран двумя шрифтами — крупным и мелким. При первом чтении можно ограничиться изучением только текста, набранного крупным шрифтом. Текст, набранный мелким шрифтом, и указания на литературу предназначены для читателя, уже овладевшего основами предмета. Однако для понимания более трудных глав, IV и V, необходимо усвоить также те части предыдущих глав, которые набраны мелким шрифтом. По поводу многочисленных библиографических ссылок я хочу особенно подчеркнуть, что, давая указания на литературу, я не стремился к исчерпывающей полноте; кроме того, в этих библиографических ссылках историческая точка зрения должна была отойти на задний план (за исключением случаев, относящихся к фундаментальным результатам). Отсылая читателя к специальной литературе, я стремился указывать главным образом те работы, которые наиболее пригодны для дальнейшего изучения затронутого вопроса.
В главе V изложены различные специальные вопросы: кавитация, гидравлический удар, движение смесей из воды и воздуха, пневматический транспорт, движение наносов, силы гидродинамического дальнодействия, законы движения жидкостей во вращающемся пространстве, приложение этих законов к гидравлическим машинам и к течениям в атмосфере и морях на вращающейся Земле, законы движения устойчиво расслоенных масс воздуха и, наконец, теплопередача в потоках жидкости. В различных местах этой главы читатель, уже знакомый с предметом, обнаружит некоторые мысли автора, публикуемые впервые.
Геттинген, 1942 Л. Прандтль
Из предисловия автора ко второму изданию
При подготовке книги ко второму изданию я вынужден был в целях использования сохранившегося набора ограничиться только включением библиографических указаний на новые исследования, опубликованные после выхода в свет первого издания книги, и довольно многочисленными улучшениями и дополнениями текста.
Геттинген, 1944 Л. Прандтлъ
Глава 1
Свойства жидкостей и газов. Статика
§ 1. Свойства жидкостей. Жидкости отличаются от твердых тел легкой подвижностью своих частиц. Для изменения формы твердого тела к нему необходимо приложить силы конечной, иногда весьма значительной величины. Между тем для медленной деформации жидкости достаточны самые ничтожные силы, которые в предельном случае бесконечно малой деформации делаются равными нулю. Однако при быстрой деформации жидкость, подобно твердому телу, оказывает сопротивление деформации. Но как только движение жидкости прекращается, это сопротивление очень быстро исчезает. Свойство жидкостей оказывать сопротивление деформации называется вязкостью. Подробно это свойство будет рассмотрено в § 1 гл. III. Кроме обычных легко подвижных жидкостей существуют очень вязкие жидкости, сопротивление которых деформации весьма значительно, но в состоянии покоя по-прежнему равно нулю. По мере увеличения вязкости жидкость становится все более похожей на твердое тело, однако нельзя провести резкой границы между жидкостью с очень большой вязкостью и твердым телом: некоторые вещества при быстрой деформации ведут себя как твердые тела, а при медленной — как жидкости. К таким веществам принадлежит, например, асфальт. Если опрокинуть бочку с асфальтом, то в зависимости от температуры воздуха весь асфальт вытекает из бочки в течение нескольких дней или недель и принимает форму плоской лепешки. С течением времени такая асфальтовая лепешка все более и более растекается, но, несмотря на это, по ней можно ходить, не оставляя на ее поверхности заметных следов; только в том случае, если постоять на ней некоторое время, такие следы появляются. При ударе молотком разлившаяся масса асфальта разлетается на куски подобно стеклу.
В статике, т. е. в теории равновесия жидкостей, рассматриваются только состояние покоя или очень медленные движения, следовательно, здесь мы должны принять сопротивление деформации равным нулю. На основании этого мы можем дать такое определение жидкости: жидкостью называется такое тело, в котором в состоянии равновесия всякое сопротивление деформации равно нулю.
Согласно кинетической теории материи мельчайшие частицы всех тел (атомы и молекулы) находятся в непрестанном движении; кинетическая энергия этого движения проявляется в теплоте. С точки зрения этой теории жидкости отличаются от твердых тел тем, что в них отдельные частицы более или менее часто меняются местами с соседними частицами, в то время как в твердых телах каждая частица занимает в пространстве вполне определенное положение, правда, совершая около него небольшие колебания. Постепенное размягчение аморфных тел при повышении температуры объясняется следующим образом: если тело нагревается, т. е. если увеличивается энергия молекулярного движения, то сначала меняются местами частицы там, где случайно возникли особенно большие колебания; при дальнейшем нагревании такая перемена мест совершается все чаще, причем она распространяется на все тело. В кристаллических твердых телах переход из твердого в жидкое состояние происходит внезапно, в результате расплавления, т. е. вследствие разрушения правильной атомной структуры вещества.
Другим свойством жидкостей является их большое сопротивление изменению объема. Никаким способом невозможно сжать один литр воды так, чтобы он поместился в сосуде емкостью в пол-литра. Обратно, если налить литр воды в сосуд емкостью в два литра и выкачать из последнего воздух, то вода по-прежнему будет занимать только половину сосуда. Однако в некоторой мере вода при больших давлениях сжимается; при давлении около 1000 ата это сжатие достигает 5% первоначального объема. Аналогичным образом ведут себя и другие жидкости.
...