Надзвукове клацання батогом

Цілий ряд наукових статей з фізики був присвячений звуковим ударам, що відбувається при клацання батогом. Ці роботи супроводжувалися численними і вельми гострими суперечками про точний механізм явища. Вже на початку XX ст. фізики знали, що якщо швидко і правильно рухати пужално, то кінчик бича може перевищити швидкість звуку. У 1927 р фізик зефір Каррьєра, використовуючи метод високошвидкісний тіньової фотографії, показав, що при натисканні батогом виникає ударна хвиля. Традиційне пояснення явища в нехтуванні ефектами тертя таке: рухомий відрізок ременя по мірі просування до його кінця зменшується в розмірах і, за законом збереження енергії, повинен рухатися все швидше. Кінетична енергія рухається точки масою m дається виразом Е = 1 / 2mv2, і якщо Е залишається приблизно постійною, am скорочується, то швидкість v повинна зростати. Зрештою кінчик батога рухається швидше за швидкість звуку (близько 1236 км / год при 20 ° С в сухому повітрі) і породжує ударну хвилю точно так само, як реактивний літак, що летить з надзвуковою швидкістю. Мабуть, батіг був першим виробом людини, подолав звуковий бар’єр.

У 2003 р фахівці в галузі прикладної математики Ален Горілі і Тайлер Макміллан вирішили складні рівняння для моделі батога у вигляді пружного сужающегося стрижень, по якому рухається вигин у формі плоскої петлі. Про складність механізму клацання вони писали так: «Клацання – це ударна звукова хвиля, рождаемая при русі кінчика батога швидше швидкості звуку. Велике прискорення кінчика батога досягається при досягненні вигином кінця стрижня, коли вся енергія концентрується в невеликому відрізку стрижня. Ця енергія, що складається з кінетичної енергії рухомого вигину, запасеної в ньому пружної енергії та енергії обертального руху стрижня, витрачається потім на прискорення його кінця ». Звуження батога також збільшує максимальну швидкість його кінчика.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Внутрішня енергія тіл