Відкриваємо для себе число рейнольдса

Відео: Збираємо майбутнє. Методика.

Тим, хто далекий від фізики, присвячується. Почати цей текст інакше не можу, оскільки число Рейнольдса особисто у мене не викликає ніякого відгуку в тій частині знань, де повинна зберігатися інформація з фізики. Спробуємо заповнити цю прогалину.

Для розминки уточнимо, ким був Осборн Рейнольдс свого часу в своїй сфері. Цей вчений був представником англійської (в деяких джерелах - ірландського) наукового співтовариства в галузі фізики, інженерії та гідравліки. Народжений в 1842 році, вже через 28 років він став професором на кафедрі будівельної механіки в Кембриджі. Свої дослідження вів відносно поведінки рідини в ламінарному (шаруватому) і турбулентному (вихровому) течії. Саме йому належить виділення числового критерію переходу одного виду течії в інше. Саме ця величина відома нам як число Рейнольдса.

Яке значення числа? Даний параметр не є константою і являє собою певне співвідношення сил інерції і внутрішнього тертя в потоці рідини. Як позначення цього критерію застосовують Re. Що стосується одиниць виміру, то таких не існує, оскільки число Рейнольдса для води, газів і будь-який інший середовища є величиною безрозмірною (число як таке).

Безсумнівного поваги заслуговує завзятість англійського вченого, якому довелося провести не одну сотню дослідів, щоб виявити подібне співвідношення. Йому вдалося виявити таку закономірність: при високих показниках (понад 2 - 3 тисяч) потік води буде повністю турбулентним, а при малих - повністю ламінарним.

Багато хто відносить результати таких обчислень до показань, які були отримані тільки досвідченим шляхом, і при зміні або нескінченному повторенні можуть «випасти» з поточних рамок. Однак багато досить вдало інтерпретують їх з позицій законів Ньютона. Говорячи простою мовою, рідина в потоці володіє певною інерцією і схильна зберігати свій рух з попередньою швидкістю.

Значимість цього критерію, згідно з даними з різних джерел, не можна переоцінити. Саме ця величина і принцип її отримання говорять нам про те, що вплив середовища (води, газу чи іншої субстанції) не так залежить від швидкості, інерції або тертя, скільки від їх взаємодії. Саме ця взаємодія і знаходить своє відображення в співвідношенні, яке називають «число Рейнольдса». Для води, рух якої відбувається по вузьких каналах (або трубах), «прикордонним» показником переходу буде величина, що перевищує показник в 12000 - 20000. При його збільшенні опір середовища буде зростати. Для води у відкритому просторі і повітря картина буде протилежною: збільшення величини числа Рейнольдса буде сприяти зниженню опору.
Своє застосування цей критерій отримав не тільки в гідромеханіки, а й в авіа- і суднобудуванні. Так, наприклад, саме число Рейнольдса дозволяє проводити достовірні випробування нових моделей літаків, повністю відтворюючи дію реального повітряного потоку в зменшеній моделі.