Это трение является результатом следующего факта: для того чтобы «раздвинуть» воду на промежуток, необходимый для продвижения судна (или любого другого объекта), необходимо израсходовать энергию, направленную на преодоление ее собственных сил сцепления. Израсходованная энергия изменяется в зависимости от формы объекта, перемещающегося сквозь жидкость. Если жидкость «раздвигают» таким образом, что при этом образуются водовороты и другие неровности движения (называемые «турбулентностью»), израсходованная энергия умножается, и движение прекращается гораздо скорее; чтобы предотвратить остановку, двигающая сила должна быть в значительной мере увеличена. Если же, напротив, жидкость «раздвигают» постепенно, передним краем перемещающегося объекта, и позволяют ей сомкнуться сразу позади объекта, так что турбулентность снижена до минимума, израсходованная энергия значительно снижается, и сила, требующаяся для того, чтобы поддерживать движение, соответственно снижается. «Обтекаемая» форма тела — это такая форма, которая представляет собой гладко изогнутый, сужающийся фронт и резко сужающийся тыл — форма капли воды, падающей сквозь воздух, рыб, пингвинов, тюленей и китов, плывущих сквозь воду. Такая форма используется и в устройствах, сделанных человеком, тогда, когда требуется добиться максимально экономичного движения сквозь жидкую среду. Эта форма, необходимая человеку, была получена методом проб и ошибок задолго до того, как было выдвинуто теоретическое обоснование всего процесса.
Величина трения между перемещающимся твердым телом и окружающей его жидкостью увеличивается вместе со скоростью. Таким образом, на тонущий объект действует ускорение силы тяжести, которое преодолевает сопротивление силы трения тела с водой. Однако в то время как скорость падения (а тонущее тело фактически «падает» сквозь воду) тела увеличивается, соответственно увеличивается и трение; сила же тяжести, конечно, остается постоянной. В конечном итоге сила сопротивления трения возрастает до такого значения, когда она компенсирует силу тяжести, а ускорение тогда становится равным нулю. Когда это происходит, тело начинает «проваливаться» в жидкость с постоянной «предельной» скоростью.
Мы сами не раз встречались с проявлением силы трения, возникающей при движении твердого тела сквозь жидкость. Любой, кто пробовал идти по пояс в воде, не может не чувствовать необычно большого потребления требуемой энергии и эффекта «замедленной съемки».
Трение проявляет себя даже тогда, когда сама жидкость — единственная вовлеченная в процесс сущность. Когда жидкость двигается, она не перемещается «единым целым», как это делает твердое тело. Вместо этого данная часть жидкости будет перемещаться относительно соседней части, и «внутреннее трение» между этими двумя частями будет противостоять движению. Когда силы сцепления, которые являются источником этого внутреннего трения, низки, как в воде, мы обычно не очень ощущаем их. Когда же они высоки, как, например, в глицерине или в сахарном сиропе, жидкость льется медленно, так медленно, что мы, приученные к сравнительно быстрому водному потоку, обычно начинаем проявлять нетерпение. Внутреннее трение становится выше при низких температурах и меньше — при высоких температурах. Как говорят в народе: так медленно, как патока в январе (as slow as molasses in January) — это выражение ярко отражает нашу нетерпеливость.
О такой медленно наливающейся жидкости говорят как о «вязкой», от латинского слова viscosity, означающего липкую разновидность птичьего клея, который имеет такое свойство. Внутреннее трение, определяющее манеру, в которой будет литься жидкость, называется «вязкостью». Существуют жидкости, которые являются настолько вязкими, что силы тяжести недостаточно, чтобы заставить их литься потоком, преодолевая силы внутреннего трения. |