Главная / Обучение / Теория / Обтекание вращающегося шара

Игравшие в футбол слышали о таком приеме, как закрутка мяча. Крученый мяч летит иначе, чем некрученый. Очевидно, что в воздухе на него действует какая-то аэродинамическая сила. Как эта сила образуется и куда она направлена?

Рис. 1.51. Куда направлена R при обтекании воздушным потоком
вращающегося шара?

Отвлечемся от футбола и мяча. Формально задача сводится к тому, что нужно определить характер взаимодействия вращающегося шара и набегающего на него потока воздуха.

Для ответа на вопрос следует вспомнить два раздела курса: пограничный слой и образование подъемной силы на крыле с несимметричным профилем.

Если шар не вращается, воздух обтекает его симметрично. Струйки воздуха "1" и "2" обходят его сверху, а "3" и "4" — снизу. Аэродинамическая сила R направлена вдоль потока воздуха.

Когда шар начинает вращаться, картина обтекания меняется. Так как на поверхности тела скорость воздуха относительно тела равна нулю (пограничный слой), струйка "3" при приближении к вращающейся поверхности мяча как бы "прилипает" к ней и начинает обходить мяч сверху. Обтекание шара становится несимметричным. Далее все происходит, как на крыле с несимметричным профилем. Струйка "3" бежит дальней дорогой, струйка "4" — ближней. Струйка "3" бежит быстрее. Над мячом возникает разрежение и у аэродинамической силы R появляется боковая составляющая направленная, в данном случае, вверх.

Рис. 1.52. Схема обтекания вращающегося шара.

Примечание:     Этот эксперимент можно провести в домашних условиях, если использовать не тяжелый мяч, а легкий надувной воздушный шар. Если шар закрутить и одновременно бросить вперед, полетит он не прямо, а по дуге.