Эффект магнуса и пограничный слой. Применение эффекта магнуса и его удивительные свойства. Эффект Магнуса и ветрогенераторы

Джордж Вашингтон — первый президент Соединенных Штатов Америки, легендарная личность и один из отцов-основателей страны. Он по праву занимает почетное место в истории Америки. Такой значительной исторической фигуре и памятник должен быть столь же значительным. И он есть, это самый знаменитый памятник первому президенту Соединенных Штатов — монумент Вашингтона.

Джордж Вашингтон настолько известен и почитаем, что входит в число четырех президентов, изображенных на горе Рашмор .

Где находится

Конечно же эта достопримечательность расположена в самом сердце Соединенных Штатов в городе Вашингтон, в 2200 метрах к западу от Капитолия и в 900 метрах к югу от Белого Дома.

Географические координаты 38.889490, -77.035347

Общее описание

Монумент Вашингтона представляет собой ровный прямой четырехгранный столб высотой 169,046 метров. Верхняя часть его заканчивается четырехгранной пирамидой, покрытой алюминием.

Сегодня этот гигантский обелиск виден едва ли не со всех точек американской столицы. Его окружают пятьдесят флагштоков с флагами пятидесяти штатов США.

Вес монумента составляет 90854 тонны. Он состоит из 36491 каменного блока. Толщина стен памятника варьируется от 4,6 метра у основания до 18 дюймов (чуть больше 45 см) в его верхней части. Ширина монумента в основании 16,8 метра.

Основным строительным материалом послужил белый мрамор из Мэриленда и Массачусетса, однако в конструкции использованы еще гранит и металлические каркасные элементы. В каменной толще обелиска проложена лестница в 897 ступеней. Она ведет на смотровую площадку в верхней части.

В стенах лестничной клетки есть 193 памятных камня из всех 50 штатов и зарубежных стран. Штат Алабама внес первый камень в 1849 году. Аляска была последним штатом, разместившим свой камень. Кроме этого есть камни подаренные разными людьми со всего мира, различными обществами, городами и государствами.

Вот, например, камень от штата Мэриленд

Помимо лестницы, существует более современный способ попасть на вершину монумента - электрический подъемник. Из восьми окон смотровой площадки (по 2 на каждую сторону света) открывается невероятная панорама американской столицы. Отсюда отлично видно мемориал Линкольна, Капитолий, Белый дом и мемориал Джефферсона. В ясную погоду видимость с вершины памятника доходит до 50 километров вокруг.

Исторические сведения

История появления монумента берет начало в 1832 году в столетний юбилей Джорджа Вашингтона. Местные жители создали организацию с целью сбора средств для возведения монумента.

Уже через несколько лет была собрана внушительная по тем временам сумма 28 000 долларов (это примерно1 000 000 современных долларов).

В 1836 году архитектор Роберт Милл одержал победу в конкурсе проектов памятника Вашингтону. В основе его идеи был использован образ древнеегипетского обелиска, увеличенного до невероятной высоты (напомним, это чуть больше 169 метров). Вплоть до появления Эйфелевой башни в Париже монумент Вашингтона считался самой высокой конструкцией на планете, а сейчас он является самым высоким строением из камня.

Монумент Вашингтона — самое высокое каменное строение в мире

Изначальный проект Милла включал в себя, помимо обелиска, полукруглую колоннаду с ротондой в духе древнегреческих храмов. Предполагалось, что эта постройка станет своеобразным пантеоном Америки. В простенках между колоннами было запланировано устроить 30 ниш, где будут установлены статуи выдающихся американских деятелей и героев борьбы за независимость, а купол ротонды должна была увенчивать бронзовая статуя облаченного в тогу Джорджа Вашингтона на триумфальной колеснице. В последующем проект Милла был переработан, и сегодня многие считают удачей, что запланированную Миллом ротонду так никогда и не построили.

Краеугольный камень памятника был установлен 4 июля 1848 года, но строительство вскоре прервалось из-за нехватки средств и организационных неурядиц. Потом вспыхнула Гражданская война. Лишь в 1876 г. работы по возведению памятника возобновились. Подполковник Томас Л. Кэси, возглавивший строительство, существенно изменил первоначальный план Миллса, полностью отказавшись от колоннады с ротондой и сосредоточив все свои усилия на постройке обелиска. Мрамор для него пришлось везти уже из другого карьера, чем первоначально. Сегодня хорошо заметно, что приблизительно на высоте 50 м цвет обелиска меняется, обозначая границу, с которой в 1876 г. начали работу преемники Миллса.

Монумент был освящен 21 февраля 1885 г. и официально открыт 9 октября 1888 г., спустя почти 30 лет после смерти архитектора.

Монумент Вашингтона в туризме

Летом достопримечательность доступна для туристов с 9:00 до 22:00. В остальное время 9:00 до 17:00. Выходными являются 4 июля (День Независимости) и 25 декабря (католическое Рождество).

Посещение монумента бесплатное, но необходим специальный пропуск.
Ежегодно памятник посещают порядка 1 000 000 человек. А вот рекордом посещаемости считается 1966 год. Тогда монумент посетило 2 059 300 туристов.

Адрес: Вашингтон
Начало строительства: 1848 год
Окончание строительства: 1884 год
Высота: 169 м
Архитектор: Роберт Миллс
Координаты: 38°53"22.0"N 77°02"06.8"W

Ежедневно в столицу Соединенных Штатов Америки приезжают тысячи туристов для того, чтобы воочию увидеть все то многообразие достопримечательностей, которыми славится город Вашингтон.

Роскошные парки, уникальные музейные экспонаты, великолепные памятники истории и архитектуры, огромные здания, деловые центры - все это настолько увлекательно и интересно, что оказавшись однажды в этом американском городе, практически каждый путешественник стремится вернуться сюда вновь. Именно в Вашингтоне расположены наиболее значимые для всего государства правительственные здания (например, Белый Дом), офисы крупнейших банков и всемирно известных организаций. Вашингтон буквально пропитан «духом американского патриотизма».

В исторической части столицы США , в великолепном Национальном парке National Mall, в самом его центре возвышается гранитный 169-ти метровый обелиск, имеющий название Монумент Вашингтона. Огромная каменная стела, вес которой составляет практически 100 000 тонн, установлена в самом сердце города, как дань памяти первому президенту страны Джорджу Вашингтону, и как символ признания и уважения американцев к выдающемуся лидеру. Каждому туристу будет интересно узнать, что к моменту окончания строительных работ Монумент Вашингтона был самым высоким на всей нашей планете . К слову, и сегодня этот величественный памятник входит в число самых высоких каменных сооружений. Интересно и то, что в восточной части пика монумента высечены два слова на латинском языке: Laus Deo, что дословно переводится на русский язык, как «хвала Богу». Каждое утро первые лучи солнца озаряют эту надпись, которая символизирует веру американского народа в Бога.

Монумент Вашингтона: история строительства

Идея о создании величественного памятника первому американскому президенту, в честь 100-летия со дня рождения Джорджа Вашингтона, возникла в 1832-м году. Коренные жители города создали так называемое Общество по Созданию Монумента Вашингтону и принялись собирать добровольные пожертвования. Собрав к 1836-му году чуть более 28 тысяч американских долларов (в наше время эта сумма равняется приблизительно 709 тысячам долларов), они объявили конкурс на самый лучший проект мемориала. Победителем конкурса стал архитектор Роберт Миллс, который предложил интереснейший план. В центре памятника должен был возвышаться 169-ти метровый обелиск, верх которого сужался и должен был быть покрыт алюминием. Вокруг него предполагалось расположить колоннаду, украшенную стоящей в колеснице статую Джорджа Вашингтона. Внутри колоннады, согласно проекту Миллса, предполагалось разместить более 30 фигур американских революционеров.

Из-за многочисленных критических высказываний в адрес проекта, а главное, из-за баснословной (в те времена) суммы в 1 миллион долларов, которая требовалась для того, чтобы воплотить проект в жизнь, Общество по Созданию Монумента Джорджу Вашингтону не сразу решилось на строительство столь масштабного сооружения. Строительство монумента было начато только в 1848-м году.

Собранных денег катастрофически не хватало, поэтому проект Роберта Миллса был «урезан». Первоначально стали возводить обелиск, тогда как с колоннадой решили повременить и дождаться, пока объемов пожертвований будет достаточным для строительства оставшейся части проекта.

Мемориал Вашингтону: наши дни

Сегодня Монумент Вашингтона представляет собой колонну в древнеегипетском (!) стиле, верх которой украшен четырехгранной прозрачной пирамидой . Вокруг величественной колоны установлены 52 флага, символизирующих количество штатов Америки. Внутри мраморного обелиска есть даже лифт, с помощью которого в наши дни все желающие могут подняться на смотровую площадку, расположенную в верхней части монумента. Восемь окон, с которых открываются потрясающие пейзажи на четыре стороны света, позволяют путешественникам увидеть панораму мемориала Линкольна, Капитолий , мемориал Томаса Джефферсона и Белый Дом. Однако для того, чтобы оказаться в самой верхней точке памятника первому американскому президенту, всем путешественникам придется выстоять не один час в очереди за билетом: желающие увидеть столицу Соединенных Штатов Америки с высоты птичьего полета собираются задолго до того времени, когда открываются кассы.

Мемориал Вашингтона - один из самых красивых и высоких памятников, однако он далеко не единственный в столице США. Практически рядом располагается не менее известный Мемориал Линкольна . Между ними находится удивительный по своей красоте искусственный Зеркальный пруд, длина которого около 600 метров, ширина 50 метров, а его вместимость составляет более 7 миллионов галлонов воды. Подобный пруд можно увидеть только у Версальского дворца и Тадж-Махала . Особое устройство Зеркального пруда позволило строителям свести к минимуму волнение воды на поверхности, за счет чего со стороны водная гладь становится похожа на чистейшее зеркало, в котором отражается великолепный Мемориал Вашингтона, считающийся одним из символов свободной страны.

Как уже было сказано выше, строительство Монумента Вашингтона велось за счет пожертвований простых горожан . Однако внести свою лепту в строительство столь масштабного сооружения сочли за честь и бизнесмены, различные общества, организации из других городов и даже представители других стран, о чем свидетельствуют установленные внутри памятника 188 резных плит.

Монумент Вашингтона, бесспорно, является яркой и запоминающейся достопримечательностью города и страны. Об этом говорят не только многочисленные отзывы восторженных гостей города, но и тот факт, что Монумент Джорджу Вашингтону не единожды был запечатлен режиссерами в художественных фантастических фильмах и сериалах: «Марс атакует!», «Жизнь после людей», «2012», «Событие», «Кости». Кроме этого он описан в книге американского писателя и журналиста Дэна Брауна, завоевавшего популярность благодаря произведениям «Код да Винчи», «Ангелы и демоны» и «Утраченный символ».

Люди иногда говорят, что в действительности бейсбольный мяч по дуге не летит, что это всего лишь оптический обман. Бейсболисты и ученые знают, что это не так. Подающий высшей лиги может заставить мяч отклоняться в сторону, вниз или вверх во время его полета в «дом». Траектория подачи определяется тем, какую скорость и направление вращения придаст мячу рука подающего. В соответствии с законами физики любое тело, похожее на движущийся в воздухе бейсбольный мяч, подвергается воздействию нескольких физических сил, совместное влияние которых и определяет траекторию его полета.

Бейсбольный мяч сшит красной ниткой, которая во время сшивания образует 216 стежков. При полете вращающегося мяча стежки вовлекают в круговое движение прилегающий к ним слой воздуха. В результате набегающий воздух движется быстрее там, где его направление совпадает с направлением вращения мяча. Чем быстрее движется воздух, тем меньшее давление он создает. Поэтому давление воздуха на стороне мяча, вращающейся в направлении движения набегающего потока, становится меньшим, чем на его противоположной стороне, вращающейся против потока. Аналогично тому как атмосферные воздушные массы движутся в сторону уменьшения давления, бейсбольный мяч отклоняется в направлении подкрутки, т. е. в ту сторону, с которой находится его боковая поверхность с более низким давлением. Мяч, поданный игроком высшей лиги, за полсекунды своего полета в «дом» совершает около 18 оборотов и может отклониться в сторону почти на 45 сантиметров.

Вращение и эффект Магнуса

Когда мяч летит, он испытывает лобовое сопротивление воздуха. На стороне мяча, вращающейся в направлении движения набегающего потока, это сопротивление меньше. Такой дисбаланс создает силу, направленную под прямым углом к направлению полета мяча. Известная под названием эффекта Магнуса, эта сила пропорциональна скорости вращения, скорости полета и лобовому сопротивлению.

"Дуговой" мяч

Подающий бросает «дуговой» мяч, подкручивая его запястьем, чтобы заставить мяч вращаться. Поданный правшой, такой мяч вращается вниз и влево (против часовой стрелки, если смотреть на мяч сверху) и в результате летит в нижний правый угол «дома». Так как набегающий поток воздуха движется быстрее на стороне мяча, вращающейся в направлении потока, мяч отклоняется влево и вниз.

"Винтовой" мяч

«Винтовой» мяч бросают, выгибая запястье в сторону тела, а не от него, как в случае «дугового» мяча. Такой изгиб запястья придает мячу направление вращения, противоположное «дуговому», и заставляет отклоняться мяч вверх и вправо. Поданный правшой «винтовой» мяч летит в правый верхний угол «дома».

"Быстрый" мяч

Хорошо поданный «быстрый» мяч - это не обычная прямая подача, а один из видов специальной подкрутки. При подаче «быстрого» мяча подающий подкручивает его так, чтобы мяч вращался назад, и в результате под действием эффекта Магнуса мяч отклоняется вверх. «Быстрый» мяч, летящий со скоростью 150 километров в час, может отклониться вверх почти на 10 сантиметров.

Подкрутка мяча

Различие между «быстрым», «дуговым» и «винтовым» мячами заключается в скорости и направлении вращения мяча. Эффект Магнуса заставляет мяч отклоняться в направлении своего вращения. Машина для подачи мячей придает им разные виды подкрутки, изменяя скорости вращения двух эжекторных колес. Подающий делает это, изменяя хват мяча.

Игрокам в гольф и теннис известно стремление вращающегося мяча уклониться от своей нормальной траектории в направлении, в котором вращается его передняя часть. Это явление называется эффектом Магнуса. Согласно Рэлею (, т. I, 343-346), эффект Магнуса обычно объясняют качественно следующим образом.

Локальная скорость воздуха относительно мяча из-за его вращения больше с той стороны, где вращение направлено назад, чем там, где оно направлено вперед (см. рис. 3). Следовательно, по уравнению Бернулли (3), давление с одной стороны

меньше, и это дает равнодействующую в направлении, соответствующем наблюдаемому.

На основании данного объяснения очень трудно получить количественный результат, так как у нас нет какого-либо определенного способа для того, чтобы связать вращение с циркуляцией - даже в случае цилиндра. Прандтль предпринял героическую попытку определить хотя бы максимум подъемной силы который, как он утверждал, достигается тогда, когда значение циркуляции определяется при условии, что имеется одна-единственная критическая точка.

Основываясь на этом, он нашел, что максимум коэффициента равен

Рис. 3. Эффект Магнуса.

Недавно это значение было превышено - еще один факт, показывающий ненадежность нестрогих рассуждений.

Несостоятельность существующих объяснений эффекта Магнуса еще более ярко показывает следующий парадокс эффекта Магнуса.

Парадокс эффекта Магнуса. При малых скоростях вращения направление отклонения в действительности противоположно тому, которое дает объяснение Рэлея (и которое наблюдалось Магнусом) 4).

Для того чтобы объяснить этот парадокс эффекта Магнуса, нужно, по-видимому, учесть турбулентность пограничного

слояявление, которое до сих пор не поддается математическому исследованию как краевая задача. Таким образом, при любом корректном истолковании реальной поперечной силы при малых скоростях вращения надлежит учитывать число Рейнольдса.

Явление «деривации» аналогично эффекту Магнуса. Артиллеристам уже более ста лет известно, что вращающиеся снаряды имеют тенденцию отклоняться от вертикальной плоскости, в которой производится стрельба, и что такое отклонение происходит в направлении вращения головки снаряда. Однако это явление в течение многих лет понималось неправильно.

Одно неверное объяснение было предложено известным математиком - Пуассоном. Он считал, что вследствие инерции ось снаряда отстает от направления касательной к траектории, как схематически показано на рис. 4, а.

Рис. 4. Объяснение эффекта Магнуса, по Пуассону.

Следовательно, на нижней стороне должно создаться большее давление, а значит и большее трение. В соответствии с рис. 4, б это должно привести к отклонению в наблюдаемом направлении. Ошибочность объяснения Пуассона становится очевидной, если применить его к вращению теннисного мяча: получилось бы направление отклонения, противоположное обычному эффекту Магнуса!

Правильное объяснение заключается в следующем. С помощью количественного исследования гироскопической устойчивости можно установить, что устойчивое положение оси снаряда (с правой винтовой нарезкой) находится справа от касательной к траектории, а не выше ее, как это утверждал Пуассон. Таким образом, деривация снаряда вызывгется главным образом