Открытия Теодора фон Кармана

Теодор фон Карман — американский физик венгерского происхождения, совершивший ряд открытий в области аэродинамики, одно из которых хорошо знакомо всем фанатам космонавтики, а второе многие видели, но не знали названия.

Дорожка Кармана

Ламинарное течение в жидкостях и газах происходит слоями без перемешивания. В обратном случае происходят беспорядочные быстрые изменения скорости и давления и такое течение называют турбулентным. 

Сверху ламинарное течение жидкости или газа в плоском слое, снизу - турбулентное
Сверху ламинарное течение жидкости или газа в плоском слое, снизу — турбулентное

Эти два состояния определяет отношение инерционных сил к силам вязкого трения в среде. Но если силы оказывается в неустойчивом равновесии, наступает третье промежуточное состояние, которое вызывает линию из циклических вихрей. Физику этого процесса описал Теодор фон Карман, благодаря чему удивительно красивый природный феномен получил название «дорожка Кармана». Вихревая дорожка Кармана периодически попадает на снимки природных объектов. 

Вихревая дорожка Кармана, наблюдавшаяся 15 сентября 1999 года ниже по течению от архипелага Хуан-Фернандес (Чили)
Вихревая дорожка Кармана, наблюдавшаяся 15 сентября 1999 года ниже по течению от архипелага Хуан-Фернандес (Чили)
Вихревая дорожка Кармана за вулканом Беренберг на острове Ян-Майен в Северной Атлантике 5 апреля 2012 г.
Вихревая дорожка Кармана за вулканом Беренберг на острове Ян-Майен в Северной Атлантике 5 апреля 2012 г.

Кроме того, дорожка Кармана возникает в авиации и строительстве, что вызывает технические проблемы. Именно вихрями раскачивает высотные здания, башни, дымовые трубы. Можно почувствовать шатание многоэтажки уже на 25 этаже. Инженеры стараются избежать этого явления за счет сложной аэродинамической формы изделий и зданий.

Флоу-симуляция вихревой дорожки Кармана
Флоу-симуляция вихревой дорожки Кармана

Линия Кармана

Где начинается атмосфера? Условно на уровне моря, а фактические — в любом месте на поверхности Земли. Даже находясь ниже уровня моря, отрицательная высота не создает никаких обратных физических процессов, это условность. А где заканчивается? Еще более условно — она не заканчивается вообще. При отдалении вверх воздух становится все менее плотным, а отдельные его частицы могут встретиться где угодно в наблюдаемой вселенной. Но юридически и практически, хотелось бы как-то отделить космос от атмосферы, чтобы ниже некоторой границы существовала авиация, а выше — космонавтика.

Теодор фон Карман предложил следующую идею. Подъемная сила летательного аппарата зависит от скорости по отношению к воздушной среде. Чем среда более разряженная, тем выше должна быть скорость. Эта начальная скорость для возможности полета при помощи крыльев минимальна на поверхности Земли. А на высоте 100 км достигает первой космической скорости. То есть выше этой границы аппарат из летательного переходит в космический, независимо от конструкции.

Эту идею приняла Международна авиационная федерация, закрепив юридическую воздушную границу государств на высоте 100 км. А 10 октября 1967 года подписан межправительственный документ «Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела», который провозгласил коммунизм выше линии Кармана. То есть, все что в космосе — общее и не может быть частной собственностью. Так что, если вы успели купить загородный участок на Луне, к сожалению, юридической силой такая покупка не обладает.

Другие варианты границы космоса

Отделить земное от небесного можно разными методами. Например, в США это 80 км, что определили по подъемной силе в 1 фунт на 1 квадратный фут поверхности крыла. У любого метролога глаза на пол вытекут от на столько кривого соотношения примитивных единиц несистемной британской системы мер.

Практический потолок авиации находится где-то в районе 25 км, а стратонавтики (высотные полеты на шарах) в 50 км. Космические аппараты же ощущают вход в атмосферу и начинают разрушаться на высотах ниже примерно 150 км. Получается, что по техническим соображениям граница космоса размазана где-то от 50 до 150 км высоты. В среднем, получается 100 км и это хорошо.

 

Источник

Читайте также