?

Log in

No account? Create an account

masterok


Мастерок.жж.рф

Хочу все знать


Previous Entry Share Next Entry
«Крученый» или эффект Магнуса
masterok

Пока еще футбольные темы в тренде воспользуемся этим! Все видели как на футболе или теннисе мяч летит по невероятной траектории. Почему так происходит?  Не помню по школьной программе, что бы нам про это рассказывали и мы всегда называли это просто «крученый» . А все таки какая сила заставляет летящий мяч описывать зигзаги?

Вот сейчас мы все это узнаем …

 

Этот эффект открыл немецкий физик Генрих Магнус в 1853 году. Суть явления в том, что мяч при вращении создает вокруг себя вихревое движение воздуха. С одной стороны объекта направление вихря совпадает с направлением обтекающего потока и скорость движения среды с этой стороны увеличивается. С другой стороны объекта направление вихря противоположно направлению движения потока, и скорость движения среды уменьшается. Эта разность скоростей порождает поперечную силу, которая меняет траекторию полета. Явление часто применяется в спорте, например, специальные удары: топ-спин, сухой лист в футболе или система Hop-Up в страйкболе.

Эффект Магнуса хорошо показан в этом видео. Брошенный с большой высоты вертикально вниз баскетбольный мяч, которому придали вращение, меняет траекторию и какое-то время летит горизонтально.

 

 

Эффект Магнуса был продемонстрирован на одной из дамб в Австралии. Баскетбольный мяч сперва был просто сброшен с нее, летел практически прямо вниз и приземлился в намеченной точке. Затем мяч сбросили с дамбы второй раз, при этом слегка подкрутив его (кстати, с эффектом Магнуса часто сталкиваются футболисты при подаче «крученых» мячей). В этом случае объект повел себя необычно. Видео с демонстрацией физического явления было выложено на хостинге YouTube, буквально за пару дней собрав более 9 млн просмотров и почти 1,5 тыс. комментариев.

Рис. 1  1 — пограничный слой

 

Движущийся поступательно (невращающийся) с относительной скоростью V0 цилиндр обтекается ламинарным потоком, являющимся невихревым (рис. 1b).

Если цилиндр вращается и одновременно движется поступательно, то два окружающих его потока наложатся друг на друга и создадут результирующий поток обтекания (рис. 1c).

При вращении цилиндра приходит в движение и жидкость. Движение в пограничном слое вихревое; оно слагается из потенциального движения, на которое накладывается вращение. Сверху цилиндра направление потока совпадает с направлением вращения цилиндра, а снизу — противоположно ему. Частицы в пограничном слое сверху цилиндра ускоряются потоком, что препятствует отрыву пограничного слоя. Снизу поток тормозит движение в пограничном слое, что способствует его отрыву. Отрывающиеся части пограничного слоя уносятся потоком в виде вихрей. Вследствие этого вокруг цилиндра возникает циркуляция скорости в том же направлении, в каком вращается цилиндр. Согласно закону Бернулли давление жидкости на верхнюю часть цилиндра будет меньше, чем на нижнюю. Это приводит к возникновению вертикальной силы, называемой подъемной силой. При изменении направления вращения цилиндра на противоположное, подъемная сила также меняет направление на противоположное.

В эффекте Магнуса сила Fпод перпендикулярна скорости потока V0. Чтобы найти направление этой силы нужно вектор относительно скорости  V0 повернуть на 90° в сторону, противоположную вращению цилиндра.

 

 

 

 

Эффект Магнуса можно наблюдать на опыте со скатывающимся по наклонной плоскости легким цилиндром

 

Схема скатывающегося цилиндра

Рис. 2

 

После скатывания по наклонной плоскости центр масс цилиндра движется не по параболе, как двигалась бы материальная точка, а по кривой, уходящей под наклонную плоскость.

Если заменить вращающийся цилиндр вихрем (вращающимся столбом жидкости) с интенсивностью J=2Sw , то сила Магнуса будет такой же. Таким образом, на движущийся вихрь со стороны окружающей жидкости действует сила, перпендикулярная к относительной скорости движения V0 и направленная в сторону, определяемую указанным выше правилом поворота вектора.

В эффекте Магнуса взаимосвязаны: направление и скорость потока, направление и угловая скорость, направление и возникающая сила. Соответственно можно измерять и использовать силу или измерять поток и угловую скорость.

Зависимость результата от воздействия имеет следующий вид (формула Жуковского-Кутта):

 

FR= JrV0,

 

где J — интенсивность движения вокруг цилиндра;

r — плотность жидкости;

V0 — относительная скорость потока.

 

Ограничения на проявления физического эффекта: обеспечение ламинарного течения жидкости (газа) над объектом при подъемной силе, направленной вверх.

 

 

Эффект впервые описан немецким физиком Генрихом Магнусом в 1853 году.

Изучал физику и химию 6 лет — сначала в Берлинском университете, затем ещё год (1828) в Стокгольме, в лаборатории Йёнса Берцелиуса, а впоследствии в Париже у Гей-Люссака и Тенара. В 1831 году Магнус был приглашен лектором физики и технологии в Берлинский университет, потом был профессором физики до 1869 года. В 1840 году Магнус избран членом Берлинской академии, с 1854 года состоял членом-корреспондентом Петербургской академии наук.

Магнус неутомимо работал всю свою жизнь над разнообразнейшими вопросами физики и химии. Еще студентом (1825) он опубликовал первую свою работу о самовозгорании металлических порошков, в 1828 году открыл названную его именем платиновую соль (PtCl 2NH3). В 1827-33 годах занимался преимущественно химией, затем работами в области физики. Из этих последних наиболее известны исследования над поглощением газов кровью (1837-45), над расширением газов от нагревания (1841-44), над упругостями паров воды и водных растворов (1844-54), над термоэлектричеством (1851), электролизом (1856), индукцией токов (1858-61), теплопроводностью газов (1860), поляризацией лучистого тепла (1866-68) и вопросом о теплоцветности газов (с 1861).

Не менее известен Магнус и как учитель; из его лаборатории вышло большинство выдающихся современных немецких физиков, в ней работали и некоторые русские ученые.

 

[источники]

источники

http://www.effects.ru/science/120/index.htm

http://naked-science.ru/article/video/video-effekt-magnusa-v-deistvi

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D1%83%D1%81,_%D0%93%D0%B5%D0%BD%D1%80%D0%B8%D1%85_%D0%93%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2

 

Давайте вспомним какие то еще интересные эффекты в науке: вот например Эффект Джанибекова, а вот Эффект Мпембы или Эффект Рингельмана. Вспомним еще про Эффект Иисуса Навина и Эффект Мейснера

Это копия статьи, находящейся по адресу http://masterokblog.ru/?p=3543.
Subscribe to  masterok

promo masterok январь 2, 12:00 46
Buy for 300 tokens
Вот так выглядит ушедший от нас 2017 год. А вот кстати, начало 2018 года показывает еще больший трафик, чем декабрь 2017: И вот один из дней - рекордсменов за всю историю журнала тоже уже в 2018 году: Красная цифра - это общее количество уникальных посетителей попавших в блог. В…

  • 1
Такой гол с углового называется "сухой лист".

и я один раз такой гол видел на матче саратовского Сокола. Сокол тогда выиграл.

НЯП, сухой лист исполняется внешней стороной подьема стопы, а с углового крутят внутренней.


сухой лист делается как внутренней так и внешней сторонами стопы.

характерный признак - падение на конечной траектории. так по крайней мере дает определение википедия.

Лобановский такие голы забивал с углового!

не только Лобановский. даже в 1-ой лиге иногда такое случалось.

В большом теннисе я об этом узнал еще раньше чем пошел в школу )

Вы не в первый раз размещаете у себя в журнале эту заметку.
Полагаю, в случае повторных публикаций имеет смысл приводить ссылки на предыдущие обсуждения.

Любопытно, что на некоторых скоростях возникает так называемый "обратный эффект Магнуса" - циркуляция воздуха возникает в сторону, противоположную направлению вращения мяча / цилиндра, соответственно направление силы Магнуса реверсируется.

Inverse Magnus effect on a rotating sphere: when and why

Jooha Kim, Haecheon Choi, Hyungmin Park and Jung Yul Yoo , 2014

https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/inverse-magnus-effect-on-a-rotating-sphere-when-and-why/0E9FEF2880AA45C8B12587374C6F10EE

In some specific conditions, a flying spinning ball deflects in a direction opposite to that predicted by the Magnus effect, which is known as the inverse Magnus effect. To elucidate when and why this effect occurs, we measure the variations of the drag and lift forces on a rotating sphere and the corresponding flow field with the spin ratio (the ratio of the rotational velocity to the translational one). This counterintuitive phenomenon occurs because the boundary layer flow moving against the surface of a rotating sphere undergoes a transition to turbulence, whereas that moving with the rotating surface remains laminar. The turbulence energizes the flow and thus the main separation occurs farther downstream, inducing faster flow velocity there and generating negative lift force. Empirical formulae are derived to predict the location where the flow separates as a function of the Reynolds number and the spin ratio. Using the formulae derived, the condition for the onset of the inverse Magnus effect is suggested based on the negative lift generation mechanism.

  • 1