Гидродинамический механизм в падающей пробирке (Г. Покровский)

Налейте воды в, обыкновенную пробирку и, придерживая ее рукой, как показано на рис. 38, дайте ей упасть (с небольшой высоты), сохраняя вертикальное положение, на поверхность стола. Эта поверхность должна быть достаточно твердой, чтобы дно пробирки произвело жесткий удар.. В момент такого удара мениск воды в пробирке, имеющий (вследствие действия капиллярных сил) вогнутую форму, быстро выравнивается, и из его центральной части по оси пробирки стремительно вырвется вверх тонкая струя воды. На рис. 38 штриховой линией показана форма поверхности воды до удара, а сплошной линией - после удара. Взлетающая вверх струя воды распадается на капли, причем первая из них взлетает на высоту, существенно превосходящую высоту падения пробирки. Это значит, что энергия воды в пробирке в момент удара перераспределяется таким образом, что небольшая часть воды вблизи центральной части мениска получает большую скорость и стремительно выбрасывается вверх.

Рис. 38

Устройство, перераспределяющее энергию, можно назвать механизмом. Обычно этим словом называют сочетание деталей, сделанных из твердого вещества (рычаги, шестерни и т. п.). Однако могут быть механизмы из жидкостей и даже из газов. Примером механизма такого рода и является вода в пробирке.

Гидродинамические механизмы имеют особое значение тогда, когда действуют очень большие силы, которых не могут выдержать обычные детали из твердого вещества. Например, при взрыве заряда взрывчатого вещества большой мощности можно сконцентрировать часть энергии этого взрыва, сделав в заряде выемку и вложив в нее металлическую вогнутую облицовку. Сила взрыва сожмет металл облицовки и создаст тонкую металлическую струю. Скорость этой струи может (при соответствующей форме облицовки) достичь даже второй космической скорости.

Таким образом, наблюдение и анализ очень простого и скромного явления, происходящего в пробирке, раскрывает одну из интереснейших проблем гидродинамики сверхвысоких скоростей.