Николай Егорович Жуковский

zhukovsky

Николай Егорович Жуковский был основателем экспериментальной аэродинамики в России. Первые аэродинамические лаборатории в нашей стране были построены по прямым указаниям и схемам Жуковского. Систематические опыты над сопротивлением тел различной формы, двигающихся в воздухе, Николай Егорович начал проводить еще в 80-х годах XIX века при кабинете прикладной механики в Московском университете.

Жуковский придавал важное значение эксперименту при создании теоретических основ аэродинамической науки. В ряде его статей и в знаменитой книге «Теоретические основы воздухоплавания» он неоднократно цитирует слова Д. И. Менделеева, который писал: «Нужен настоятельно и будет решать дело разумный и твердый опыт, а молодое и неопытное умственное построение пойдет на поводу и в ту, и в другую сторону, пока приученное опытом к верной дороге само не станет возить за собой или на себе всю сущность опытного знания».

Одним из популярных экспериментов учёного является “Скамья Жуковского”. Она представляет собой горизонтальную платформу на опорном подшипнике, которая может свободно вращаться около вертикальной оси. На платформе закреплена табуретка, так что человек, сидящий на этой табуретке, с ногами, поставленными на платформу, может свободно вращаться около вертикальной оси. Сила тяжести не создает момента относительно этой оси, поэтому момент импульса при вращении человека на «скамье Жуковского» сохраняется.

Демонстрация позволяет наглядно показать, что происходит в этом случае при изменении момента инерции вращающегося человека или при изменении момента импульса отдельных частей вращающейся системы. Для демонстрации можно пригласить физически сильного студента из лекционного потока. Посадив его на табуретку «скамьи», дают ему в руки две достаточно тяжелые гантели. Студент разводит руки с гантелями в стороны, после чего лектор раскручивает «скамью» так, чтобы она делала примерно один оборот в секунду. По команде лектора студент сводит руки с гантелями на груди, при этом его угловая скорость вращения заметно возрастает. Если снова развести руки, то вращение опять замедлится.

Еще более эффектной является демонстрация с велосипедным колесом, имеющим две ручки, держась за которые, человек, сидящий на «скамье», может изменять направление оси вращения колеса. Элементарное объяснение наблюдаемого эффекта заключается в следующем. В исходном состоянии (ось раскрученного колеса горизонтальна) момент импульса системы человек—колесо направлен горизонтально. Вертикальная составляющая момента импульса равна нулю. При всех дальнейших поворотах оси колеса она должна сохраняться, т. е. оставаться равной нулю. Поэтому когда ось колеса становится вертикальной, а значит, появляется вертикальная составляющая момента импульса колеса, для компенсации этой составляющей человек на «скамье» должен начать вращение в соответствующем направлении. Если момент импульса колеса меняет свое направление на противоположное, человек тоже должен вращаться в противоположном направлении.