
* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки
115 ВИХРЕВАЯ ТЕОРИЯ 776 в р а щ а т е л ь н о г о д в и ж е н и я ч а с т и ц ы (1-я т е о р е м а Г е л ь м г о л ь ц а ) . П р о е к ц и и у г л о в о й ско>р о с т и ч а с т и ц ы н а о с и к о о р д и н а т б у д у т ?, т? и ? (см. Аэродинамика). П р и равенстве ну л ю э т и х к о м п о н е н т о в в и х р я | , J? И f , д в и ясение б у д е т с п о т е н ц и а л о м с к о р о с т е й . Если в жидкости проследить непрерыв ное и з м е н е н и е н а п р а в л е н и я мгновенных осей в р а щ е н и я частиц и провести л и н и ю , касательные к к-рой будут совпадать с эти м и о с я м и , то т а к а я л и н и я б у д е т н а з ы в а т ь с я в и х р е в о й л и н и е й . Поверхность, про веденная через какую-нибудь линию в жид кости и образованная из вихревых линий, называется в и х р е в о й п о в е р х н о стью. Жидкость, заключенная внутри вихревой поверхности,построенной на беско нечно малом замкнутом контуре, называет с я в и х р е в о й н и т ь ю . Е с л и среди неза- в и х р е н н о й ж и д к о с т и и м е е т с я в и х р е в а я об ласть, к-рая заключена в конечной толщи ны трубку, образованную вихревой поверх н о с т ь ю , то о н а н а з ы в а е т с я в и х р е в ы м . ш н у р о м . Если ж е эта область заключе на между двумя близкими вихревыми по верхностями, она называется в и х р е в ы м с л о е м . Произведение площади сечения в и х р е в о й н и т и da н а у г л о в у ю с к о р о с т ь в р а щ е н и я ж и д к о с т и со в э т о й н и т и н а з ы в а е т ся н а п р я ж е н и е м в и х р е в о й н и т и . НапрЯя^ение в д о л ь в и х р е в о й н и т и о с т а е т с я постоянным (2-я теорема Г е л ь м г о л ь ц а ) , а о т с ю д а с л е д у е т , что в и х р е в ы е н и т и с а м и н а себя замыкаются или лежат на границах жидкости, ибо если в и х р е в а я нить кончи л а с ь б ы в ж и д к о с т и о с т р и е м , то da= 0, и ш обратилась б ы в со. Возьмем в ншдкости ка кой-либо замкнутый контур, спроектируем н а к а с а т е л ь н у ю в к а ж д о й его т о ч к е с к о р о с т ь в этой точке v и возьмем по всему конту р у сумму произведений этих проекций на элемент контура. Полученное выражение =J v• cos a-ds, где а—угол между каса т е л ь н о й и н а п р а в л е н и е м с к о р о с т е й , a ds— элемент контура, называется циркуля ц и е й по д а н н о м у контуру. Цир к у л я ц и я играет очень большую р о л ь в В . т., и б о п р и п о м о щ и ее з н а ч и т е л ь н о у п р о щ а ю т с я нек-рые определения, выводы и ф-лы. Ц и р к у л я ц и я аналогична работе в механике, только в ней р о л ь силы играет скорость. По . т е о р е м е С т о к е а, ц и р к у л я ц и я п о в з я т о му замкнутому контуру в односвязном про с т р а н с т в е (т. е . в п р о с т р а н с т в е , в к - р о м в с я кий контур можно обратить в точку) рав на удвоенной сумме н а п р я ж е н и й всех вих ревых нитей, проходящих через площадь, о х в а т ы в а е м у ю к о н т у р о м . И з этой теоремы с л е д у е т , что е с л и ц и р к у л я ц и я п о л ю б о м у к о н т у р у р а в н а н у л ю , то у г л о в а я с к о р о с т ь вращения частиц равна нулю: «)г ?2 2 ? 2 о , отсюда ? = * 7 = ? = 0 ; это и есть п р и з н а к н а л и ч и я потенциала ско ростей и, следовательно, незавихренности .потока. Т . о. в невихревом потоке ц и р к у л я ц и я по л ю б о м у к о н т у р у р а в н а н у л ю . Ц и р к у л я ц и я по з а м к н у т о м у к о н т у р у , п р о в о д и м о м у ч е р е з о д н и и те ж е ч а с т и ц ы ж и д к о с т и , о с т а е т с я в о все в р е м я д в и ж е н и я п о с т о я н н о й ( т е о р е м а Т о м с о н а ) . О т с ю д а с л е д у е т , ч т о ес ли потенциал скоростей существовал в на = + г / + = ч а л ь н ы й м о м е н т , то о н будет с у щ е с т в о в а т ь и все в р е м я , и , н а о б о р о т , в и х р е в о е д в и ж е н и е , р а з оно с у щ е с т в у е т , р а з р у ш и т ь с я не может. Т а к и м образом в идеальной жидко сти в и х р и в о з н и к н у т ь не м о г у т . Рассмотрим бесконечно длинный прямо л и н е й н ы й в и х р е в о й ш н у р с ц и р к у л я ц и е й J, находящийся в среде, в к-рой других вих р е й н е т . Этот в и х р е в о й ш н у р в ы з о в е т в о к р у г себя определенное поле скоростей; ли н и и т о к о в этого д в и ж е н и я б у д у т к о н ц е н трическ. окружно стями , и мы получим т . н . ц и р к у л я ц и¬ о н н ы й п о т о к ( ф и г . 1), с к о р о с т и к о торого найдутся из следующих сообра ж е н и й . Т а к к а к вне в и х р я других вих р е й нет, т о , с л е д о в а т е л ь н о , по теореме ФИГ. 1. С т о к с а , в о к р у г этого в и х р я ц и р к у л я ц и я по л ю б о м у к о н т у р у б у д е т р а в н а J. Ц и р к у л я ц и я п о к о н ц е н т р и ческой вихрю окружности с радиусом г б у д е т : J=2nvr, откуда скоростьv=-^ - Если радиус цилиндрического в и х р я обозначить через г и скорость на поверхности через v , то с к о р о с т ь в л ю б о й т о ч к е в н е в и х р я будет v = ^~-- Е с л и п р и н я т ь v з а ось о р д и н а т , а г—за о с ь а б с ц и с с , то это у р - и е п р е д с т а в и т собою р а в н о б о к у ю г и п е р б о л у . К а к в и д и м , скорость при небольших г изменяется очень быстро, и при очень тонком шнуре, радиус которого близок к н у л ю , скорость близка к бесконечности; следовательно, теоретичес к и , о к о л о т а к о г о бесконечно т о н к о г о в и х р я получаются бесконечно большие скорости. Давление в к а ж д о й точке найдется по ур-ию: р = Const — Т. к. с уменьшением радиуса r 0 0 7 с к о р о с т ь у в е л и ч и в а е т с я , то в н у т р и в и х р я будет п о н и ж е н н о е д а в л е н и е . У к а з а н н ы й т и п в и х р я встречается в природе в виде смер чей, тайфунов и америк. торнадосов. Вслед ствие пониженного д а в л е н и я внутри в и х р я он з а х в а т ы в а е т с собой в с т р е ч а ю щ и е с я по п у т и его д в и ж е н и я п р е д м е т ы . С р а в н и т е л ь но резко ограниченная область больших скоростей и пониженного давления делает путь опустошения смерча т а к ж е резко очерченным. В случае н а л и ч и я не скольких прямолинейных вихрей скорость, вызван ную ими в какой-нибудь точке жидкости, можно найти, пользуясь принци пом независимости дей ствия, согласно которому полная вызванная вихря м и с к о р о с т ь р а в н а геомет р и ч . сумме с к о р о с т е й , в ы званных отдельными вих рями. В случае криволи н е й н ы х ш н у р о в в ы з в а н н а я элементом в и х р я ds с к о р о с т ь dv в т о ч к е А в ы р а ж а е т с я с л е д у ю щ и м о б р а з о м (фиг. 2): dv — „ ^ т в ш cp ds,