§ 193. Турбулентность в потоке жидкости или газа

Глядя с большого расстояния на дым, выходящий из фабричной трубы и уносимый ветром, мы видим сплошную струю, равномерно вытекающую из отверстия трубы и вытягивающуюся по направлению ветра. Дым делает видимым движение воздуха, и издали, когда мелкомасштабные движения не видны, представляется, что оно происходит плавно, в виде отдельных струй. Одной из таких струй и является дымная полоса.

Теперь приблизимся к трубе и присмотримся внимательнее к деталям движения воздуха в дымной струе. Мы увидим беспорядочные клубы дыма, перемешивающиеся между собой; клубящаяся масса и уносится в виде струи набегающим потоком ветра. Издали было видно только это общее регулярное движение; вблизи обнаруживается, что отдельные участки струи совершают еще и беспорядочные движения то в одну, то в другую сторону, то перегоняя струю, то отставая от нее. Это явление — наличие в потоке беспорядочных движений участков среды — называют турбулентностью потока.

Благодаря турбулентности происходит перемешивание потока. Например, в дымной струе беспорядочные движения воздуха переносят частицы дыма во все стороны; струя расширяется и на большом расстоянии от трубы оказывается размытой. Этот результат турбулентности виден и на большом расстоянии.

Турбулентность — весьма распространенное явление. При ветре движение воздуха всегда турбулентно. При движении тела в воздухе позади него образуется турбулентный след; явление особенно сильно выражено для тел, плохо обтекаемых встречным потоком; с этим связано и большое значение силы сопротивления для таких тел (§ 190). Турбулентно и течение воды в реке, и движение воды в водопроводных трубах и т. д. Турбулентность в потоке жидкости или газа может отсутствовать только при определенных условиях (см. следующий параграф).

Чтобы непосредственно наблюдать турбулентность, нужно сделать видимым движение потока воды или воздуха. В воздухе это легко осуществить при помощи дыма.

В воде можно применить подкрашивание струек какой-нибудь краской или чернилами. Если, например, пропускать быстрый поток воды по стеклянной трубке и ввести в трубку тонкую трубочку, через которую подавать струйку чернил, то расплывание струйки укажет на турбулентность (рис. 351).

Рис. 351. Турбулентное движение воды