Теперь по второму Вашему высказыванию:- масса воды (жидкости) над и под профилем проходящая от передней точки до ЗК разная , потому как сверху путь длиннее умножим на одинаковую скорость и получим разницу импульсов сверху и снизу ! Сверху импульс получается сильнее ? Не факт !
На мой взгляд, "не факт", что масса ( участвующая во взаимодействии с поверхностями ) различается. А вот, скорость вблизи поверхностей профиля различается. ( И это "видно" в дымовой камере по струйкам дыма.)
Результат будет тем же, что и при обратном утверждении -
импульс разный. Так же, как и кинетическая энергия у потока над профилем и под профилем. Где "сильнее" - это показывает результат анализа выражений для верхней и нижней поверхностей профиля. Точнее - результат вычислений.
При этом из-за отсутствия разности давлений скорость обтекания сверху и снизу будет одинаковая ? Опять не факт ! Сверху путь обтекания длиннее, вода несжимаема , но вязкостью обладает , а это значит что сверху сопротивления обтеканию будет больше , значит и скорость ниже.. Получаем разные(а возможно и одинаковые произведения) большей массы сверху , но при меньшей скорости обтекания чем снизу..
Извините, что не по вопросу, цитируемому выше, но, для начала ответа на него, считаю важными, некоторые разъяснения....
Я эдак: "Коротенько . Минут на 40..."©
*( Так же, прошу прощения, но формулы писать не буду. Не люблю я подбирать на клавиатуре символы. Это только запутает текст. А любознательный читатель сможет всё самостоятельно проверить по ссылкам и ключевым словам. Тем более, не хочу лишать его радости "открытий"...)
Есть такой математический "объект" -
Градиент. Он показывает величину и направление роста значения какого-либо параметра в пространстве.
*( Градиентом температуры воздуха по высоте будет её изменение при подъёме на каждые 100 м или километр ).
Этот объект удобен тем, что экономит... количество букв, которые нужно нажать на клавиатуре или произнести словами.
😁
Говоря, "градиент параметра А "..., следует понимать, что величина скорости возрастания значения этого параметра ( А ) будет максимальной в некотором направлении. А поскольку градиент - это вектор, то ( складывая значения координат ) он показывает и направление этого возрастания в пространстве.
Говоря простым языком, градиент - это скорость изменения чего-либо. + В каком направлении...
В механике физических тел и в механике сред, в частности, (
как смею предположить -
это моё личное видение процесса ) величина значения
градиента имеет пороговые или критические значения. При превышении этого значения, происходит качественное изменение в структуре среды или физического тела. Балка, при нагрузке более чем...( градиент деформации ) ломается. От скорости охлаждения зависит состав, величина и направление роста зёрен в расплаве. При достижении "Скорости Звука", скачком изменяются параметры среды....
Когда
в жидкости, значение градиента, обычно, скорости ( или давления, или температуры ) достигает некоторого порога, происходит фазовый переход из жидкого состояния в газообразное. Образуется кавитационный пузырь. "
Кавитация" в жидкости - это разрыв сплошности и локальное превышение скорости звука в этой среде ( в области, размерами сопоставимой с группой молекул ).
Поскольку вода обладает большой кинематической вязкостью ( в 180 раз больше воздуха ), то для образования зон кавитации, на границе с твёрдым телом, достаточно относительной скорости тела и воды всего в несколько метов в секунду.
Полагаю, что и
в газовой среде, аналогичное явление имеет место быть. Только приводит оно не к образованию "вакуумного пузыря", а к сдвигу слоёв вокруг некоторой
области. На границе этой
области происходит скачкообразное изменение коэффициента вязкого трения. Из-за достаточно большой относительной скорости молекул двух разных слоёв ( наличие критического "градиента скорости") более быстрый слой молекул не вовлекает в движение более медленный. Происходит проскальзывание слоёв ( аналогично тому, как проскальзывает груз на деревянной подставке на столе, когда мы тянем его не жёсткой верёвочкой, а через пружину ). В результате такого проскальзывания, в относительно бо'льшем масштабе, возникает турбуленция - завихрения в которых рассеивание энергии происходит значительно медленнее, чем в окружающей "аморфной" среде. Эти структурные элементы отделены от не возмущённой среды границей с пониженным коэффициентом вязкого трения.
Назовём эту
область ( для понимания и сокращения цитирования далее по тексту ) "
Градиентным сдвигом" ( ГС ) зарождение этой
области происходит на уровне группы молекул. ( Как "дислокации" в кристаллическом веществе ). При условии достаточной энергии, чтобы поддерживать и увеличивать размеры ГС, эта
область приобретает бо'льшие масштабы.
Если от локального ГС перейти к протяжённому в пространстве явлению, то получим разделение потока на ограниченные слои ( от граница, линия разделения ) в масштабе физического тела. Таким телом, в нашем случае, является профиль крыла. Множество ГС образует "пелену", плёнку или границу раздела на слои возле поверхности профиля. Так, можно выделить - это ламинарный "пограничный слой", а это - "турбулентный погран.слой"...
Теперь, вернёмся к жидкости. Как я выделил ранее, это явление ("градиентный сдвиг"- ГС)
аналогично кавитации. Но не является таковой в полном масштабе и значении. Оно причина турбулентости. Полномасштабная кавитация ( разрыв сплошности среды ) в жидкости происходит при несколько бо'льших значениях градиента и в бо'льшем масштабе. ГС формирует границы слоёв и кавитационных пузырьков.
Условия образования "градиентного сдвига" в слоях, связано с динамической
вязкостью . У воды она напрямую зависит от
градиента скорости потому, что практически не зависит от плотности ( плотность воды мало меняется от температуры. Жидкости более "связаны" водородными связями ). У воздуха, эта зависимость опосредована средней скоростью теплового движения молекул и средней длиной свободного пробега. Плотность воздуха сильнее меняется от температуры и она, так же, влияет на динамическую вязкость воздуха. Тем не менее, ни у жидкостей, ни у газов,
динамическая вязкость не зависит от давления. Потому,
всё, что происходит с воздушным "потоком" над профилем и под профилем за пределами "градиентного пузыря", не влияет на происходящее в пограничном слое на поверхности профиля. Не участвует в обмене импульсом. Иначе говоря,
не важно, как распределяется давление и двигаются объёмы воздуха на удалении вокруг крыла, если они не взаимодействуют с крылом. На прямую, они не оказывают никакого влияние на силы, возникающие на профиле. Это движение воздушных масс является следствием взаимодействия ( как выхлоп у двигателя внутреннего сгорания ).Тем не менее, эти массы воздуха формируют пространство вокруг и являются рабочей средой для повторного взаимодействия.
Полагаю, что "Природа"(?) так хитро всё устроила, что для возникновения ГС и в воде и в воздухе требуется одинаковое количество
энергии. Потому, для получения одинаковой Подъёмной Силы в воде нужна площадь крыла существенно меньше, чем в воздухе. И для движения на крыле, колеблющемся в воде, более чем достаточно человеческих усилий.
*(Это даёт надежду, что "прыжковый планер" ( аналог машущего полёта в продольном балансирном движении ) возможно реализовать и в воздухе.)
*****
Теперь, про "сверху" и "снизу".
На мой взгляд, следует разделять
механизм передачи импульсов ( давления ) на поверхность профиля в виде плоской пластины и в виде профилированной дужки. Механизмы разные.
"
Давление - это мера плотности кинетической энергии молекул"
На плоской пластине "снизу" импульсы передаются "больше", так сказать, чаще, от среднего импульса давления молекул в среде. Воздух ( или вода ) под пластиной имеет относительную (поверхности) скорость меньше, чем не возмущённый поток. Молекулы чаще сталкиваются с поверхностью, что выражается в повышении давления. Пластина затормаживает, "нагребает" молекулы.
*
( Полагаю, здесь можно провести аналогию с мячиком, прыгающим по движущейся на колёсах тележке. Мы заставляем мячик подпрыгивать, ударяя им по платформе. Затем, начинаем двигать платформу. Она "выезжает из под мячика". Чем быстрее мы двигаем платформу, тем меньшее количество прыжков, на ней, совершает мячик. И наоборот. Количество соударений мячика и платформы зависит от относительной скорости. От неё же зависит и суммарный импульс, переданный мячиком платформе.
Теперь, представьте, что мячик вертикально подпрыгивает на земле, достаточно высоко, чтобы мы подкатили под него платформу. Платформу устанавливаем под некоторым углом к поверхности, так, чтобы мячик, ударившись о платформу, отпрыгнул немного по ходу движения платформы...
Далее, развивая эту схему, - мячиков много, они прыгают без потери амплитуды ( энергии ) по всему "полю". Платформа, двигаясь под углом, накапливает в фронте движения мячики. Количество ударяющихся о платформу мячиков больше, чем на "поле" вокруг...
Это всего-лишь грубая аналогия но, возможно, так будет понятнее, почему на "нижней" поверхности плоской пластины, двигающейся под углом к относительной скорости воздуха, суммарный импульс будет больше чем у неподвижной пластины или двигающейся под нулевым углом атаки.
Так летает воздушный змей и бумажный самолётик. )
Теперь, о "дужке профиля".
"Сверху" ( если дужку расположить "с низу" будет то же самое ), перегиб поверхности, в относительном движении в среде ( из чистой геометрии ), создаёт условие, при котором угол соударения с молекулами ("мячиками") будет грубо говоря, неизменным или отрицательным. Т.е. молекулы будут отскакивать от лобика ( начального участка дужки ) и больше не касаться его поверхности...
Вы резонно возразите: " Ну! Это же не сверхзвуковое движение!" Верно, но теперь, если принцип ясен, "смягчим" условия. Пусть, молекулы будут ударять под пологим углом. Только часть импульса будет передаваться поверхности. А , поскольку перегиб поверхности профиля изменяется так, что угол становится всё более и более пологим, сообщаемый ими импульс меньше и меньше.
Теперь, предлагаю усложнить "моё" описание тем самым градиентом скорости и вызванным им "градиентным сдвигом" ( ГС ).
Носик профиля имеет поверхность, к которой набегающий воздух подходит почти перпендикулярно или под углами, близкими к 90 градусам. Затормозившиеся носиком, молекулы образуют низкоскоростной, ламинарный пограничный слой, непосредственно, на поверхности дужки.
Соседние слои, двигаясь вдоль него, имеют очень большой градиент скорости. Это опять же, определяется геометрией профиля - наличием лобика у дужки и "подталкивающими" эти слои набегающими молекулами из общего потока. От максимального значения градиента на начальном участке, до его минимума в районе мидельной части. Градиент скорости упорядочивает хаотическое тепловое движение молекул, сообщая ему преобладающее направление по скорости движения слоя. Это создаёт условия для образования границы поверхности "градиентного сдвига". Через эту границу, импульс от молекул ( давление ) передаётся в соседний слой значительно в меньшей степени.
Вся Подъёмная Сила на верхней поверхности создаётся в этом - "градиентном слое".
Таким образом, на участке дужки, "покрытой" поверхностью ГС, суммарный импульс молекул значительно меньше, чем в других частях профиля.
Разрушаясь, ГС переходит в систему вихрей над задней частью дужки профиля. Образуется турбулентный пограничный слой.
Эту сумму/ разность суммарных импульсов на верхней ( профилированной ) и нижней ( условно, прямой ) поверхностях, принято называть "Полной Аэродинамической Силой". Её образование связывают с различием в относительных скоростях и давлениях в потоках - заторможенного нижней поверхностью и разгоняемого верхней поверхностью профиля.
Полагаю, что
скос потока за профилем крыла, создающим Подъёмную Силу,
по большей части, обусловлен потерей кинетической энергии молекул, передавших часть своего импульса ( не массы, но потерей своей скорости ) крылу. Объём воздуха, который провзаимодействовал с крылом, имеет меньшую, сравнительно с окружающим его воздухом, внутреннюю кинетическую энергию. Это соответствует тому, что он приобретает существенно меньшую температуру, а значит и большую плотность. Такой объём, стремится к уменьшению потенциальной энергии. Это выражается в его устремлении к земле.
Стоит отметить, что принципиально, не зависимо от того создаётся ли подъёмная сила или только сопротивление ( случай аэростата , дирижабля ). Если воздух теряет свою внутреннюю кинетическую энергию, то он стремится к уменьшению потенциальной энергии. Т.е. получается, за дерижаблем так же, образуется скос потока.
Но единственно неоспоримый факт присутствует , на который я указывал давно - при отсутствии разницы давлений сверху и снизу профиля , есть реальный скос за ЗК вниз из-за формы профиля , а значит и реальная ПС.
Это, скорее, неоспоримый "не факт"...
Полагаю, без разницы давлений, на поверхностях профиля, нет Подъёмной Силы. Нет и скоса потока за профилем.
Плоская пластина с нулевым углом атаки - как классический пример.
