Номер 4, страница 150, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

4. В чем заключается эффект Магнуса?

4. Решение

Эффект Магнуса — это физическое явление, которое возникает, когда вращающееся тело (например, шар или цилиндр) движется в потоке жидкости или газа. Суть эффекта заключается в появлении силы, действующей на тело перпендикулярно направлению его движения. Эта сила называется силой Магнуса.

Механизм возникновения этой силы объясняется следующим образом. Вращающееся тело из-за вязкости увлекает за собой прилегающие к его поверхности слои среды (пограничный слой). С одной стороны тела направление вращения поверхности совпадает с направлением набегающего потока. В результате скорости потока и поверхности складываются, и общая скорость движения среды относительно тела увеличивается. С противоположной стороны тела направление вращения поверхности противоположно направлению потока; здесь скорости вычитаются, и общая скорость среды уменьшается. Согласно закону Бернулли, там, где скорость потока выше, давление ниже, и наоборот. Следовательно, на стороне с большей скоростью потока создается область пониженного давления, а на стороне с меньшей скоростью — область повышенного давления. Эта разница давлений порождает результирующую силу, направленную от области высокого давления к области низкого. Эта сила и есть сила Магнуса. Она всегда перпендикулярна и вектору скорости движения тела, и оси его вращения.

Направление силы Магнуса $ \vec{F_M} $ определяется правилом векторного произведения угловой скорости вращения $ \vec{\omega} $ и скорости поступательного движения $ \vec{v} $:

$ \vec{F_M} \sim [\vec{\omega} \times \vec{v}] $

где знак $ \sim $ означает "пропорционально".

Эффект Магнуса широко наблюдается в спорте (например, "крученые" мячи в футболе, теннисе, бейсболе, траектория которых искривляется) и находит применение в технике (например, роторные паруса Флеттнера, использующие силу Магнуса для движения судов).

Ответ: эффект Магнуса заключается в возникновении поперечной силы, действующей на вращающееся тело, которое движется в жидкости или газе. Эта сила обусловлена разностью давлений на противоположных сторонах тела, создаваемой асимметричным обтеканием тела потоком, и приводит к отклонению траектории тела от прямолинейной.