Номер 4, страница 148, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Механика жидкостей и газов. Параграф 34. Движение жидкостей и газов - номер 4, страница 148.

Условие.

4. Почему дым от костра в безветренную погоду вначале поднимается ровной струёй, а затем начинает клубиться?

Решение.

Решение

Это явление объясняется переходом потока воздуха с дымом из одного режима течения в другой, а именно из ламинарного в турбулентный.

1. Начальный подъем (ламинарное течение). Дым от костра состоит из горячих газов и мелких твердых частиц. Поскольку горячий газ имеет меньшую плотность, чем окружающий его более холодный воздух, на него действует выталкивающая сила (сила Архимеда), заставляющая его подниматься. Сразу над костром, в безветренную погоду, скорость подъема дыма относительно невелика. Поток движется упорядоченно, слоями, которые плавно скользят друг относительно друга без значительного перемешивания. Такой режим течения называется ламинарным. Визуально мы наблюдаем его как ровную, непрерывную струю.

2. Переход к завихрениям (турбулентное течение). По мере подъема столб дыма ускоряется под действием постоянной выталкивающей силы. Его скорость увеличивается. В какой-то момент силы инерции, связанные с движением потока, начинают преобладать над силами вязкого трения, которые стремятся сгладить любые возмущения. Когда скорость потока превышает определенное критическое значение, упорядоченное ламинарное движение становится неустойчивым и разрушается.

Поток переходит в новый режим — турбулентный. Этот режим характеризуется хаотичным движением с образованием множества вихрей разного размера. Именно эти вихри и хаотичное перемешивание дыма с окружающим воздухом мы и видим как "клубы". Переход между этими двумя режимами описывается с помощью безразмерного критерия — числа Рейнольдса ($Re$). Ламинарное течение наблюдается при малых значениях числа Рейнольдса, а турбулентное — при больших. По мере подъема дыма его скорость растет, число Рейнольдса увеличивается, и происходит переход к турбулентности.

Ответ: Вначале дым поднимается ровной струей, потому что его скорость мала, и режим течения является ламинарным (упорядоченным). По мере подъема скорость дыма возрастает, что приводит к переходу течения в турбулентный (хаотичный) режим, который визуально проявляется в виде завихрений и клубов.