Ефект Магнуса

Ефект Магнуса (англ. Magnus effect; нім. Magnusscher Effekt m) — виникання поперечної сили, яка діє на тіло, що обертається в потоці рідини (газу), який набігає на нього.

Приставимо два пластикових стаканчики дном один до одного і з'єднаємо їх разом за допомогою ізострічки.
Намотаємо на стаканчики шматок гумового джгута і добряче його розтягнемо.
Якщо відпустити стаканчики, ми побачимо дещо дивовижне:
наш планер спочатку різко піднімається вгору а потім по похилій кривій (глісаді) летить донизу.
Щоб цей політ було краще видно, знімемо його швидкісною камерою і зробимо трасування траєкторії.
На цьому відео добре видно, що планер спочатку різко підіймається вгору, а потім спускається вниз практично із постійною швидкістю.
Щоб пояснити цей ефект, уявимо собі, що стаканчики обертаються на місці, а на них налітає потік повітря.
Циліндр, що обертається, захоплює повітря і відхиляє його донизу.
За другим законом Ньютона, для зміни імпульсу повітряного струменя, на нього повинна діяти сила з боку планера.
За третім законом Ньютона, з боку повітря на планер діє рівна за величиною і протилежна за напрямком аеродинамічна сила.
Розкладемо цю силу на два компоненти:
поздовжню - силу лобового опору; і поперечну - підіймальну силу.
Цю поперечну силу, що виникає через обертання планера, називають силою Магнуса, за іменем її першовідкривача.
Чим більша швидкість планера, тим більша аеродинамічна сила.
На початковій ділянці польоту аеродинамічна сила перевищує силу тяжіння, що діє на планер.
Тому вона гальмує планер і повертає його швидкість вгору.
А на глісаді аеродинамічна сила врівноважує силу тяжіння, ось він і рухається рівномірно прямолінійно за першим законом Ньютона.
Було б добре побачити це відхилення повітряного струменя на досліді.
Для цього скористаємося саморобною аеродинамічною трубою, яку побудували учасники турніру юних фізиків з інженерного ліцею НДТУ.
Увімкнемо трубу і знімемо швидкісною камерою обтікання нерухомого циліндра.
Потік повітря візуалізується з допомогою струменів диму і лазерного ножа.
На відео добре видно тіньову зону позаду циліндра.
А тепер примусимо циліндр обертатися.
Повітряний потік став помітно відхилятися донизу.
Циліндр, що обертається в набігаючому повітряному потоці, створює підіймальну силу.
Цей ефект потрібно спробувати використати.
Німецький винахідник Антон Флетнер побудував судно з роторними вітровими двигунами.
І в 1926 році воно вдало перетнуло Атлантику.
Спроба замінити циліндром, що обертається, крило літака виявилася не такою вдалою.
Хоча авіамоделі з такими циліндричними крилами досить непогано літають.
І, звичайно ж, ефектом Магнуса користуються футболісти, надсилаючи м'яч у ворота крученим ударом.
Го-о-о-о-ол!!!