Рис. 90. Вихри образуют углубление с подветренной стороны песчаной дюны
Совершенно естественно, движущийся воздух не хотел заполнять сквозные отверстия и огибать острые углы. Великолепной иллюстрацией сказанного являются также песчаные дюны. Дюны на пляже для этой цели не очень подходят, так как песок на морском берегу образуется в результате постепенного разрушения раковин и, поскольку запас раковин пополняется все время, песчинки имеют разные размеры. Гораздо лучше совершенно одинаковые по весу песчинки, обкатанные в пустынях в течение тысячелетий. Однажды я видел огромную песчаную дюну с плавно возвышающейся выпуклой наветренной стороной; вершина ее опускалась почти отвесно, образуя с подветренной стороны впадину, в которую не попадал ветер, срывавшийся с вершины, и из которой вихри поставляли песок основному потоку. На рис. 90 показана эта песчаная дюна в разрезе.
Однако для того чтобы проследить поведение воздушных потоков, необязательно жить в пустыне или вырезать фигуры из дерева. Дым из труб, падающий снег, кружащиеся листья, полет птиц, облака и движение маленьких туч — всем этим естественным и повседневным вещам есть о чем рассказать, надо только уметь их «читать».
Очень простым примером, позволяющим понять поведение воздушного потока при внезапном появлении препятствия, является снегопад. У большинства автомобилей (по крайней мере с обтекаемыми формами) снег скапливается на ветровом стекле, так как поток воздуха, несущий снежинки, обтекает гладкие и плавные обводы. В то же время передняя часть автобусов и грузовиков часто крутая и при движении с силой расталкивает воздух в стороны, вызывая в нем возмущения. При этом воздух бешено крутится, и турбулентные вихри образуют перед ветровым стеклом воздушную подушку, которая препятствует накоплению снега. На рис. 91 и 92 поясняется сказанное.
Попытайтесь стряхнуть пепел с сигареты перед лобовым стеклом довольно высокого автомобиля или грузовика — обычно вначале пепел полетит вперед, а затем в сторону.
В этих простых примерах, показывающих ситуацию у наветренной стороны, двигался не воздух, а некоторый объект. Яхтсменов же больше интересует поведение движущегося потока при встрече с неподвижным препятствием. Однако принципы здесь одни и те же.
О том, что происходит с потоком на подветренной стороне препятствия, можно судить по множеству признаков. Всем известно, что за обтекаемым автомобилем поднимается сравнительно мало пыли, листьев и т. д., а необтекаемая машина будет тащить за собой весь мусор, втягиваемый в образующееся сзади разреженное пространство.
Рис. 91. Плавный ламинарный воздушный поток вокруг обтекаемой автомашины
Рис. 92. Необтекаемый автомобиль при движении создает турбулентность
Еще нагляднее этот участок с меньшим давлением, вызывающим всасывание, можно представить, наблюдая в ветреный день за дымом из высокой фабричной трубы. С вершины трубы срывается огромная струя дыма, а с ее подветренной стороны (там, где отрицательное давление) видна тонкая струйка опускающегося дыма. Эта турбулизированная и завихренная струйка дыма может опускаться вниз по трубе на 10 метров и более, наглядно иллюстрируя тот факт, что быстро движущийся воздух не успевает заполнить пространство за трубой, в котором скопился завихренный воздух. Это явление показано на рис. 93.
Рис. 93. Вовлечение с подветренной стороны трубы затягивает клубы дыма вниз
Многие слышали о замечательных полетах альбатросов, которые день за днем могут парить за судном, не шевеля крыльями, но немногие это видели. Один известный яхтсмен рассказывал мне следующее. Внимательно наблюдая за одним альбатросом, он заметил, что птица всегда выбирала позицию относительно судна и ветра так, чтобы парить в восходящем потоке воздуха, образующегося над судном. Большую часть времени птица находилась за кормой, так как из-за движения судна восходящий поток на высоте парения несколько отклоняется назад. Сказанное изображено на рис. 94. Альбатрос парит в восходящем потоке вымпельного ветра. Над большими препятствиями часто можно видеть парящих чаек. Однажды я наблюдал удивительное проявление таких восходящих потоков. Несколько чаек парили в восходящем потоке над большим ангаром для гидросамолетов, этот поток возникал при ударе ветра в закрытые ворота с наветренной стороны. Через минуту — две ворота открылись, чтобы впустить подошедший трактор, ветер проник в ангар и стал кружиться внутри. Огорченные чайки, у которых украли восходящий поток, с негодованием улетели, взмахивая крыльями.