Magnusa efekts

Magnusa efekts

Magnusa efekts ir fizikāla parādība, kas izpaužas, rotējošam objektam kustoties cauri gāzei vai šķidrumam. Uz objektu iedarbojas spēks perpendikulāri tā kustības virzienam. Šo parādību 1853. gadā aprakstījis vācu zinātnieks Heinrihs Gustavs Magnuss un tā nosaukta viņa vārdā. Magnuss novēroja neprecizitātes lielgabala ložu trajektorijā pēc to izšaušanas.

Rotējoša cilindra gadījumā pie cilindra virsmas gaiss rotē līdzi cilindram ar cilindra virsmas tangenciālo ātruma komponenti bez berzes, un ar viskozitātes palīdzību pārnes tā rotāciju uz blakus esošiem gaisa slāņiem. Šis nosacījums paātrina gaisa plūsmu cilindra rotācijas virzienā un samazina to pretējā virzienā.

Magnusa spēku var noteikt pēc formulas:

$F={-\rho vK}$,

kur $\rho$ ir gāzes vai šķidruma blīvums, $v$ – plūsmas ātrums (x-ass virzienā, no kreisās uz labo), $K$ – virpuļa cirkulācija (pretēji pulksteņa rādītāja virzienā).

Ja $v$ un $K$ ir pozitīvi, tad spēks $F$ ir vērsts uz leju.

Virpuļa cirkulāciju var izteikt ar formulu:

$K=\omega 2\pi R^{2}$,

kur $R$ - rādiuss, $\omega$ - leņķiskais ātrums.

Reālas plūsmas gadījumā cēlējspēks $F_{L}$ un pretestības spēks $F_{D}$ uz viena platuma vienību tiek izteikts:

$F_{L}={C_{L}A\rho {\frac {v_{o}^{2}}{2}}}$

$F_{D}={C_{D}A\rho {\frac {v_{o}^{2}}{2}}}$

$C_{L}$ – celtspējas koeficients, $C_{D}$ – pretestības koeficients, $\rho$ – blīvums, $A$ – virsmas laukums, $v_{o}$ – gaisa plūsmas ātrums.

Kuģis ar turboburām

1920. gados vācu fiziķis un inženieris Antons Fletners ierosināja ideju par kuģi, kas spētu pārvietoties, izmantojot Magnusa efektu. Lai nodemonstrētu “rotora-kuģa” praktiskumu, viņš nopirka buru kuģi un aizvietoja tā mastus ar diviem vertikāliem cilindriem, kuri bija 15 metrus augsti un 3 metrus diametrā. Šie cilindri izskatījās kā skursteņi. To griezes kustību nodrošināja 34 kW motori. Vēja plūsma kopā ar cilindru rotāciju radīja spēku (Magnusa efektu), kas grūda kuģi uz priekšu. Kuģis tika nosaukts par "Badenbādeni". Tas veiksmīgi šķērsoja Atlantijas okeānu, ierodoties Ņujorkas ostā 1926 gada 9. maijā. Kaut arī tika nodemonstrētas kuģa spējas, tas joprojām nebija tik efektīvs un praktisks kā parastie kuģi, un šī ideja netika turpināta.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Magnusa efekts.
• Analytic Functions, The Magnus Effect, and Wings MathPages