Правда, опыты производятся не с движущимся телом, а с воздухом, набегающим на тело, но из физики известно, что принцип обратимости приложим и в аэродинамике, так что сила сопротивления воздуха будет одинаковой, независимо от того, движется ли тело в воздухе или воздух набегает на тело. Разница заключается только в том, что в первом случае воздух стремится затормозить движение тела, а во втором, наоборот, он стремится двигать тело в направлении воздушного потока. Но там и тут силы воздействия вызываются сопротивлением и подчиняются одним и тем же законам.
Закон Бернулли в известной мере помогает понять, почему сопротивление воздуха телам разной формы неодинаково.
Дело в том, что плавного, невозмущенного обтекания вообще нет. Если мы хотим укрыться от ветра, то мы становимся за угол дома, куда ветер не забегает и где образуется область «аэродинамической тени». Если бы существовало плавное обтекание, то такой тени не получилось бы и от ветра было бы невозможно укрыться. Дело обстоит не так. Потоки воздуха по инерции срываются с обтекаемой им стены, и за углом, в тени его, образуется область с беспорядочным движением. Вследствие увеличения скоростного напора уменьшается давление в потоке, и это пониженное давление передается и в область аэродинамической тени, так что за углом дома или испытываемым на сопротивление телом — например, за пластинкой — образуется область пониженного давления. В то же время перед пластинкой или перед домом создается повышенное давление вследствие уменьшения скорости воздушного потока, наталкивающегося на препятствие.
Пластинка является, разумеется, бóльшим препятствием, чем шар, ибо воздух обтекает шар более плавно, чем пластинку, и сопротивление воздуха тут будет меньше, так как разность давлений перед шаром и позади его будет меньше, чем перед пластинкой и за ней. В случае же сигарообразного тела срыв струй и беспорядочное вихреобразование становятся настолько незначительными, что разности давлений перед телом и позади него почти не получается.
Движение воздушных струй, встречающих на своем пути пластинку, стоящую перпендикулярно к потоку.
Сопротивление воздуха такому хорошо обтекаемому телу раз в двадцать пять меньше, чем сопротивление пластинке. Можно считать, что сопротивление воздуха хорошо обтекаемому телу обусловливается только трением воздуха о поверхность тела.
Так обстоит дело с сопротивлением, когда воздушный поток обтекает тело симметрично, одинаково со всех сторон. Сопротивление, возникающее в зависимости от формы тела и от трения воздуха, называется лобовым сопротивлением, и при симметричном обтекании оно только тормозит движение тела.
Нечто совершенно иное получается при несимметричном обтекании, когда, скажем, пластинка поставлена под некоторым углом к воздушному потоку. В этом случае сила воздействия воздуха, возникающая в результате разности давлений под пластинкой и над нею, будет направлена не по воздушному потоку, а под углом к нему. Возникает подъемная сила, направленная перпендикулярно к потоку, которая стремится отнести пластинку или вверх, или в сторону, в зависимости от положения пластинки.
Движение воздушных струй, встречающих на своем пути пластинку, стоящую под некоторым углом к потоку.
Обыкновенный детский бумажный змей и есть такая пластинка, которую хвост и бечева держат под некоторым углом к набегающему воздушному потоку. Змей поднимается при этом независимо от того, тянет ли его в воздухе за бечеву рука ребенка или, наоборот, на змей набегает ветер, а ребенок стоит неподвижно.
Известный тысячи лет и все-таки загадочный полет змея основывается, таким образом, на свойстве воздушного потока создавать подъемную силу при набегании его на плоскую пластину, поставленную наклонно к потоку. Угол, под которым наклонена пластина по отношению к набегающему на нее потоку, называют «углом атаки».
Вот, примерно, тот круг основных аэрогидродинамических знаний и представлений, какой имелся в мировой науке к началу нынешнего века, ознаменовавшемуся повсеместным строительством самолетов.