К.А. Макаров
2
При этом физическому смыслу данной величины внимания не уделя-
ется, поскольку, для математического вида решения это большого
значения не имеет. Однако вопрос о физическом смысле выходит на
первый план там, где встает задача об интерпретации результатов: в
прикладных задачах и при построении новых теоретических пред-
ставлений о тех или иных физических явлениях.
В публикациях по технической гидравлике, имеющих в большей
степени прикладную направленность [6], как правило, дается физиче-
ская интерпретация числа Рейнольдса как
величины, пропорциональ-
ной отношению сил инерции, к силам вязкого трения, действую-
щим в потоке
. Такое определение не является корректным, что прояв-
ляется при рассмотрении стационарных течений в каналах постоянного
сечения, для описания которых число Рейнольдса широко используется
(исторически оно и было введено для таких каналов).
Для анализа ситуации обратимся к смыслу принятого в механике
понятия «сила». Он вводится как характеристика причины, способ-
ной вызвать изменение количества движения (импульса) физического
тела, и численно равен скорости изменения импульса; в других тер-
минах, удобных для описания течения непрерывной среды, — как
изменение потока импульса на рассматриваемом интервале траекто-
рии движения непрерывной среды.
В соответствии с первым законом Ньютона, в инерциальных си-
стемах отсчета причиной такого изменения может быть только другое
физическое тело, а численное значение характеризует степень его воз-
действия на рассматриваемое тело. Сила инерции вводится (и имеет
смысл) только в неинерциальных системах отсчета. Ее принципиаль-
ная особенность в том, что она описывает изменение импульса тела (в
неинерциальных системах отсчета), не вызванное воздействием дру-
гих физических тел, а являющееся исключительно следствием неинер-
циальности системы отсчета, в которой работаем. Очевидно, в инерци-
альной системе отсчета ее быть принципиально не может, или можно
сказать, что она по определению равна нулю. При введении числа
Рейнольдса обычно работаем в инерциальных системах отсчета, свя-
занных со стенками канала, и используем скорость относительно сте-
нок канала, неподвижного относительно Земли, а в подавляющем
большинстве задач гидравлики Земля постулируется как инерциальная
система отсчета. Тогда, в соответствии с объявленным физическим
смыслом, число Рейнольдса должно быть равно нулю. Переход к си-
стеме отсчета, связанной с элементом текущей жидкости, не снимает
это противоречие в случае стационарного течения в канале с постоян-
ным сечением. В этом случае скорость потока постоянна, а любая си-
стема отсчета, движущаяся без ускорения относительно инерциальной
(Земли), тоже является инерциальной.
