الموائع
جناح طائرة
مجال التدفق المفروض هذا، لا انحناء الجناح ولا زمن العبور المتساوي، هو ما يوفر التدفق الأسرع في الأعلى وفرق ضغطه.
جناح طائرة — محاكاة الموائع تفاعلية. مجال التدفق المفروض هذا، لا انحناء الجناح ولا زمن العبور المتساوي، هو ما يوفر التدفق الأسرع في الأعلى وفرق ضغطه. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
رفع من التدفق
يربط هذا النموذج التدريبي المثالي فرقَ ضغط عبر جناح برفعٍ إلى الأعلى.
مجال التدفق المفروض فيه هواء أسرع فوق الجناح وضغط أدنى هناك. يوضح مساهمة فرق الضغط في الرفع؛ ولا يفترض وجوب وصول طرَفات الهواء معًا.
- P + ½ρv² = ثابت
- الرفع ∝ ΔP · المساحة
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
يتدفق الهواء أسرع فوق السطح العلوي المنحني لجناح مما تحته. بمبدأ برنولي، أي السطحين ضغطه أدنى — وبماذا يعني ذلك للجناح؟
توقعات للموازنة
- السطح العلوي ضغطه أدنى، فينشأ صافي قوة إلى الأعلى (رفع).
- السطح السفلي ضغطه أدنى، فيدفع الجناح إلى الأسفل.
- السطحان بالضغط نفسه، فلا محصلة قوة.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- مساحة المسار السفلي A₁ (m²)
- مساحة المسار العلوي A₂ (m²)
- سرعة هواء المدخل v₁ (m/s)
ما تقيسه:
- سرعة السطح العلوي v₂ (m/s)
- فرق الضغط ΔP (أعلى − أسفل) (kPa)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة الجناح واضغط إعادة. هواء يتدفق فوق مقطع جناح؛ مسار السطح العلوي أضيق من السفلي، فيتسارع الهواء فوقه.
- فعّل قراءتي سرعة السطح العلوي وفرق الضغط.
- اضبط المقطعين العرضيين السفلي والعلوي وسرعة هواء المدخل لكل تجربة، وسجل قراءتي السرعة العلوية وفرق الضغط.
المعادلة الحاكمة
معادلة الاتصالية — A₁·v₁ = A₂·v₂
لمائع غير قابل للانضغاط، معدل التدفق (المساحة × السرعة) محفوظ على امتداد خط الانسياب: A₁v₁ = A₂v₂. المسار الأضيق فوق قمة سطح الإقلاع يفرض على الهواء هناك التحرك أسرع.
معادلة برنولي (هواء) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
على خط انسياب أفقي يبقى P + ½ρv² ثابتًا. الهواء الأسرع فوق أعلى الجناح ضغطه أدنى هناك من الهواء الأبطأ تحته — وهو فرق الضغط الذي يسهم في الرفع.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب v₂ = A₁v₁/A₂ من الاستمرارية، ثم ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²) بكثافة هواء 1.225 kg/m³. قارن كليهما بالقراءتين — ΔP سالبة لأن الهواء الأسرع فوق السطح العلوي عند ضغط أدنى، وهو ما يرفع الجناح.
- فرق الضغط هنا أصغر بكثير بالباسكال منه في تجربة فنتوري عند سرعات مماثلة. اشرح لماذا، مستخدمًا قيمة الكثافة في معادلة برنولي.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- يفسر هذا النموذج (الاتصالية + برنولي) جزءًا من كيفية توليد الأجنحة الرفع، لكن الرفع الأيروديناميكي الحقيقي يعتمد كثيرًا أيضًا على زاوية الهجوم، ولا يشترط وصول طرَفات الهواء فوق الجناح وتحته إلى الحافة الخلفية معًا. لماذا قد تكون قصة «زمن العبور المتساوي» عن الرفع مضللة؟
- تنخفض كثافة الهواء على الارتفاعات العالية. باستخدام ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²)، اشرح لماذا يحتاج الجناح إلى التحرك أسرع في الهواء الرقيق عالي الارتفاع ليولّد الرفع نفسه الذي يولده عند مستوى البحر.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- أهلًا بك في الجناح
- اضغط تشغيل
- فرق ضغط
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.