Флуиди
Крило на самолет
Това зададено поле на течение, а не извивката на крилото или еднаквото време на преминаване, създава по-бързото течение отгоре и съответната разлика в налягането.
Крило на самолет — интерактивна симулация Флуиди. Това зададено поле на течение, а не извивката на крилото или еднаквото време на преминаване, създава по-бързото течение отгоре и съответната разлика в налягането. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Подемна сила от течение
Този идеализиран модел на течение свързва разликата в налягането около крило с подемна сила нагоре.
Зададеното поле на течение има по-бърз въздух над крилото и по-ниско налягане там. Той илюстрира приноса на разликата в налягането към подемната сила; не предполага, че въздушните обеми трябва да пристигнат заедно.
- P + ½ρv² = константа
- Подемна сила ∝ ΔP · площ
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
Въздухът тече по-бързо над извърнатата горна страна на крило, отколкото под него. Според принципа на Бернули коя повърхност има по-ниско налягане — и какво означава това за крилото?
Предсказвания за преценка
- Горната повърхност има по-ниско налягане, създавайки нетна сила нагоре (подемна).
- Долната повърхност има по-ниско налягане, бутащо крилото надолу.
- И двете повърхности имат еднакво налягане, така че няма нетна сила.
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Площ на долния път A₁ (m²)
- Площ на горния път A₂ (m²)
- Входна въздушна скорост v₁ (m/s)
Какво измерваш:
- Скорост по горната повърхност v₂ (m/s)
- Разлика в налягането ΔP (горе − долу) (kPa)
Как протича изследването
- Отвори настройката крило и натисни Нулирай. Въздух тече над напречното сечение на крило; пътят по горната повърхност е по-тесен от долния, така че въздухът ускорява отгоре.
- Включи показанията за скорост по горната повърхност и разлика в налягането.
- Задай долната и горната напречни площи и входната въздушна скорост за всеки опит и запиши показанията за горната скорост и разликата в налягането.
Управляващо уравнение
Уравнение на непрекъснатостта — A₁·v₁ = A₂·v₂
За несжимаем флуид дебитът (площ × скорост) се запазва по линията на тока: A₁v₁ = A₂v₂. По-тесният път над горната страна на крилото принуждава въздуха там да се движи по-бързо.
Уравнение на Бернули (въздух) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
По хоризонтална линия на тока P + ½ρv² остава постоянно. Въздухът, движещ се по-бързо над горната страна на крилото, има по-ниско налягане там от по-бавния въздух отдолу — разликата в налягането, която допринася за подемната сила.
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- За един опит изчисли v₂ = A₁v₁/A₂ от непрекъснатостта, после ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²) с плътност на въздуха 1.225 kg/m³. Сравни и двете с показанията — ΔP е отрицателно, защото по-бързият въздух отгоре седи на по-ниско налягане, и точно това повдига крилото.
- Разликата в налягането тук е много по-малка в Pa, отколкото в експеримента вентури флуид при сходни скорости. Обясни защо, ползвайки стойността на плътността в уравнението на Бернули.
Къде това се появява извън лабораторията
- Този модел (непрекъснатост + Бернули) обяснява част от това как крилата създават подемна сила, ала реалната аеродинамична подемна сила зависи силно и от ъгъла на атака на крилото и не изисква въздушните обеми над и под крилото да пристигнат заедно на задния ръб. Защо една проста разказка за „еднакво време на преминаване“ за подемната сила може да подвежда?
- Плътността на въздуха пада на голяма надморска височина. С ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²) обясни защо крилото трябва да се движи по-бързо през разредения височинен въздух, за да генерира същата подемна сила, която би имало на морското равнище.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Добре дошъл при крилото
- Натисни Пусни
- Разлика на налягането
- Отвори панела Свойства
- Справи се!
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →