Подемна сила на крило: принципът на Бернули над крилото
1 · Предскажи
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?
- 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.
2 · Постановка
- 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.
3 · Събери данни
| Площ на долния път A₁ (m²) | Площ на горния път A₂ (m²) | Входна въздушна скорост v₁ (m/s) | Скорост по горната повърхност v₂ (m/s) | Разлика в налягането ΔP (горе − долу) (kPa) |
|---|---|---|---|---|
| 6.00e-4 | 3.00e-4 | 22.00 | ||
| 6.00e-4 | 3.00e-4 | 30.00 | ||
| 6.00e-4 | 4.00e-4 | 25.00 |
Чертай разликата в налягането ΔP (ос y) спрямо скоростта по горната повърхност v₂ (ос x) за трите си опита.
4 · Анализирай
- 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.
5 · Надгради
- 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.
Физиката зад този експеримент
Уравнение на непрекъснатостта
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)
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.