Fluids
Ala d'avió
Aquest camp de flux prescrit, no la curvatura de l'ala ni el temps de trànsit igual, proporciona el flux superior més ràpid i la seva diferència de pressió.
Ala d'avió — simulació interactiva de Fluids. Aquest camp de flux prescrit, no la curvatura de l'ala ni el temps de trànsit igual, proporciona el flux superior més ràpid i la seva diferència de pressió. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Sustentació del flux
Aquest model de flux idealitzat lliga una diferència de pressió a través d'un perfil d'ala amb una sustentació cap amunt.
El camp de flux prescrit té aire més ràpid sobre l'ala i menys pressió allà. Il·lustra una contribució de diferència de pressió a la sustentació; no assumeix que els paquets d'aire hagin d'arribar alhora.
- P + ½ρv² = constant
- Sustentació ∝ ΔP · àrea
Resum de la investigació
Planifica la pregunta abans d'obrir el laboratori
El resum reflecteix la pàgina prerenderitzada: la pregunta conductora, les prediccions rivals, els rols de les variables, les lleis que governen, la configuració, l'anàlisi i les preguntes d'extensió es mantenen visibles i en aquest ordre.
Pregunta conductora
L'aire flueix més de pressa per sobre de la part corba superior d'un perfil que per sota. Segons el principi de Bernoulli, quina superfície té menys pressió, i què vol dir això per a l'ala?
Prediccions a valorar
- La superfície superior té menys pressió, creant una força resultant cap amunt (sustentació).
- La superfície inferior té menys pressió, empenyent l'ala cap avall.
- Les dues superfícies tenen pressió igual, o sigui que no hi ha força resultant.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Àrea del camí inferior A₁ (m²)
- Àrea del camí superior A₂ (m²)
- Velocitat de l'aire d'entrada v₁ (m/s)
El que tu mesures:
- Velocitat de la superfície superior v₂ (m/s)
- Diferència de pressió ΔP (superior − inferior) (kPa)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit «Ala d'avió» i prem Restableix. L'aire flueix per la secció d'un perfil d'ala; el camí de la superfície superior és més estret que el de sota, i per tant l'aire s'accelera per sobre.
- Activa les lectures de velocitat a la superfície superior i de diferència de pressió.
- Defineix les àrees de secció inferior i superior i la velocitat de l'aire d'entrada per a cada prova, i enregistra les lectures de velocitat superior i de diferència de pressió.
Equació governant
Equació de continuïtat — A₁·v₁ = A₂·v₂
Per a un fluid incompressible, el cabal (àrea × velocitat) es conserva al llarg d'una línia de corrent: A₁v₁ = A₂v₂. El camí més estret per sobre del perfil força l'aire allà a moure's més de pressa.
Equació de Bernoulli (aire) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
Al llarg d'una línia de corrent horitzontal, P + ½ρv² es manté constant. L'aire que es mou més de pressa per sobre de l'ala hi té menys pressió que l'aire més lent de sota: la diferència de pressió que contribueix a la sustentació.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Per a una prova, calcula v₂ = A₁v₁/A₂ per continuïtat i després ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²) amb densitat de l'aire d'1.225 kg/m³. Compara totes dues amb les lectures: ΔP és negatiu perquè l'aire més ràpid de sobre seu a pressió més baixa, i això és el que sosté l'ala.
- La diferència de pressió aquí és molt més petita en Pa que a l'experiment «Tub de Venturi» per velocitats semblants. Explica per què, amb el valor de la densitat de l'equació de Bernoulli.
On apareix això més enllà del laboratori
- Aquest model (continuïtat + Bernoulli) explica part de com les ales generen sustentació, però la sustentació aerodinàmica real també depèn fortament de l'angle d'atac de l'ala, i no exigeix que els paquets d'aire de sobre i de sota de l'ala arribin junts a la vora de sortida. Per què una explicació simple de «temps de trànsit igual» sobre la sustentació pot enganyar?
- La densitat de l'aire baixa a gran altitud. Amb ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), explica per què una ala ha de moure's més de pressa per l'aire fi de gran altitud per generar la mateixa sustentació que a nivell del mar.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Benvingut a Ala de fluid
- Prem Reprodueix
- Diferència de pressió
- Obre el panell de Propietats
- Ho has aconseguit!
Obre la simulació interactiva per construir l'escena, prem Reprodueix i explora amb mesures en directe i un tutorial guiat.
Obre el laboratori interactiu →
Descarrega el full de treball →