Ρευστά
Πτέρυγα αεροπλάνου
Αυτό το προσδιορισμένο πεδίο ροής, όχι η καμπυλότητα της πτέρυγας ούτε ο ίσος χρόνος διέλευσης, δίνει την ταχύτερη άνω ροή και τη διαφορά πίεσής της.
Πτέρυγα αεροπλάνου — διαδραστική προσομοίωση Ρευστά. Αυτό το προσδιορισμένο πεδίο ροής, όχι η καμπυλότητα της πτέρυγας ούτε ο ίσος χρόνος διέλευσης, δίνει την ταχύτερη άνω ροή και τη διαφορά πίεσής της. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνωση από ροή
Αυτό το ιδανικοποιημένο μοντέλο ροής συνδέει μια διαφορά πίεσης πάνω από αεροτομή με ανοδική άνωση.
Το προκαθορισμένο πεδίο ροής έχει ταχύτερο αέρα πάνω από την πτέρυγα και χαμηλότερη πίεση εκεί. Εικονογραφεί τη συνεισφορά διαφοράς πίεσης στην άνωση· δεν υποθέτει ότι σωματίδια αέρα πρέπει να φτάνουν μαζί.
- P + ½ρv² = σταθερά
- Άνωση ∝ ΔP · εμβαδόν
Σύνοψη έρευνας
Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο
Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.
Βασική ερώτηση
Ο αέρας ρέει ταχύτερα πάνω από το καμπυλωτό πάνω μέρος αεροτομής παρά από κάτω. Σύμφωνα με την αρχή Bernoulli, ποια επιφάνεια έχει χαμηλότερη πίεση — και τι σημαίνει αυτό για την πτέρυγα;
Προβλέψεις προς σταθμίσει
- Η πάνω επιφάνεια έχει χαμηλότερη πίεση, δημιουργώντας καθαρή ανοδική δύναμη (άνωση).
- Η κάτω επιφάνεια έχει χαμηλότερη πίεση, ωθώντας την πτέρυγα προς τα κάτω.
- Και οι δύο επιφάνειες έχουν ίση πίεση, ώστε δεν υπάρχει καθαρή δύναμη.
Ρόλοι μεταβλητών
Τι ρυθμίζεις:
- Εμβαδόν κάτω διαδρομής A₁ (m²)
- Εμβαδόν πάνω διαδρομής A₂ (m²)
- Ταχύτητα εισόδου αέρα v₁ (m/s)
Τι μετράς:
- Ταχύτητα άνω επιφάνειας v₂ (m/s)
- Διαφορά πίεσης ΔP (πάνω − κάτω) (kPa)
Πώς εκτελείται η έρευνα
- Άνοιξε την προεπιλογή fluid-wing και πάτησε Επαναφορά. Ο αέρας ρέει πάνω από διατομή αεροτομής· η διαδρομή της πάνω επιφάνειας είναι στενότερη από της κάτω, ώστε ο αέρας επιταχύνει πάνω από την κορυφή.
- Ενεργοποίησε τις ενδείξεις ταχύτητας πάνω επιφάνειας και διαφοράς πίεσης.
- Ρύθμισε τα εμβαδά διατομής κάτω και πάνω και την ταχύτητα εισόδου αέρα για κάθε δοκιμή, και κατέγραψε τις ενδείξεις ταχύτητας κορυφής και διαφοράς πίεσης.
Κυρίαρχη εξίσωση
Εξίσωση συνέχειας — A₁·v₁ = A₂·v₂
Για ασυμπίεστο υγρό, η παροχή (εμβαδόν × ταχύτητα) διατηρείται κατά μήκος ροϊκής γραμμής: A₁v₁ = A₂v₂. Η στενότερη διαδρομή πάνω από την κορυφή της αεροτομής αναγκάζει τον αέρα εκεί να κινείται ταχύτερα.
Εξίσωση Bernoulli (αέρας) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
Κατά μήκος οριζόντιας ροϊκής γραμμής, το P + ½ρv² μένει σταθερό. Ο αέρας που κινείται ταχύτερα πάνω από την κορυφή της πτέρυγας έχει χαμηλότερη πίεση εκεί από τον βραδύτερο αέρα από κάτω — τη διαφορά πίεσης που συνεισφέρει στην άνωση.
Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας
- Για μία δοκιμή, υπολόγισε v₂ = A₁v₁/A₂ από τη συνέχεια, μετά ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²) χρησιμοποιώντας πυκνότητα αέρα 1.225 kg/m³. Σύγκρινε και τα δύο με τις ενδείξεις — το ΔP είναι αρνητικό επειδή ο ταχύτερος αέρας πάνω από την κορυφή κάθεται σε χαμηλότερη πίεση, και αυτό που σηκώνει την πτέρυγα.
- Η διαφορά πίεσης εδώ είναι πολύ μικρότερη σε Pa από στο πείραμα fluid-venturi για παρόμοιες ταχύτητες. Εξήγησε γιατί, χρησιμοποιώντας την τιμή πυκνότητας στην εξίσωση Bernoulli.
Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο
- Αυτό το μοντέλο (συνέχεια + Bernoulli) εξηγεί μέρος του πώς οι πτέρυγες παράγουν άνωση, αλλά η πραγματική αεροδυναμική άνωση εξαρτάται επίσης βαριά από τη γωνία πρόσπτωσης της πτέρυγας, και δεν απαιτεί τα σωματίδια αέρα πάνω και κάτω από την πτέρυγα να φτάνουν στην οπίσθια ακμή μαζί. Γιατί μια απλή ιστορία «ίσου χρόνου διαδρομής» για την άνωση μπορεί να παραπλανά;
- Η πυκνότητα αέρα πέφτει σε μεγάλο υψόμετρο. Χρησιμοποιώντας ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), εξήγησε γιατί μια πτέρυγα χρειάζεται να κινείται ταχύτερα μέσα από αραιό αέρα μεγάλου υψομέτρου για να παράγει την ίδια άνωση που θα παρήγαγε στο επίπεδο της θάλασσας.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Καλώς όρισες στην Άνωση πτέρυγας
- Πάτησε Αναπαραγωγή
- Διαφορά πίεσης
- Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
- Το κατάφερες!
Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →