Tiivaprofiili tõstejõud: Bernoulli seadus tiiva kohal
1 · Ennusta
Õhk voolab kiiremini üle tiivaprofiili kõvera pealmise pinna kui selle all. Bernoulli seaduse järgi, millisel pinnal on madalam rõhk — ja mida see tiiva jaoks tähendab?
- Pealmisel pinnal on madalam rõhk, tekitades ülespoole suunatud resultantjõu (tõstejõu).
- Alumisel pinnal on madalam rõhk, lükates tiiva alla.
- Mõlemal pinnal on võrdne rõhk, seega resultantjõudu pole.
2 · Seadista
- Ava tiiva eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Õhk voolab üle tiivaprofiili ristlõike; pealmise pinna voolutee on kitsam kui alumine, seega õhk kiireneb üleval.
- Lülita sisse pealmise pinna kiiruse ja rõhu erinevuse näidud.
- Sea iga katse jaoks alumise ja pealmise ristlõike pindala ning sissevoolu õhukiirus ning kirjuta üles pealmise kiiruse ja rõhu erinevuse näidud.
3 · Kogu andmeid
| Alumise tee pindala A₁ (m²) | Pealmise tee pindala A₂ (m²) | Sissevoolu õhukiirus v₁ (m/s) | Pealmise pinna kiirus v₂ (m/s) | Rõhu erinevus ΔP (pealmine − alumine) (Pa) |
|---|---|---|---|---|
| 6.00e-4 | 3.00e-4 | 22.00 | ||
| 6.00e-4 | 3.00e-4 | 30.00 | ||
| 6.00e-4 | 4.00e-4 | 25.00 |
Joonista rõhu erinevus ΔP (y-telg) pealmise pinna kiiruse v₂ (x-telg) suhtes oma kolme katse jaoks.
4 · Analüüsi
- Arvuta ühes katses pidevusest v₂ = A₁v₁/A₂, seejärel ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²), kasutades õhu tihedust 1,225 kg/m³. Võrdle mõlemat näitudega — ΔP on negatiivne, sest kiirem õhk peal istub madalama rõhu all, ja just see tõstab tiiba.
- Rõhu erinevus on siin paskalites palju väiksem kui Venturi eksperimendis sarnaste kiiruste juures. Selgita miks, kasutades Bernoulli võrrandi tiheduse väärtust.
5 · Laienda
- See mudel (pidevus + Bernoulli) seletab osa sellest, kuidas tiivad tõstejõudu tekitavad, aga päris aerodünaamiline tõstejõud sõltub tugevalt ka tiiva rünnakunurkest ega nõua, et õhupakud tiiva peal ja all jõuaksid järelserva üheaegselt. Miks võib lihtne „võrdse läbimise aja“ lugu tõstejõust olla eksitav?
- Õhu tihedus kahaneb kõrgel. Kasuta ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), et selgitada, miks tiival on vaja õhukeses kõrgmäestiku õhus kiiremini liikuda, et tekitada sama tõstejõud, mis mere tasemel.
Selle eksperimendi füüsika
Pidevuse võrrand
Kokkusurumatu vedeliku jaoks on vooluhulk (pindala × kiirus) piki voolujoont jääv: A₁v₁ = A₂v₂. Kitsam tee üle tiivaprofiili pealmise pinna sunnib õhku seal kiiremini liikuma.
Bernoulli võrrand (õhk)
Piki rõhtsat voolujoont jääb P + ½ρv² konstantseks. Tiiva peal kiiremini liikval õhul on seal madalam rõhk kui aeglasemal õhul all — rõhu erinevus, mis annab panuse tõstejõusse.