Fluides
Aile d'avion
Ce champ d’écoulement imposé, et non la courbure de l’aile ou un temps de parcours égal, fournit l’écoulement supérieur plus rapide et sa différence de pression.
Aile d'avion — simulation interactive de Fluides. Ce champ d’écoulement imposé, et non la courbure de l’aile ou un temps de parcours égal, fournit l’écoulement supérieur plus rapide et sa différence de pression. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.
Portance par écoulement
Ce modèle d'écoulement idéalisé relie une différence de pression à travers un profil aérodynamique à une portance ascendante.
Le champ d'écoulement prescrit a un air plus rapide au-dessus de l'aile et une pression plus faible à cet endroit. Il illustre une contribution de la différence de pression à la portance ; il ne suppose pas que les éléments d’air doivent arriver ensemble.
- Équation de Bernoulli P + ½ρv² = constante
- Portance ∝ ΔP · aire
Résumé de l'investigation
Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire
Le brief reprend la page pré-rendue : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.
Question directrice
L'air circule plus rapidement sur le dessus incurvé d'un profil aérodynamique que sous celui-ci. Selon le principe de Bernoulli, quelle surface a la pression la plus faible — et qu'est-ce que cela signifie pour l'aile ?
Prédictions à évaluer
- La surface supérieure a une pression plus faible, créant une force ascendante nette (portance).
- La surface inférieure a une pression plus faible, ce qui pousse l'aile vers le bas.
- Les deux surfaces ont une pression égale, il n'y a donc pas de force nette.
Rôles des variables
Ce que vous définissez :
- Zone du chemin inférieur A₁ (m²)
- Zone du chemin supérieur A₂ (m²)
- Vitesse de l'air d'entrée v₁ (m/s)
Ce que vous mesurez :
- Vitesse à la surface v₂ (m/s)
- Différence de pression ΔP (haut − bas) (Pa)
Comment se déroule l'enquête
- Ouvrez le préréglage Fluid-Wing et appuyez sur Réinitialiser. L'air circule sur une section transversale du profil aérodynamique ; le chemin vers la surface supérieure est plus étroit que vers le bas, donc l'air accélère au-dessus.
- Activez les lectures de vitesse en surface supérieure et de différence de pression.
- ... les lectures de vitesse à la surface supérieure et de différence de pression.
Équation gouvernante
Équation de continuité — A₁·v₁ = A₂·v₂
Pour un fluide incompressible, le débit (surface × vitesse) est conservé le long d'un courant : A₁v₁ = A₂v₂. Le chemin plus étroit au-dessus du profil aérodynamique oblige l’air à se déplacer plus rapidement.
Équation de Bernoulli (air) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
Le long d'une ligne de courant horizontale, P + ½ρv² reste constant.
Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre
- Pour un essai, calculez v₂ = A₁v₁/A₂ à partir de la continuité, puis ΔP = P_haut − P_bas = ½ρ_air(v₁² − v₂²) en utilisant la densité de l'air 1.225 kg/m³. Comparez les deux aux lectures — ΔP est négatif car l'air plus rapide au-dessus du dessus se trouve à une pression plus basse, et c'est ce qui soulève l'aile.
- La différence de pression ici est beaucoup plus petite en Pa que dans l'expérience fluide-venturi pour des vitesses similaires. Expliquez pourquoi, en utilisant la valeur de densité dans l'équation de Bernoulli.
Où cela apparaît au-delà du laboratoire
- ... « temps de transit égal » à propos de la portance pourrait-elle être trompeuse ?
- La densité de l’air diminue à haute altitude. En utilisant ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), expliquez pourquoi une aile doit se déplacer plus rapidement dans l'air raréfié à haute altitude pour générer la même portance qu'elle le ferait au niveau de la mer.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Bienvenue dans le profil d'aile
- Appuyez sur Lecture
- Différence de pression
- Ouvrez le panneau des Propriétés
- Bravo !
Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.
Ouvrir le laboratoire interactif →
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