Fluidok
Repülőgép-szárny
Ez az előírt áramlási mező — nem a szárny görbülete és nem az egyenlő átfolyási idő — szolgáltatja a gyorsabb felső áramlást és annak nyomáskülönbségét.
Repülőgép-szárny — interaktív Fluidok szimuláció. Ez az előírt áramlási mező — nem a szárny görbülete és nem az egyenlő átfolyási idő — szolgáltatja a gyorsabb felső áramlást és annak nyomáskülönbségét. Ingyenes, böngészőben futó virtuális fizikalabor élő SI-mérésekkel és vezetett tutoriallal.
Felhajtóerő áramlásból
Ez az idealizált áramlásmodell a szárnyra eső nyomáskülönbséget köti a felfelé irányuló felhajtóerőhöz.
Az előírt áramlási mezőben gyorsabb levegő fut a szárny fölött, és ott alacsonyabb a nyomás. A nyomáskülönbség felhajtóerő-hozzájárulását szemlélteti; nem feltételezi, hogy a levegőrészeknek egyszerre kellene érkezniük.
- P + ½ρv² = állandó
- Felhajtóerő ∝ ΔP · felület
Vizsgálódási összefoglaló
Tervezd meg a kérdést, mielőtt megnyitod a labort
Az összefoglaló a előrenderelt oldalt tükrözi: vezérlő kérdés, versengő jóslatok, változószerepek, vezérlő törvények, beállítás, elemzés és bővítési feladatok láthatóak és ebben a sorrendben maradnak.
Vezérlő kérdés
A levegő gyorsabban áramlik a szárnyprofil görbült teteje felett, mint alatta. A Bernoulli-elv szerint melyik felületen alacsonyabb a nyomás — és mit jelent ez a szárnyra?
Mérlegelendő jóslatok
- A felső felületen alacsonyabb a nyomás, ami felfelé irányuló eredő erőt hoz létre (felhajtóerő).
- Az alsó felületen alacsonyabb a nyomás, ami lenyomja a szárnyat.
- Mindkét felületen egyenlő a nyomás, tehát nincs eredő erő.
Változószerepek
Amit te állítasz be:
- Alsó út felülete A₁ (m²)
- Felső út felülete A₂ (m²)
- Bemeneti levegősebesség v₁ (m/s)
Amit mérsz:
- Felszíni sebesség v₂ (m/s)
- Nyomáskülönbség ΔP (felső − alsó) (kPa)
Hogyan fut a vizsgálódás
- Nyisd meg a fluid-wing előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. A levegő egy szárnyprofil keresztmetszete felett áramlik; a felső felületi út szűkebb, mint az alsó, tehát a levegő felgyorsul a tetején.
- Engedélyezd a felső felületi sebesség- és nyomáskülönbség-kijelzőket.
- Állítsd be az alsó és felső keresztmetszeti felületet és a belépési légsebességet minden mérésnél, és rögzítsd a felső sebesség- és nyomáskülönbség-leolvasásokat.
Vezéregyenlet
Folytonossági egyenlet — A₁·v₁ = A₂·v₂
Összenyomhatatlan közegben az áramlás (felület × sebesség) megmarad az áramvonal mentén: A₁v₁ = A₂v₂. A szárnyprofil teteje feletti szűkebb út arra kényszeríti a levegőt, hogy ott gyorsabban mozogjon.
Bernoulli-egyenlet (levegő) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
Vízszintes áramvonal mentén a P + ½ρv² állandó. A szárny teteje felett gyorsabban mozgó levegő nyomása ott alacsonyabb, mint a lassabb levegőjé alul — ez a nyomáskülönbség járul hozzá a felhajtóerőhez.
Amit a nyomtatható munkalap megoldatnia ad a diákokkal
- Egy mérésnél számítsd ki a v₂ = A₁v₁/A₂-t a folytonosságból, majd a ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²)-t az 1.225 kg/m³ levegősűrűséggel. Hasonlítsd mindkettőt a leolvasásokhoz — a ΔP negatív, mert a felgyorsult levegő a tetején alacsonyabb nyomású, és ez emeli a szárnyat.
- Itt a nyomáskülönbség sokkal kisebb Pa-ban, mint a fluid-venturi kísérletben hasonló sebességeknél. Magyarázd meg, miért, a Bernoulli-egyenlet sűrűségértékével.
Hol bukkan fel ez a laboron túl
- Ez a modell (folytonosság + Bernoulli) a felhajtóerő keletkezésének egy részét magyarázza, de a valódi aerodinamikai felhajtóerő erősen függ a szárny állásszögétől is, és nem igényli, hogy a szárny fölötti és alatti légrészek egyszerre érkezzenek a kilépőélhez. Miért lehet félrevezető egy egyszerű „egyenlő átfutási idő” történet a felhajtóerőről?
- A levegő sűrűsége csökken a magassággal. A ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²) segítségével magyarázd meg, miért kell a szárnyal gyorsabban haladnia a ritka, nagy magasságú levegőben, hogy ugyanazt a felhajtóerőt adja, mint a tengerszinten.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Üdv a Szárny-flow-nál
- Nyomd meg az Indítást
- Nyomáskülönbség
- Nyisd meg a Tulajdonságok panelt
- Sikerült!
Nyisd meg az interaktív szimulációt a jelenet megépítéséhez, nyomd meg az Indítást, és fedezz fel élő mérésekkel és vezetett tutoriallal.