Fluidai
Lėktuvo sparnas
Būtent šis nustatytas srauto laukas, o ne sparno išlinkimas ar vienodas perskriejimo laikas, sukuria greitesnį viršutinį srautą ir jo slėgių skirtumą.
Lėktuvo sparnas — interaktyvi Fluidai simuliacija. Būtent šis nustatytas srauto laukas, o ne sparno išlinkimas ar vienodas perskriejimo laikas, sukuria greitesnį viršutinį srautą ir jo slėgių skirtumą. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Keliamoji jėga iš srauto
Šis idealizuotas srauto modelis sieja slėgių skirtumą per sparną su aukštyn veikiančia keliamąja jėga.
Nustatytame srauto lauke virš sparno oras greitesnis, o slėgis ten žemesnis. Tai iliustruoja slėgių skirtumo indėlį į keliamąją jėgą; jis neapsiima, kad oro dalys turi atvykti kartu.
- P + ½ρv² = konstanta
- Keliamoji jėga ∝ ΔP · plotas
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Oras teka greičiau per išlenktą sparno viršų nei po juo. Pagal Bernulio principą, kuris paviršius turi žemesnį slėgį — ir ką tai reiškia sparnui?
Svarstytini spėjimai
- Viršutinis paviršius turi žemesnį slėgį, kurdamas grynąją aukštyn veikiančią jėgą (keliamąją jėgą).
- Apatinis paviršius turi žemesnį slėgį, stumdamas sparną žemyn.
- Abu paviršiai turi vienodą slėgį, tad nėra grynosios jėgos.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Apatinio kelio plotas A₁ (m²)
- Viršutinio kelio plotas A₂ (m²)
- Įtekančio oro greitis v₁ (m/s)
Ką tu matauji:
- Viršutinio paviršiaus greitis v₂ (m/s)
- Slėgių skirtumas ΔP (viršus − apačia) (kPa)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Sparno keliamoji jėga“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Oras teka per sparno skerspjūvį; viršutinio paviršiaus kelias siauresnis už apatinį, tad oras viršuje greitėja.
- Įjunk viršutinio paviršiaus greičio ir slėgių skirtumo rodmenis.
- Nustatyk apatinį ir viršutinį skerspjūvio plotus bei įėjimo oro greitį kiekvienam bandymui ir užsirašyk viršutinio greičio bei slėgių skirtumo rodmenis.
Valdančioji lygtis
Srauto tvermės lygtis — A₁·v₁ = A₂·v₂
Nesuslegiamam skysčiui srautas (plotas × greitis) išlieka išilgai srauto linijos: A₁v₁ = A₂v₂. Siauresnis kelias virš sparno viršaus verčia orą ten judėti greičiau.
Bernulio lygtis (orui) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
Išilgai horizontalios srauto linijos P + ½ρv² išlieka pastovus. Oras, judantis greičiau virš sparno viršaus, ten turi žemesnį slėgį nei lėtesnis oras apačioje — slėgių skirtumas, prisidedantis prie keliamosios jėgos.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok v₂ = A₁v₁/A₂ iš srauto tvermės, tada ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²) naudodamas oro tankį 1.225 kg/m³. Palygink abu su rodmenimis — ΔP yra neigiamas, nes greitesnis oras viršuje sėdi prie žemesnio slėgio, ir būtent tai kelia sparną.
- Slėgių skirtumas čia yra gerokai mažesnis Pa nei „Venturi efektas“ eksperimente panašiais greičiais. Paaiškink kodėl, naudodamas tankio reikšmę Bernulio lygtyje.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Šis modelis (srauto tvermė + Bernulis) paaiškina dalį to, kaip sparnai kuria keliamąją jėgą, bet reali aerodinaminė keliamoji jėga taip pat stipriai priklauso nuo sparno atakos kampo ir nereikalauja, kad oro dalys virš ir po sparnu atvyktų prie uodegėlės kartu. Kodėl paprastas „vienodas perskriejimo laikas“ pasakojimas apie keliamąją jėgą gali klaidinti?
- Oro tankis krinta dideliame aukštyje. Naudodamas ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²) paaiškink, kodėl sparnui reikia judėti greičiau pro retą aukštuminį orą, kad sukurtų tą pačią keliamąją jėgą, kurią turėtų jūros lygyje.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Sveiki atvykę prie sparno
- Spausk Leisti
- Slėgių skirtumas
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →