Fluidi
Lidmašīnas spārns
Šis iepriekš noteiktais plūsmas lauks, nevis spārna izliekums vai vienāds caurplūdes laiks, rada ātrāko augšējo plūsmu un tās spiediena starpību.
Lidmašīnas spārns — interaktīva Fluidi simulācija. Šis iepriekš noteiktais plūsmas lauks, nevis spārna izliekums vai vienāds caurplūdes laiks, rada ātrāko augšējo plūsmu un tās spiediena starpību. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.
Cēlējspēks no plūsmas
Šis idealizētais plūsmas modelis saista spiediena starpību pāri spārnam ar augšupvērstu cēlējspēku.
Piešķirtajam plūsmas laukam ir ātrāks gaiss virs spārna un zemāks spiediens tur. Tas ilustrē spiediena-starpības devumu cēlējspēkā; tas nepieņem, ka gaisa daļiņām jāierodas kopā.
- P + ½ρv² = konstanta
- Cēlējspēks ∝ ΔP · laukums
Izpētes kopsavilkums
Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju
Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.
Virzošais jautājums
Gaiss plūst ātrāk pāri izliektajam spārna augšam nekā zem tā. Pēc Bernoulli principa, kurai virsmai ir zemāks spiediens — un ko tas nozīmē spārnam?
Prognozes, ko svērt
- Augšējai virsmai ir zemāks spiediens, radot neto augšupvērstu spēku (cēlējspēku).
- Apakšējai virsmai ir zemāks spiediens, grūžot spārnu uz leju.
- Abām virsmām ir vienāds spiediens, tāpēc nav neto spēka.
Lielumu lomas
Ko tu iestati:
- Apakšējā ceļa laukums A₁ (m²)
- Augšējā ceļa laukums A₂ (m²)
- Ieejas gaisa ātrums v₁ (m/s)
Ko tu mēri:
- Augšējās virsmas ātrums v₂ (m/s)
- Spiediena starpība ΔP (augša − apakša) (Pa)
Kā izpēte norit
- Atver spārna eksperimentu un nospied Atiestatīt. Gaiss plūst pāri spārna šķērsgriezumam; augšējais ceļš ir šaurāks nekā apakšējais, tāpēc gaiss paātrinās pāri augšai.
- Ieslēdz augšējās virsmas ātruma un spiediena starpības rādījumus.
- Iestati apakšējo un augšējo šķērsgriezuma laukumu un ieejas gaisa ātrumu katram mēģinājumam un ieraksti augšas ātruma un spiediena starpības rādījumus.
Noteicošais vienādojums
Nepārtrauktības vienādojums — A₁·v₁ = A₂·v₂
Nesaspiežamam šķidrumam caurplūde (laukums × ātrums) saglabājas gar plūsmas līniju: A₁v₁ = A₂v₂. Šaurākais ceļš pāri spārna augšai piespiež gaisu tur kustēties ātrāk.
Bernoulli vienādojums (gaiss) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
Gar horizontālu plūsmas līniju P + ½ρv² paliek nemainīgs. Gaiss, kas kustas ātrāk pāri spārna augšai, tur ir zemākā spiedienā nekā lēnākais gaiss apakšā — spiediena starpība, kas dod devumu cēlējspēkā.
Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt
- Vienam mēģinājumam izrēķini v₂ = A₁v₁/A₂ no nepārtrauktības, tad ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²) ar gaisa blīvumu 1.225 kg/m³. Salīdzini abus ar rādījumiem — ΔP ir negatīvs, jo ātrākais gaiss pāri augšai sēž zemākā spiedienā, un tieši tas ceļ spārnu.
- Spiediena starpība šeit ir daudz mazāka Pa nekā Venturi eksperimentā līdzīgos ātrumos. Izskadyro, kāpēc, izmantojot blīvuma vērtību Bernoulli vienādojumā.
Kur tas parādās ārpus laboratorijas
- Šis modelis (nepārtrauktība + Bernoulli) izskaidro daļu no tā, kā spārni rada cēlējspēku, bet īstais aerodinamiskais cēlējspēks arī stipri atkarīgs no spārna uzbrūšanas leņķa un nepieprasa, lai gaisa daļiņām virs un zem spārna jāierodas aizmugurējā šķautnē kopā. Kāpēc vienkāršs „vienāda caurplūdes laika” stāsts par cēlējspēku var maldināt?
- Gaisa blīvums krītas lielā augstumā. Izmantojot ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), izskaidro, kāpēc spārnam jākustas ātrāk cauri retam augstā gaisam, lai radītu to pašu cēlējspēku, ko tas radītu jūras līmenī.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Sveicināts spārna eksperimentā
- Nospied „Atskaņot”
- Spiediena starpība
- Atver Īpašību paneli
- Tev izdevās!
Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.
Atvērt interaktīvo laboratoriju →