Vingeprofil-løft: Bernoullis prinsipp over en vinge
1 · Prediker
Luften flyter raskere over den krumme toppen av en vingeprofil enn under den. Ifølge Bernoullis prinsipp, hvilken flate har lavere trykk — og hva betyr det for vingen?
- Topflatene har lavere trykk, og skaper en netto oppadgående kraft (løft).
- Bunnflatene har lavere trykk, og skyver vingen ned.
- Begge flatene har likt trykk, så det er ingen netto kraft.
2 · Oppsett
- Åpne væske-vinge-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Luft flyter over et vingeprofiltverrsnitt; toppflatens bane er smalere enn bunnen, så luften øker farten over toppen.
- Aktiver toppflate-fart- og trykkdifferanse-avlesningene.
- Sett bunn- og topp-tverrsnittsarealene og innløpsluftfarten for hvert forsøk, og registrer toppfart- og trykkdifferanse-avlesningene.
3 · Samle inn data
| Bunnbaneareal A₁ (m²) | Toppbaneareal A₂ (m²) | Innløpsluftfart v₁ (m/s) | Toppflate-fart v₂ (m/s) | Trykkdifferanse ΔP (topp − bunn) (kPa) |
|---|---|---|---|---|
| 6.00e-4 | 3.00e-4 | 22.00 | ||
| 6.00e-4 | 3.00e-4 | 30.00 | ||
| 6.00e-4 | 4.00e-4 | 25.00 |
Plott trykkdifferansen ΔP (y-akse) mot toppflate-farten v₂ (x-akse) for dine tre forsøk.
4 · Analyser
- For ett forsøk, beregn v₂ = A₁v₁/A₂ fra kontinuiteten, deretter ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_luft(v₁² − v₂²) med lufttetthet 1,225 kg/m³. Sammenlign begge med avlesningene — ΔP er negativ fordi den raskere luften over toppen ligger ved lavere trykk, og det er det som løfter vingen.
- Trykkdifferansen her er mye mindre i Pa enn i væske-Venturi-eksperimentet ved lignende fartsforhold. Forklar hvorfor, med tetthetsverdien i Bernoullis likning.
5 · Utvid
- Denne modellen (kontinuitet + Bernoulli) forklarer en del av hvordan vinger genererer løft, men ekte aerodynamisk løft avhenger også sterkt av vingens innfallsvinkel, og krever ikke at luftpakker over og under vingen ankommer baklkanten sammen. Hvorfor kan en enkel «lik transittid»-historie om løft være villedende?
- Lufttettheten synker i stor høyde. Med ΔP = ½ρ_luft(v₁² − v₂²), forklar hvorfor en vinge må bevege seg raskere gjennom tynn luft i stor høyde for å generere det samme løftet den ville ved havnivå.
Fysikken bak dette eksperimentet
Kontinuitetslikningen
For en ukomprimerbar væske bevares strømningshastigheten (areal × fart) langs en strømåre: A₁v₁ = A₂v₂. Den smalere banen over toppen av vingeprofilen tvinger luften der til å bevege seg raskere.
Bernoullis likning (luft)
Langs en horisontal strømåre forblir P + ½ρv² konstant. Luft som beveger seg raskere over vingens topp har lavere trykk der enn den saktere luften under — trykkdifferansen som bidrar til løft.