Płyny
Skrzydło samolotu
To właśnie zadane pole przepływu, a nie krzywizna skrzydła ani równy czas przelotu, daje szybszy przepływ u góry i jego różnicę ciśnień.
Skrzydło samolotu — interaktywna symulacja: Płyny. To właśnie zadane pole przepływu, a nie krzywizna skrzydła ani równy czas przelotu, daje szybszy przepływ u góry i jego różnicę ciśnień. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Siła nośna z przepływu
Ten zidealizowany model przepływu wiąże różnicę ciśnień na profilu skrzydła ze skierowaną w górę siłą nośną.
Zadane pole przepływu ma szybsze powietrze nad skrzydłem i tam niższe ciśnienie. Ilustruje wkład różnicy ciśnień w siłę nośną; nie zakłada, że elementy powietrza muszą dotrzeć razem.
- P + ½ρv² = const
- Siła nośna ∝ ΔP · pole
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Powietrze płynie szybciej nad zakrzywioną górą profilu niż pod nim. Zgodnie z zasadą Bernoulliego, która powierzchnia ma niższe ciśnienie — i co to oznacza dla skrzydła?
Prognozy do rozważenia
- Górna powierzchnia ma niższe ciśnienie, co daje wypadkową siłę w górę (siłę nośną).
- Dolna powierzchnia ma niższe ciśnienie, co wciska skrzydło w dół.
- Obie powierzchnie mają równe ciśnienie, więc nie ma siły wypadkowej.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Pole drogi dolnej A₁ (m²)
- Pole drogi górnej A₂ (m²)
- Prędkość wlotu v₁ (m/s)
Co mierzysz:
- Prędkość górna v₂ (m/s)
- Różnica ciśnień ΔP (góra − dół) (kPa)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset skrzydła i naciśnij Reset. Powietrze opływa przekrój profilu; droga po górnej powierzchni jest węższa niż dolna, więc powietrze przyspiesza na górze.
- Włącz odczyty prędkości nad górną powierzchnią i różnicy ciśnień.
- Ustaw pola przekrojów dolnej i górnej drogi oraz prędkość wlotu powietrza dla każdej próby, i zapisz odczyty prędkości górnej i różnicy ciśnień.
Równanie rządzące
Równanie ciągłości — A₁·v₁ = A₂·v₂
Dla cieczy nieściśliwej wydatek (pole × prędkość) jest zachowany wzdłuż linii prądu: A₁v₁ = A₂v₂. Węższa droga nad grzbietem profilu wymusza szybszy ruch powietrza tamże.
Równanie Bernoulliego (powietrze) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
Wzdłuż poziomej linii prądu P + ½ρv² pozostaje stałe. Powietrze płynące szybciej nad górą skrzydła ma tam niższe ciśnienie niż wolniejsze pod spodem — różnica ciśnień wkładająca się w siłę nośną.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz v₂ = A₁v₁/A₂ z ciągłości, a potem ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²), używając gęstości powietrza 1.225 kg/m³. Porównaj obie wartości z odczytami — ΔP jest ujemne, bo szybsze powietrze nad górną powierzchnią ma niższe ciśnienie, i właśnie to unosi skrzydło.
- Różnica ciśnień jest tu dużo mniejsza w Pa niż w eksperymencie Venturiego przy podobnych prędkościach. Wyjaśnij dlaczego, używając wartości gęstości w równaniu Bernoulliego.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Ten model (ciągłość + Bernoulli) wyjaśnia część tego, jak skrzydła wytwarzają siłę nośną, ale prawdziwa siła nośna zależy też mocno od kąta natarcia i nie wymaga, by elementy powietrza nad i pod skrzydłem dotarły do krawędzi spływu razem. Dlaczego prosta historia „równego czasu przelotu” o sile nośnej może wprowadzać w błąd?
- Na dużej wysokości gęstość powietrza spada. Używając ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), wyjaśnij, dlaczego skrzydło musi poruszać się szybciej w rozrzedzonym powietrzu wysokościowym, by wytworzyć taką samą siłę nośną jak na poziomie morza.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Witamy w skrzydle
- Naciśnij Play
- Różnica ciśnień
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →