Portanța profilului: principiul lui Bernoulli pe o aripă
1 · Prezice
Aerul curge mai repede peste partea de sus curbată a unui profil decât pe sub el. După principiul lui Bernoulli, care suprafață are presiune mai mică — și ce înseamnă asta pentru aripă?
- Suprafața de sus are presiune mai mică, creând o forță rezultantă în sus (portanță).
- Suprafața de jos are presiune mai mică, împingând aripa în jos.
- Ambele suprafețe au presiuni egale, deci nu există forță rezultantă.
2 · Montaj
- Deschide presetarea fluid-wing și apasă Resetează. Aerul curge peste secțiunea unui profil; calea de pe suprafața de sus este mai îngustă decât cea de jos, deci aerul accelerează pe deasupra.
- Activează citirile vitezei pe suprafața de sus și ale diferenței de presiune.
- Setează ariile secțiunilor de jos și de sus și viteza aerului de intrare pentru fiecare încercare și înregistrează citirile vitezei de sus și diferenței de presiune.
3 · Colectează date
| Aria căii de jos A₁ (m²) | Aria căii de sus A₂ (m²) | Viteza aerului la intrare v₁ (m/s) | Viteza pe suprafața de sus v₂ (m/s) | Diferența de presiune ΔP (sus − jos) (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 |
Plotează diferența de presiune ΔP (axa y) în funcție de viteza pe suprafața de sus v₂ (axa x) pentru cele trei încercări.
4 · Analizează
- Pentru o încercare, calculează v₂ = A₁v₁/A₂ din continuitate, apoi ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²) folosind densitatea aerului de 1.225 kg/m³. Compară ambele cu citirile — ΔP este negativ, pentru că aerul mai rapid de deasupra stă la presiune mai mică, și asta este ceea ce ridică aripa.
- Diferența de presiune aici este mult mai mică în Pa decât în experimentul fluid-venturi pentru viteze similare. Explică de ce, folosind valoarea densității din ecuația lui Bernoulli.
5 · Extinde
- Acest model (continuitate + Bernoulli) explică o parte din cum generează aripile portanță, dar portanța aerodinamică reală depinde puternic și de unghiul de atac al aripii și nu cere ca pachetele de aer de deasupra și dedesubtul aripii să ajungă simultan la bordul de fugă. De ce ar putea părea înșelătoare o poveste simplă despre „timp egal de tranzit” pentru portanță?
- Densitatea aerului scade la altitudine mare. Folosind ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), explică de ce o aripă trebuie să se miște mai repede prin aerul subțire de la altitudine mare pentru a genera aceeași portanță ca la nivelul mării.
Fizica din spatele acestui experiment
Ecuația de continuitate
Pentru un fluid incompresibil, debitul (arie × viteză) se conservă de-a lungul unei linii de curent: A₁v₁ = A₂v₂. Calea mai îngustă de deasupra profilului forțează aerul de acolo să se miște mai repede.
Ecuația lui Bernoulli (aer)
De-a lungul unei linii de curent orizontale, P + ½ρv² rămâne constant. Aerul care se mișcă mai repede deasupra aripii are acolo presiune mai mică decât aerul mai lent de dedesubt — diferența de presiune care contribuie la portanță.