Жидкости
Крыло самолёта
Именно это заданное поле течения, а не кривизна крыла или равное время транзита, создаёт более быстрый поток сверху и его перепад давления.
Крыло самолёта — интерактивная симуляция (Жидкости). Именно это заданное поле течения, а не кривизна крыла или равное время транзита, создаёт более быстрый поток сверху и его перепад давления. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Подъёмная сила из течения
Эта идеализированная модель течения связывает перепад давления на крыле с направленной вверх подъёмной силой.
В заданном поле течения воздух над крылом быстрее и давление там ниже. Это иллюстрирует вклад перепада давления в подъёмную силу; модель не предполагает, что частицы воздуха обязаны прийти вместе.
- P + ½ρv² = const
- Подъёмная сила ∝ ΔP · площадь
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Воздух течёт быстрее по изогнутому верху крыла, чем под ним. По принципу Бернулли, какая поверхность имеет более низкое давление — и что это значит для крыла?
Прогнозы для взвешивания
- Верхняя поверхность имеет более низкое давление, создавая направленную вверх силу (подъёмную).
- Нижняя поверхность имеет более низкое давление, придавливая крыло вниз.
- Давления поверхностей равны, поэтому равнодействующей нет.
Роли переменных
Что вы задали:
- Площадь нижнего пути A₁ (m²)
- Площадь верхнего пути A₂ (m²)
- Скорость воздуха на входе v₁ (m/s)
Что вы измеряете:
- Скорость на верхней поверхности v₂ (m/s)
- Перепад давления ΔP (верх − низ) (kPa)
Как идёт исследование
- Откройте пресет крыла и нажмите «Сброс». Воздух обтекает профиль крыла; путь у верхней поверхности уже, чем у нижней, поэтому воздух ускоряется сверху.
- Включите показания скорости на верхней поверхности и перепада давления.
- Задайте нижнюю и верхнюю площади сечения и скорость воздуха на входе для каждой пробы и запишите скорость сверху и перепад давления.
Определяющее уравнение
Уравнение неразрывности — A₁·v₁ = A₂·v₂
Для несжимаемой жидкости расход (площадь × скорость) сохраняется вдоль линии тока: A₁v₁ = A₂v₂. Более узкий путь поверх профиля крыла заставляет воздух там двигаться быстрее.
Уравнение Бернулли (воздух) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
Вдоль горизонтальной линии тока P + ½ρv² постоянно. Воздух, движущийся быстрее над верхом крыла, имеет там более низкое давление, чем более медленный воздух под ним — перепад давления, вносящий вклад в подъёмную силу.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите v₂ = A₁v₁/A₂ из неразрывности, затем ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²), используя плотность воздуха 1.225 кг/м³. Сравните оба значения с показаниями — ΔP отрицательно, потому что более быстрый воздух сверху находится при меньшем давлении, именно это и поднимает крыло.
- Перепад давления здесь намного меньше в Pa, чем в эксперименте Вентури при сходных скоростях. Объясните почему, используя значение плотности в уравнении Бернулли.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Эта модель (неразрывность + Бернулли) объясняет часть того, как крылья создают подъёмную силу, но реальная аэродинамическая подъёмная сила сильно зависит также от угла атаки и не требует, чтобы частицы воздуха над и под крылом приходили к задней кромке одновременно. Почему простая история о «равном времени транзита» подъёмной силы может вводить в заблуждение?
- На большой высоте плотность воздуха ниже. Используя ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), объясните, почему крылу нужно двигаться быстрее в разреженном высотном воздухе, чтобы создать ту же подъёмную силу, что и на уровне моря.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Добро пожаловать к крылу
- Нажмите Play
- Перепад давления
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →