ของไหล
ปีกเครื่องบิน
สนามการไหลที่กำหนดไว้นี้ ไม่ใช่ความโค้งปีกหรือเวลาเดินทางเท่ากัน ต่างหากที่ให้การไหลบนเร็วกว่าและความดันต่างของมัน
ปีกเครื่องบิน — การจำลองของไหลแบบโต้ตอบ สนามการไหลที่กำหนดไว้นี้ ไม่ใช่ความโค้งปีกหรือเวลาเดินทางเท่ากัน ต่างหากที่ให้การไหลบนเร็วกว่าและความดันต่างของมัน ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
แรงยกจากการไหล
แบบจำลองการไหลในอุดมคตินี้เชื่อมโยงความแตกต่างความดันข้ามปีกกับแรงยกขึ้นด้านบน
สนามการไหลที่กำหนดไว้มีอากาศเร็วกว่าเหนือปีกและความดันต่ำกว่าที่นั่น มันแสดงให้เห็นส่วนสนับสนุนของความแตกต่างความดันต่อแรงยก มันไม่ได้สมมติว่าอนุภาคอากาศต้องมาถึงพร้อมกัน
- P + ½ρv² = ค่าคงที่
- แรงยก ∝ ΔP · พื้นที่
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
อากาศไหลเร็วกว่าบนส่วนโค้งด้านบนของปีกเครื่องบินกว่าด้านล่าง ตามหลักการของเบอร์นูลลี พื้นผิวใดมีความดันต่ำกว่า — และหมายความว่าอะไรกับปีก
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- พื้นผิวบนมีความดันต่ำกว่า เกิดแรงลัพธ์ขึ้น (แรงยก)
- พื้นผิวล่างมีความดันต่ำกว่า ดันปีกลง
- ทั้งสองพื้นผิวมีความดันเท่ากัน จึงไม่มีแรงลัพธ์
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- พื้นที่เส้นทางล่าง A₁ (m²)
- พื้นที่เส้นทางบน A₂ (m²)
- ความเร็วอากาศทางเข้า v₁ (m/s)
สิ่งที่คุณวัด:
- ความเร็วผิวบน v₂ (m/s)
- ความดันต่าง ΔP (บน − ล่าง) (kPa)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ fluid-wing แล้วกดรีเซ็ต อากาศไหลผ่านภาพตัดขวางของปีก เส้นทางพื้นผิวบนแคบกว่าล่าง อากาศจึงเร็วขึ้นด้านบน
- เปิดค่าแสดงอัตราเร็วพื้นผิวบนและความดันต่าง
- ตั้งพื้นที่หน้าตัดล่างและบนกับอัตราเร็วอากาศขาเข้าในแต่ละรอบ แล้วบันทึกค่าอัตราเร็วบนและความดันต่าง
สมการควบคุม
สมการความต่อเนื่อง — A₁·v₁ = A₂·v₂
ของไหลที่บีบอัดไม่ได้ อัตราการไหล (พื้นที่ × ความเร็ว) อนุรักษ์ไว้ตามเส้นการไหล: A₁v₁ = A₂v₂ เส้นทางแคบกว่าด้านบนของปีกบังคับให้อากาศเคลื่อนที่เร็วขึ้นตรงนั้น
สมการของเบอร์นูลลี (อากาศ) — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
ตามเส้นการไหลแนวราบ P + ½ρv² คงที่ อากาศที่เคลื่อนเร็วกว่าบนส่วนโค้งด้านบนของปีกมีความดันต่ำกว่าอากาศที่ช้ากว่าด้านล่าง — ความดันต่างที่ส่วนหนึ่งของแรงยก
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ v₂ = A₁v₁/A₂ จากความต่อเนื่อง แล้ว ΔP = P_top − P_bottom = ½ρ_air(v₁² − v₂²) โดยใช้ความหนาแน่นอากาศ 1.225 kg/m³ เทียบทั้งสองค่ากับที่อ่านได้ ΔP เป็นลบเพราะอากาศที่ไหลเร็วกว่าด้านบนมีความดันต่ำกว่า และนั่นคือสิ่งที่ยกปีก
- ความดันต่างที่นี่เล็กกว่ามากเป็น Pa กว่าการทดลอง fluid-venturi ที่อัตราเร็วใกล้กัน อธิบายว่าเหตุใด โดยใช้ค่าความหนาแน่นในสมการเบอร์นูลลี
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- โมเดลนี้ (ความต่อเนื่อง + เบอร์นูลลี) อธิบายส่วนหนึ่งของการเกิดแรงยก แต่แรงยกอากาศพลศาสตร์จริงยังขึ้นกับมุมปะทะของปีกอย่างมาก และไม่ต้องการให้ก้อนอากาศเหนือและใต้ปีกไปถึงขอบหลังพร้อมกัน เหตุใดเรื่อง “เวลาเดินทางเท่ากัน” แบบง่าย ๆ เกี่ยวกับแรงยกจึงอาจทำให้เข้าใจผิด
- ความหนาแน่นของอากาศลดลงที่ระดับสูง จงใช้ ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²) อธิบายว่าทำไมปีกจึงต้องเคลื่อนที่เร็วขึ้นในอากาศบางที่ระดับสูง เพื่อสร้างแรงยกเท่ากับที่ระดับน้ำทะเล
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- ยินดีต้อนรับสู่ ปีกของไหล
- กดเล่น
- ความแตกต่างความดัน
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ