Kanat Profili Kaldırma: Bernoulli'nin Kanat Üzerindeki Prensibi
1 · Tahmin Et
Hava, kanat profilinin kavisli üst kısmı üzerinden, altına göre daha hızlı akar. Bernoulli ilkesine göre hangi yüzeyin basıncı daha düşüktür ve bu kanat için ne anlama gelir?
- Üst yüzey daha düşük basınca sahiptir ve yukarı doğru net bir kuvvet (kaldırma) oluşturur.
- Alt yüzey daha düşük basınca sahiptir ve kanadı aşağı doğru iter.
- Her iki yüzeyin de basıncı eşit olduğundan net kuvvet yoktur.
2 · Kurulum
- Akışkan kanat ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Hava, bir kanat profili kesiti üzerinden akar; üst yüzey yolu alttan daha dar olduğundan hava yukarı doğru hızlanır.
- Üst yüzey hızı ve basınç farkı okumalarını etkinleştirin.
- Her deneme için alt ve üst kesit alanlarını ve giriş havası hızını ayarlayın ve en yüksek hız ile basınç farkı okumalarını kaydedin.
3 · Veri Toplayın
| Alt yol alanı A₁ (m²) | Üst yol alanı A₂ (m²) | Giriş hava hızı v₁ (m/s) | Üst yüzey hızı v₂ (m/s) | Basınç farkı ΔP (üst – alt) (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 |
Üç denemeniz için basınç farkını ΔP (y ekseni) üst yüzey hızına karşı v₂ (x ekseni) çizin.
4 · Analiz et
- Bir deneme için süreklilikten v₂ = A₁v₁/A₂'yi hesaplayın, ardından hava yoğunluğu 1.225 kg/m³ kullanarak ΔP = P_üst − P_alt = ½ρ_air(v₁² − v₂²)'yi hesaplayın. Her ikisini de okumalarla karşılaştırın — ΔP negatif çıkar çünkü üst yüzeydeki daha hızlı hava orada daha düşük basınçtadır ve kanadı kaldıran da budur.
- Buradaki basınç farkı Pa'da benzer hızlar için akışkan-venturi deneyinde olduğundan çok daha küçüktür. Bunun nedenini Bernoulli denklemindeki yoğunluk değerini kullanarak açıklayın.
5 · Uzat
- Bu model (süreklilik + Bernoulli) kanatların nasıl kaldırma kuvveti ürettiğini kısmen açıklamaktadır, ancak gerçek aerodinamik kaldırma aynı zamanda büyük ölçüde kanadın hücum açısına da bağlıdır ve kanadın üstündeki ve altındaki hava parsellerinin arka kenara birlikte ulaşmasını gerektirmez. Asansörle ilgili basit bir 'eşit geçiş süresi' hikayesi neden yanıltıcı olabilir?
- Yüksek rakımda hava yoğunluğu düşer. ΔP = ½ρ_hava(v₁² − v₂²) kullanarak, bir kanadın deniz seviyesinde sağlayacağı kaldırma kuvvetinin aynısını oluşturmak için neden yüksek irtifadaki ince hava boyunca daha hızlı hareket etmesi gerektiğini açıklayın.
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Süreklilik Denklemi
Sıkıştırılamaz bir akışkan için akış hızı (× hızı alanı) bir akım çizgisi boyunca korunur: A₁v₁ = A₂v₂. Kanat profilinin üst kısmındaki daha dar yol, oradaki havayı daha hızlı hareket etmeye zorlar.
Bernoulli Denklemi (hava)
Yatay bir akım çizgisi boyunca P + ½ρv² sabit kalır. Kanadın üst kısmında daha hızlı hareket eden hava, altındaki daha yavaş havaya göre daha düşük basınca sahiptir; bu da kaldırma kuvvetine katkıda bulunan basınç farkıdır.