翼型升力：机翼上的伯努利原理

1·预测

空气在机翼弯曲顶部的流动速度比其下方的流动速度更快。根据伯努利原理，哪个表面的压力较低——这对机翼意味着什么？

• 顶面压力较低，产生净向上力（升力）。
• 底面压力较低，将机翼向下推。
• 两个表面压力相等，因此不存在净力。

2·设置

1. 打开「机翼流体（fluid-wing）」预设并按重置。空气流过翼型截面；上表面通道比下表面更窄，因此上方的空气流速更快。
2. 启用上表面速度与压力差读数。
3. 为每次试验设定上下表面的横截面积与入口空气速度，并记录上表面速度与压力差读数。

3·收集数据

针对三次试验，绘制压力差ΔP（y轴）相对上表面速度v₂（x轴）的关系图。

4·分析

1. 对于其中一次试验，先由连续性方程计算v₂ = A₁v₁/A₂，再使用空气密度1.225 kg/m³计算ΔP = P_顶部 − P_底部 = ½ρ_air(v₁² − v₂²)。将两者与读数比较——ΔP为负值，因为顶部流速更快的空气处于更低的压力，而正是这一点把机翼抬升起来。
2. 对于类似速度，此处的压力差（以 Pa 为单位）比 fluid-venturi 实验中的压力差小得多。使用伯努利方程中的密度值解释原因。

5·扩展

1. 这个模型（连续性+伯努利）部分解释了机翼如何产生升力，但真正的空气动力升力也很大程度上取决于机翼的迎角，并且不需要机翼上方和下方的空气团一起到达后缘。为什么一个简单的关于电梯的“同等传输时间”的故事可能会产生误导？
2. 高海拔处空气密度会降低。请用ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²)解释，为什么机翼在稀薄的高海拔空气中需要更快地移动，才能产生与海平面相同的升力。

这个实验背后的物理原理

← 返回实验