Właściwie wygląda to na cud. Skrzydlata maszyna ważąca dziesiątki, a nawet setki ton, pokonując grawitację, z łatwością wznosi się i szybuje po niebie jak ptak. Jaka siła utrzymuje ją w powietrzu?
Instrukcje
Krok 1
Trochę historii
W 1738 roku szwajcarski naukowiec Daniel Bernoulli opracował prawo nazwane jego imieniem. Zgodnie z tym prawem, wraz ze wzrostem natężenia przepływu cieczy lub gazu, ciśnienie statyczne w nich maleje i odwrotnie, wraz ze spadkiem prędkości wzrasta.
W 1904 roku rosyjski naukowiec N. E. Żukowski opracował twierdzenie o sile nośnej działającej na ciało w płaszczyźnie i równoległym przepływie gazu lub cieczy. Zgodnie z tym twierdzeniem na ciało (skrzydło) znajdujące się w poruszającym się medium płynnym lub gazowym działa siła nośna, której wartość zależy od parametrów medium i ciała. Głównym rezultatem pracy Żukowskiego był wzór na współczynnik siły nośnej.
Krok 2
Siła podnoszenia
Profil skrzydła samolotu jest asymetryczny, jego górna część jest bardziej wypukła niż dolna. Kiedy samolot się porusza, prędkość strumienia powietrza przechodzącego od góry skrzydła jest wyższa niż prędkość strumienia przechodzącego od dołu. W wyniku tego (zgodnie z twierdzeniem Bernoulliego) ciśnienie powietrza pod skrzydłem samolotu staje się wyższe niż ciśnienie nad skrzydłem. Ze względu na różnicę tych ciśnień powstaje siła nośna (Y), popychająca skrzydło do góry. Jego wartość to:
Y = Cy * p * V² * S / 2, gdzie:
- Cy - współczynnik podnoszenia;
- p jest gęstością medium (powietrza) w kg / m³;
- S - powierzchnia w m²;
- V to prędkość przepływu wm / s.
Krok 3
Pod wpływem różnych sił
Kilka sił działa na samolot poruszający się w przestrzeni powietrznej:
- siła ciągu silnika (śmigła lub odrzutowca) popychającego samolot do przodu;
- opór czołowy skierowany do tyłu;
- siła grawitacji Ziemi (ciężar samolotu), skierowana w dół;
- winda pchająca samolot w górę.
Wartość siły nośnej i oporu zależy od kształtu skrzydła, kąta natarcia (kąta, pod jakim strumień spotyka się ze skrzydłem) oraz gęstości przepływu powietrza. To z kolei zależy od prędkości samolotu i ciśnienia atmosferycznego.
Krok 4
Gdy samolot przyspiesza i jego prędkość rośnie, siła nośna wzrasta. Gdy tylko przekroczy ciężar samolotu, wznosi się w górę. Gdy samolot porusza się poziomo ze stałą prędkością, wszystkie siły są zrównoważone, ich wynikowa (całkowita siła) wynosi zero.
Kształt skrzydła jest tak dobrany, aby opór był jak najmniejszy, a siła nośna jak najwyższa. Podnoszenie można zwiększyć, zwiększając prędkość jazdy i powierzchnię skrzydła. Im wyższa prędkość ruchu, tym mniejsza może być powierzchnia skrzydła i na odwrót.
