Подъёмная сила крыла самолёта
Выглядит объяснение подъёмной силы в учебниках наукоподобно.
Приведу цитату из учебника по физике за 10 класс
( авторы Г.Я. Мякишев и М.А. Петрова):
«Подъёмная сила крыла самолёта.
Уравнение Бернулли позволяет объяснить природу подъёмной силы удерживающей самолёт в воздухе. Для её возникновения давление воздуха на нижнюю поверхность должно быть больше, чем на верхнюю поверхность. Когда воздушный поток начинает обтекать крыло, то из-за действия сил трения у задней кромки крыла образуется вихрь, в котором воздух вращается против часовой стрелки, если крыло движется влево(стр.185).При этом по законам механики должно возникнуть и вращение воздуха по часовой стрелке.
На обтекающий крыло поток накладывается циркуляция воздуха вокруг крыла. В результате скорость воздушного потока над крылом оказывается больше, чем под крылом. Но ,согласно уравнению Бернулли , давление воздуха должно быть больше там, где скорость меньше. Следовательно, под крылом давление воздуха больше, чем над ним. Эта разница давлений и приводит к появлению подъёмной силы.»
Конец цитаты.
Но получается самолёт в воздухе держит некая умозрительная расчётная величина Бернулли- воздух ,обтекая крыло, рассчитывает где больше путь и снижает там давление. И ещё ,сначала возникает вихрь и вследствие этого получается разница давлений над и под крылом Очевидно, что ветер и вихри-это следствие разницы давлений , а не причина.
На самом деле гораздо легче понять подъёмную силу представив мысленно следующий эксперимент:
Вдвоём с товарищем вы берёте за углы лист ватмана и держа его под небольшим углом к горизонту(этот угол называется углом атаки) пытаетесь бежать с ним.
Очевидно, что лист будет не просто сопротивляться , набегая на воздух, но и тянуть вверх.
Этот эффект ещё называется эффектом воздушного змея и хорошо описывается в некоторых учебниках. (Например в видеоролике « Урок 135. Применения уравнения Бернулли. Подъемная сила крыла самолета».)
Суть его в том , что лист ватмана (крыло самолёта) с углом атаки набегая на воздух (в случае с воздушным змеем воздух набегает на крыло, но сути это не меняет) сжимает перед собой воздух а за препятствием образуется разрежение т. е. создаётся разница давлений, которая и приводит к подъёмной силе (Рис.2). В учебниках утверждается, что есть ещё вторая причина- циркуляционный эффект. Если крыло имеет каплевидную форму , как у нас на первом рисунке, то воздух начинает циркулировать вокруг крыла.
На самом деле это частный случай эффекта воздушного змея- крыло каплевидной формы , набегая на воздух, создаёт препятствие для набегающего потока и за этим препятствием создаётся разрежение( а под крылом давление не меняется).
В это разрежение устремляется поток более плотного окружающего воздуха , что и приводит к более быстрому движению воздуха над крылом, чем под крылом даже если формально угол атаки равен нулю , как у нас на первом рисунке.
В этом суть подъёмной силы крыла. На самом деле на всё это накладывается вихревое движение воздуха т. к. вокруг крыла создаются области повышенного и пониженного давления и ,как следствие,вихри, но в целом сути это не меняет.
Если же безоговорочно верить учебникам физики, то выходит, что воздух заранее знает, что впереди препятствие и ускоряется над крылом т. к. знает, что там путь больше, что очевидно не так- воздух ускоряется над крылом т. к. устремляется в область с пониженным давлением(за препятствием) и замедляется под крылом (если угол атаки больше нуля) т. к. крыло создаёт препятствие для набегающего потока и замедляет воздух.
Теперь попробуйте объяснить
1)Почему спортивные самолёты могут летать вверх ногами-ведь нижняя плоскость крыла становится верхней и наоборот.
И исходя из законов Бернулли самолёт должен упасть- но он летит.
Самолёт может лететь вверх тормашками т. к. при таком полёте его продольная ось всегда направлена вверх к линии горизонта(это вы увидите на кадрах с авиашоу) , а вектор скорости -вдоль линии горизонта. Это приводит к тому, что крылья получают положительный угол атаки(угол между направлением движения и плоскостью крыла). И так же, как при нормальном полёте самолёт получает подъёмную силу.
2) Почему шероховатость крыльев меняет подъёмную силу. Объяснить это по Бернулли будет достаточно сложно, но если вы понимаете физику полёта, то ответ очевиден. Шероховатость создаёт дополнительное препятствие потоку воздуха у нижней плоскости крыла и дополнительное давление там. И в итоге это приводит к повышению подъёмной силы. Но управлять этим сложно и поэтому такой подход не используется.
В конце концов из-за чего возникает давление-из-за того , что молекулы газа ударяют о стенку в процессе хаотического движения. Поэтому , если в закрытой банке повысить температуру воздуха, то давление повысится, т. к. молекулы воздуха начнут двигаться быстрей и ударять о стенку сильней и чаще.И чаще будут бить, если повысить концентрацию при той же температуре. Тоже для подъёмной силы- давление на нижнюю плоскость крыла выше означает, что молекулы ударяются об неё чаще и сильнее, чем об верхнюю.
Это и следует понять , а поняв это вы поймёте природу подъёмной силы. А Бернулли-да и пусть себе живёт так же как закон сохранения импульса для ракеты.
Долее мы рассмотрим зачем вертолёту нужен второй винт, в чём загвоздка формулы для вычисления магнитной индукции в материале, о которой не говорят учебники и зачем в магнитопроводах трансформаторов делают зазор и почему работают гальванические батарейки. И что общего между батарейкой и наэлектризованным трением об волосы воздушным шариком.
Подписывайтесь.