Откуда берется подъемная сила крыла?

Ср, 08/07/2013 - 22:18

Рис.6. Силы, действующие на листы бумаги. R — сила отклоняющая левый лист,
К — равная и противоположно направленная сила, отклоняющая правый лист

Рис. 7. Один лист реагирует на поток точно так же, как и два листа

Рис. 8. Сила -R действует на воздух, находящийся справа от потока

Рис. 9. Лист, прислоненный к некоторой поверхности, отклоняться не будет

Рис. 10. Лист бумаги сдвинуть вверх вдоль плоскости

Левый лист остался, он отклоняется, следовательно, сила R существует, а где же реакция — сила -R? Спокойно, все на месте. Ведь уравнение Бернулли работает, снижение давления возле листа возникает, лист притягивается, но что притягивается с другой стороны? Да просто теперь вместо правого листа притягивается воздух, а его «притягивания» мы просто не видим. Реакция -R существует (рис. 8).

Ответ простой, но не очевидный. Появляющееся в струе разрежение притягивает с силой R лист бумаги, а с другой стороны силой -R — окружающий воздух. Ведь на самом-то деле лист бумаги служит лишь для того, чтобы весь процесс сделать видимым. Такой же или даже большей ясности можно было бы добиться, например, с помощью дыма или пыли.

Итак, лист отклоняется, воздух притягивается к нему, силы уравновешиваются, по горизонтали больше ничего не движется и остается только поток воздуха, направленный вниз. Но на самом деле не так, поток движется не просто вниз, а еще и отклоняется вбок, влево... Убедиться в этом можно, изменив ситуацию. Тот же лист бумаги прислоните к какой-нибудь плоскости, например, достаточно большой боковине тумбы, и снова подуйте. К вашему удивлению, лист и не подумает отклоняться (рис. 9).
Что случилось? Поток есть, разрежение как было, так и осталось, а уравнение Бернулли полностью игнорируется... Если не сильно подумать, то появляется мысль, что воздух просто не успевает зайти в тесный промежуток между стенкой и листом. Для проверки этой догадки надо обеспечить ему свободный доступ — начните просто понемногу сдвигать лист вверх вдоль тумбы (рис. 10).
Максимум, чего можно добиться — это выпучивание средней части, не экранированной стенкой (рис. 11).

Если же лист сдвигать ниже стенки, то уравнение Бернулли проявится в полном блеске, как только край листа подойдет к «свободной зоне» (рис. 12).
Эксперимент получается более чисто, если вместо сплошной стенки использовать какую-либо сетку (автор использовал кухонную подставку для горячего).

Секрет состоит в том, что в работе участвуют не один, а два процесса! Вторым является проявление закона Ньютона о связи силы (Р), массы (m) и ускорения (а): Р = m٠а .
Из него неумолимо следует, что до тех пор, пока ничего не отбрасывается (в нашем случае по горизонтали), никакой силы, способной передвинуть центр массы системы, не возникает. Масса воздуха, притянутая силой -R, направляется стенкой строго вниз, прекращая движение по горизонтали. Как только появляется малейшая возможность продолжить движение по горизонтали, поток слегка отклоняется влево, появляется сила R, отклоняющая лист вправо (рис. 13).

Об этом четко и ясно сказал в свое время Николай Егорович Жуковский:
«Двигаясь под малым углом к горизонту с большой горизонтальной скоростью, наклонная площадь сообщает громадному количеству последовательного прилегающего к ней воздуха малую скорость вниз и тем развивает большую подъемную силу вверх при незначительной затрате работы на горизонтальное перемещение». (Жуковский Н.Е., Собр. соч. т. IX, стр. 191)
Поэтому крыло не просто подсасывает воздух, но и создает скос потока! После этого так и хочется посоветовать популяризаторам читать классиков, а не просто переписывать из книжки в книжку.
А как же уравнение Бернулли? Да вместе, одновременно они работают — и уравнение Бернулли, и второй закон Ньютона!

Но все приведенное выше является лишь простейшим изложением механики обтекания и совершенно не годится для вычисления действующих сил.

Другие материалы рубрики


  • ...Теории, которые пытаются объединить все четыре типа взаимодействия, называют «Универсальными теориями», «Теориями всего сущего» или «Теорией великого объединения». Если бы у нас была такая теория, то это бы означало, что человечеству удалось построить замкнутую физическую картину мира, она бы включала в себя все базовые принципы и законы мироздания, и во всей Вселенной уже не было бы того, что мы не можем понять и описать. Эта заветная цель современной физики пока еще далека от того, чтобы быть достигнутой, но уже сейчас делаются попытки построения таких теорий...

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Полное отсутствие проводов у электробытовых приборов и доступ к электроэнергии в любой точке земного шара без ограничений, в требуемом количестве — имея при себе лишь передатчик размером со спичечный коробок…

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Известно, что в состав топлива входят такие горючие элементы, как углерод, водород и сера. Поэтому на основе предположения о том, что данные компоненты в топливе имеют вид смеси, можно осуществить подсчёт теплотворной способности данного топлива, как суммы компонентов смеси.



  • Как родилась и эволюционирует наша Вселенная? Почему кольца Сатурна такие тонкие, но протяженные? Почему активность Солнца изменяется периодически с периодом около 11 лет? Что вызвало гибель динозавров? Отчего нас так пугают ослепительные вспышки молний, оглушительные удары грома, неистовые землетрясения, разбушевавшиеся вулканы? Отчего во время шторма возникает «девятый вал»? Почему цунами — столь грозная стихия? Почему рельеф снежных заносов волнистый? Почему у ягуара тело пятнистое, а хвост полосатый? И что объединяет эти совершенно не связанные между собой явления? Оказывается, все они — результат нелинейности.



  • ...Состояние в сверхпроводнике 1-го рода, когда сверхпроводящие домены соседствуют в материале с нормальными областями, называется промежуточным. Такое состояние может возникать при значениях индукции приложенного поля, лежащих в интервале (1–D)Bc < B < Bc, где размагничивающий фактор D определяется формой образца. Интервал изменения размагничивающего фактора — от нуля (для длинного цилиндра или тонкой пластины в параллельном поле) до единицы (для плоскопараллельной пластины в случае, когда поле приложено перпендикулярно ее поверхности)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...Технология плазменных ускорителей развивается семимильными шагами. Многие принципиальные проблемы уже решены, но создание конкретных устройств пока сопряжено с серьезными трудностями. В частности, инженерам еще предстоит повысить эффективность ускорителя (долю энергии ведущего импульса, которая передается ускоряемым частицам), точность настройки пучков (в точке столкновения они должны быть выровнены с точностью до единиц нанометров) и частоту повторения рабочих циклов (количество импульсов, ускоряемых за единицу времени). Плазменные установки могут ускорять и более тяжелые частицы, например, протоны. Однако тут есть одно важное требование: вводимые частицы должны двигаться почти со скоростью света, чтобы не отстать от плазменной волны. Это означает, что энергия ускоряемых протонов должна быть не меньше нескольких ГэВ...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • В 1905 г. Альберт Эйнштейн предложил частную теорию относительности и опроверг представление о свете как о колебаниях гипотетической среды — эфира. Великий физик утверждал, что, в отличие от звуковых, световые волны могут распространяться в вакууме и для их существования не требуется какой-либо материальной среды. Это справедливо и в общей теории относительности, и в квантовой механике. Вплоть до сегодняшнего дня все экспериментальные данные в масштабах от субъядерного до галактического успешно объясняются названными теориями.
    Тем не менее существует серьезная концептуальная проблема: с позиций современной науки общая теория относительности и квантовая механика несовместимы. Гравитация, которую общая теория относительности приписывает искривлению пространственно-временного континуума, никак не вписывается в рамки квантовой механики. Физики сделали лишь небольшой шаг к пониманию сильно искривленной структуры пространства-времени, которая, согласно квантовой механике, должна наблюдаться на чрезвычайно малых расстояниях.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...В некоторых же отношениях электроны ведут себя подобно волнам. Человеческое воображение бессильно представить нечто такое, что может быть одновременно и волной, и частицей, но само по себе существование дуализма волна-частица, которая называется корпускулярно-волновым дуализмом, не вызывает сомнения. Так, объект, который обычно считают волной, обретает в микромире свойство частицы, например, световая волна, ведет себя подобно потоку частиц, выбивая электроны с поверхности металла (фотоэлектронный эффект). Частицы света называются фотонам, и физики относят их наряду с электронами и кварками к фундаментальным частицам. Наглядно представить волну-частицу невозможно, не стоит и пытаться, потому что в повседневной жизни нет ничего такого, что хотя бы отдаленно напоминало подобную нелепость...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Научно-технический прогресс — один из главных рычагов создания материально-технической базы будущего нашей страны, который возможен только на основе своевременного внедрения достижений современной науки путем использования всего арсенала средств, способствующих его ускорению.
    Революционные изменения в технике, на основе обновленных знаний, происходят в последние десятилетия столь стремительно, что часто приходится только удивляться новинкам. Творчество вечно, но, к сожалению, технические идеи часто остаются невостребованными.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Около 40 лет назад ученый В. Веселаго предположил, что существуют материалы, у которых показатель преломления имеет отрицательную величину. Световые волны в таком веществе могут передвигаться против движения распространения светового луча и вести себя нестандартно. Линзы, которые изготовлены из такого материала, — иметь чуть ли не волшебные характеристики. Но Веселаго в процессе своей работы и многолетних поисков не обнаружил ни одного вещества, имеющего подходящие электромагнитные свойства, у всех исследованных им материалов показатель преломления оказался положительным. Потому о его идее вскоре забыли. Вспомнили о ней только в начале 21 века.

    • Страницы
    • 1
    • 2