תוֹכֶן
בין אם אתה לומד את מעוף הציפורים שמכות את כנפיהן לעלות לשמיים או עליית הגז מארובה לאווירה, אתה יכול ללמוד כיצד חפצים מרימים את עצמם כנגד כוח הכובד כדי ללמוד טוב יותר על שיטות הטיסה הללו. "
עבור ציוד ומטוסים שמטוסים באוויר, טיסה תלויה בהתגברות על כוח הכבידה וכן בהתחשבנות בכוח האוויר נגד חפצים אלה מאז שהמציאו האחים רייט את המטוס. חישוב כוח ההרמה יכול לומר לך כמה כוח נדרש לחפצים המוטסים.
משוואת כוח הרמה
חפצים שעפים באוויר נאלצים להתמודד עם כוח האוויר המופעל כנגד עצמם. כאשר האובייקט נע קדימה באוויר, כוח הגרר הוא החלק של הכוח הפועל במקביל לזרימת התנועה. הרמה, לעומת זאת, היא החלק של הכוח הניצב לזרימת אוויר או גז או נוזל אחר כנגד העצם.
מטוסים מעשה ידי אדם כמו רקטות או מטוסים משתמשים במשוואת כוח המעלית של L = (Cל ρ v2 א) / 2 לכוח הרמה ל, הרם מקדם גל, צפיפות החומר סביב האובייקט ρ ("rho"), מהירות v ואזור הכנפיים א. מקדם ההרמה מסכם את השפעותיהם של כוחות שונים על האובייקט הנישא באוויר כולל צמיגות האוויר ודחיסתו וזווית הגוף ביחס לזרימה שהופכת את המשוואה לחישוב המעלית לפשוטה בהרבה.
מדענים ומהנדסים בדרך כלל קובעים גל באופן ניסיוני על ידי מדידת ערכי כוח ההרמה והשוואתם למהירות העצמים, שטח מוטת הכנפיים וצפיפות חומר הנוזל או הגז בו טובל האובייקט. ביצוע גרף מעלית לעומת הכמות של (ρ v2 א) / 2 ייתן לך שורה או קבוצה של נקודות נתונים הניתנות להכפלה על ידי גל כדי לקבוע את כוח ההרמה במשוואת כוח ההרמה.
שיטות חישוב מתקדמות יותר יכולות לקבוע ערכים מדויקים יותר של מקדם ההרמה. ישנן דרכים תיאורטיות לקביעת מקדם ההרמה. כדי להבין חלק זה של משוואת כוח ההרמה, ניתן להסתכל על הגזרת הנוסחה של כוח ההרמה וכיצד מחושב מקדם כוח ההרמה כתוצאה מכוחות מוטסים אלה על עצם שחווה מעלית.
הגדרת משוואת מעלית
כדי להסביר את שלל הכוחות שמשפיעים על חפץ שעף באוויר, ניתן להגדיר את מקדם ההרמה גל כפי ש גל = L / (qS) לכוח הרמה ל, שטח פנים ס ולחץ דינמי נוזלי ש, נמדד בדרך כלל בפסלים. אתה יכול להמיר את הלחץ הדינמי הנוזל לנוסחה שלו ש = ρu2/ 2 להשיג גל = 2L / ρu2ס בו ρ הוא צפיפות הנוזלים u הוא מהירות הזרימה. ממשוואה זו ניתן לסדר אותה מחדש כדי לגזור את משוואת כוח ההרמה L = Cל ρu2S / 2.
לחץ נוזלים דינאמי זה ושטח השטח במגע עם האוויר או הנוזל תלויים גם הם במידה רבה בגיאומטריה של האובייקט הנישא באוויר.עבור חפץ שעשוי להיות בקירוב כצילינדר כמו מטוס, הכוח צריך להתפשט החוצה מגוף האובייקט. שטח הפנים, אם כן, יהיה היקפו של הגוף הגלילי פי גובה החפץ או אורכו, ויעניק לך S = C x h.
אתה יכול גם לפרש את שטח הפנים כמוצר בעובי, כמות שטח מחולקת באורך, t , כך שכאשר מכפילים את עובי הגובה או האורך של העצם, מקבלים שטח פנים. במקרה הזה S = t x h.
היחס בין משתנים אלה של שטח הפנים מאפשר לך לתאר גרף או למדוד באופן ניסיוני את האופן בו הם נבדלים כדי ללמוד את ההשפעה של הכוח סביב היקף הגליל או הכוח התלוי בעובי החומר. קיימות שיטות אחרות למדידה ולימוד של חפצים מוטסים באמצעות מקדם ההרמה.
שימושים אחרים של מקדם הרמה
ישנן דרכים רבות אחרות לקירוב מקדם עקומת ההרמה. מכיוון שמקדם ההרמה צריך לכלול גורמים רבים ושונים המשפיעים על טיסת המטוסים, אתה יכול גם להשתמש בו כדי למדוד את הזווית שמטוס עשוי לנקוט ביחס לקרקע. זווית זו מכונה זווית התקפה (AOA), המיוצגת על ידי α ("אלפא"), ותוכל לכתוב מחדש את מקדם ההרמה גל = גL0 + גלαα.
עם מידה זו של גל שיש תלות נוספת בגלל AOA α, אתה יכול לכתוב מחדש את המשוואה כ α = (Cל + גL0) / גלα ולאחר קביעת כוח ההרמה באופן ניסיוני עבור AOA ספציפי, אתה יכול לחשב את מקדם ההרמה הכללי Cל. לאחר מכן, תוכלו לנסות למדוד AOAs שונים כדי לקבוע מהם הערכים של גL0 ו CLα יתאים בכושר הטוב ביותר _._ משוואה זו מניחה כי מקדם ההרמה משתנה באופן ליניארי עם AOA כך יתכנו כמה נסיבות בהן משוואת מקדם מדויק עשויה להתאים טוב יותר.
כדי להבין טוב יותר את ה- AOA על כוח ההרמה ומקדם ההרמה, מהנדסים חקרו כיצד ה- AOA משנה את האופן בו מטוס טס. אם תרשים מקדמי הרמה מול AOA, אתה יכול לחשב את הערך החיובי של המדרון, המכונה שיפוע עקומת ההרמה הדו-ממדית. מחקרים הראו כי לאחר ערך כלשהו של AOA, ה- גל הערך יורד.
AOA מקסימלי זה ידוע כנקודת ההתרעה, עם מהירות ההליכה המתאימה והמקסימום גל ערך. מחקרים שנערכו על עובי ועיקומם של חומר המטוס הראו דרכים לחישוב ערכים אלה כשאתה יודע מה הגיאומטריה והחומר של האובייקט הנישא באוויר.
מחשבון מקדם משוואה והרמה
לנאס"א יש יישומון מקוון שמראה כיצד משוואת המעליות משפיעה על טיסת המטוסים. זה מבוסס על מחשבון מקדם הרמה, ותוכלו להשתמש בו כדי לקבוע ערכים שונים של מהירות, זווית שאובייקט מוטס לוקח ביחס לקרקע ולשטח הפנים שיש לאובייקטים כנגד החומר המקיף את המטוס. היישומון אפילו מאפשר לך להשתמש במטוסים היסטוריים כדי להראות כיצד התפתחו עיצובים מהונדסים מאז שנות העשרים.
ההדמיה אינה מביאה בחשבון את שינוי המשקל של האובייקט הנישא באוויר בגלל שינויים באזור הכנף. כדי לקבוע איזו השפעה תהיה לכך, ניתן לבצע מדידות של ערכים שונים של שטחי שטח על כוח ההרמה ולחשב שינוי בכוח ההרמה שיגרום לשטחי שטח אלה. ניתן גם לחשב את כוח הכבידה שיש להמונים שונות באמצעות W = mg למשקל בגלל כוח הכבידה W, מסה m ותאוצה הכבידה קבוע g (9.8 מ '/ ש')2).
אתה יכול גם להשתמש ב "בדיקה" שתוכל לכוון סביב האובייקטים הנישאים באוויר כדי להציג את המהירות בנקודות שונות לאורך ההדמיה. ההדמיה מוגבלת גם כי המטוסים משוערים באמצעות צלחת שטוחה כחישוב מהיר ומלוכלך. אתה יכול להשתמש בזה כדי לקרב פתרונות למשוואת כוח ההרמה.