• Tuesday June 25,2019

Fizika. , , zrakoplovi

Anonim


Prošle je godine bila 300. godišnjica rođenja Daniela Bernoullija, švicarskog matematičara i polimata, a slavio sam se na njegovu sjećanju. Nije da sam zapravo vrijeđao tog čovjeka; Jednostavno ga nisam spominjao kad bih imao dva otkrića . Rođen 1700. godine, Bernoulli nikad nije imao puno toga za zrakoplove dok je bio živ, ali i danas je široko zaslužan za održavanje svake od njih u zraku. U članku o letenju insekata prošlog travnja, gotovo sam se uvjerio da krilo zrakoplova odvodi zrak prema dolje i da ovaj "silazni silaz snižava tlak zraka iznad krila, podiže je ..."


Cessna Citation ostavlja duboki korak u oblacima ispod nje, dokaz da je visoko uzdignut zrak.
Fotografija Ljubaznošću Cessna zrakoplovne tvrtke
Reakcija iz čitateljstva bila je živa. "Zrakoplovi se ne dižu " preusmjeravaju zrak! "" Pročitajte jednu e-mail ( "Predmet: Dosta Pseudo-Znanost Već! "). "To je znanost trećeg stupnja. Možda vaši pisci i urednici trebaju pomoćnu znanost? " Još jedan čitatelj: "Dakle, vaši pisci popularne znanosti ponovno su to učinili: Robert Kunzig razgovara s vrha svoje glave bez znajući o čemu govori, koliko plaćate te tipove? Previše ili nedovoljno? "
Sada kada su strasti imale šansu da se ohladaju, imam dva razloga za odgovor. Prvo, imam pravo i niste u krivu. Drugo, ja sam samo skroman glasnik za prave heretike, koje sam trebao priznati - no sada je ionako bolji put, jer su upravo objavili dobru knjigu. Njihova imena su David Anderson i Scott Eberhardt, knjiga je razumijevanje leta (McGraw-Hill), a početni epigraf iznosi: "Zaboravi Bernoullijev teorem".
Pitanje kako zrakoplov leti može izgledati kao znanost trećeg stupnja, ali zrakoplovni inženjeri mogu i ne slažu se s njim. Scott Eberhardt je profesor aeronautike na Sveučilištu Washington u Seattleu gdje predaje popularni uvodni razred. U tipičnom nastavnom planu zrakoplovstva, kaže on, učenici se upijaju s kompleksnim jednadžbama, ali nikad ne dobivaju intuitivno razumijevanje onoga što podiže zrakoplov. "Većina studenata koji diplomiraju danas nemaju temeljno razumijevanje jer ih nismo učili", kaže Eberhardt. "Oni to mogu objasniti u matematici, ali to nije razumijevanje."
David Anderson, fizičar u Fermilabu, imao je upravo to iskustvo kada je studirao fiziku na Sveučilištu u Washingtonu prije nekoliko desetljeća prije Eberhardtovog vremena. "Kad sam prošla, imao sam dobro intuitivno razumijevanje svake fizike, " kaže on. "Ali nisam shvatio kako je krilo letjelo, radila sam sve probleme, aced all testovi - i upravo sam imala osjećaj da su peeing na moje čizme i govoreći mi da je kiša."
Nije baš pravedno kriviti takvo vrijeme Bernoullija, koji je umro čak i prije prvog usponu u balonu vrućeg zraka. Ali negdje na putu u 20. stoljeću, njegovo slavno i savršeno istinsko načelo pogrešno se primijenilo u objašnjenju aerodinamičnog dizanja svakog čovjeka. Objašnjenje ide ovako: Zrak struji brže iznad gornje površine krila nego ispod dna. Bernoullijev princip kaže da kada se bilo koja tekućina pomiče brže - na primjer kad prolazi usko grlo u cijevi - statički pritisak u njemu se smanjuje. Zato, posuđivanje Bernoullijeve logike, zrak iznad krila mora biti niži od zraka ispod. To podiže krilo.
Ali zašto, na prvom mjestu, čini se da zrak na vrhu prolazi brže? To je, kažu Anderson i Eberhardt, gdje su popularna objašnjenja ruševine i opekline. Čak i popularizatori poput mene pitali su se o uobičajenom odgovoru: Zrak koji teče preko zakrivljene gornje površine krila putuje dalje od zraka koji putuje pod dno pa mora ići brže da bi se istodobno približio rubu. Problem je u tome što ne postoji zemaljski razlog zašto bi zrak trebalo stići istodobno. Zapravo, nije. Netko, negdje (i neka se nadu da nije bio znanstveni novinar), činio je "princip jednakih tranzitnih vremena". Zrak na vrhu zapravo prelazi na krajnji rub prije nego zrak na dnu, jer to stvarno putuje brže. No, popularno objašnjenje vam ne govori zašto, i stoga uopće nije objašnjenje.
Zašto zrakoplov stoji? Pitanje je naglo poremećeno kod Andersona dok je karijeru nastavio u raznim fizikalnim laboratorijima. Posebno ga je prigrlio kad je bio u Los Alamosu u sjevernom Novom Meksiku i počeo pilotirati Cessnu 182. Mnogo kasnije, u Fermilabu, Anderson se našao na odboru zaduženom za privlačenje vanjskih zvučnika s vremena na vrijeme da odvede zatvorenike umovi s higgs bozona. Jednog je dana odlučio pronaći stručnjaka koji bi mogao objasniti let zrakoplova. Nazvao je njegovo ime i dobio ga preko Eberhardta.



Upute za letenje
Sile koje djeluju na krilima zrakoplova su suptilne kao i elementarne. Prema načelu poznatom kao Coanda efekt, zrak koji teče preko vrha krila lagano se drži na površini i povlači se prema dolje. To stvara gornju zonu niskog tlaka i zonu pod visokim tlakom koja gura krilo. Što je krilni 'kut napada, to je jači lift.
Grafika prilagođena za razumijevanje leta, David F. Anderson i Scott Eberhardt, McGraw-Hill, 2001; Grafika Matt Zanga
"Razgovarali smo, a ja sam ga osjećao", prisjeća se Anderson. "Jer ako bi mi dao Bernoullija, ne bih gubio novac, pa sam rekao:" Što čini krilo leti? ", A on je rekao:" Lift je reakcijska sila. krilima gura zrak dolje, tako da zrak gura krilo gore. "I rekao sam, " Da! "
Tako je započeo dugu suradnju koja je kulminirala u Razumijevanje leta. Eberhardt naglašava da u knjizi nema nove fizike. Da biste razumjeli podizanje, trebate samo Newtonove tri zakone i nešto što se zove Coanda efekt. Coanda efekt je samo sklonost zraku ili bilo koja tek lagano viskozna tekućina koja se drži na površini na koju teče i tako prati površinu kako se naginje. Budući da zrak prati gornju površinu krila, ona se naginje prema dolje - jer je površina zakrivljena, ali i zato što je prednji rub nagnut (pogotovo ako se uzdiže) na ono što se zove kut napada. Zrak koji je savijen prema dolje povlači zrak iznad njega, diže se i stvara niskotlačne zone.
Da savijemo zrak prema dolje, krilo mora izvršiti silu na nju (to je prvi Newtonov zakon). Ta akcija neizbježno izaziva jednaku i suprotnu reakciju (Newtonov treći zakon). Pomoću niskotlačne zone iznad krila i višeg tlaka ispod njega zrak povećava snagu na krilu: to je lift. Veličina sile jednaka je masi zraka koji je krilo skrenuo prema dolje pomnožen s ubrzanjem tog zraka (Newtonov drugi zakon). Pilot može povećati dizanje leteći brže (dodavanje snage) ili povećanjem kuta napada (povlačenjem natrag na štapiću); bilo kako krilo odvaja više zraka dolje i iza aviona.
Krila od 250 tona zrakoplova, Anderson izračunava, pumpa oko 250 tona zraka svake sekunde. "To je problem s Bernoullijem", kaže on. "Nema posla - to je sve magije. Nema smisla da bi krilo moglo izrezati kroz zrak poput noža, ostaviti malu prolazno jeku u zraku i držati se 250 zrakoplovom od 250 tona, koji se zadržava silom. "
Bernoulli, RIP? Pa, ne sasvim. Uostalom, dizajneri zrakoplova koriste Bernoullijev princip, s očiglednim uspjehom, u složenim proračunima protoka zraka. I vi to možete upotrijebiti, ako želite, razumjeti lift. Ali onda mislite na stvari ovako: Vodeći rub krila je opstrukcija, poput uskog grla u cijevi. Squeezes zrak koji teče oko nje, a stisne više gdje put je više zakrivljen - preko vrha krila. Poslušni Bernoulli, tijek se ubrzava, press-ure kapi, i voil & 225; lift.
Obje objašnjenja su ispravne, doista; nema razloga da se vruće o temi. Ali što se mene tiče, Anderson i Eberhardt su ključni test: puno je lakše objasniti mojem trećem razredu nego što je Bernoulli ikad bio. Vidjet ćemo kako lete s čitateljima.


Zanimljivi Članci

Rezerve učinkovite u smanjenju požara u brazilskim Rainforests

Rezerve učinkovite u smanjenju požara u brazilskim Rainforests

Ohrabrujući članak koji je upravo objavljen u PLoS ONE pokazuje da su rezerve u brazilskoj američkoj Rainforestu pružile važan pufer protiv požara. Zašto je važno? Požari mogu biti razorne u regiji budući da stabla nemaju prirodnu zaštitu. To je primarni uzrok deforestacije koji također pridonosi klimatskim promjenama. Prema dr.

Loš dah?  Tjelesni miris?  Nemojte se moliti da se prijavite u Kini's svemirski program

Loš dah? Tjelesni miris? Nemojte se moliti da se prijavite u Kini's svemirski program

Čini se da je higijena u svemiru sva bijesa. Prvo, to je bio odjeća otporan rublje koje je jedan astronaut nosio za mjesec dana. Sada, Kinaov svemirski program ima 100 pravila za potencijalne nautike - i svatko s lošim dahom, zubnim šupljinama, mirisom tijela ili obiteljskom poviješću ozbiljne bolesti u posljednje tri generacije ne mora se primjenjivati ​​(naizgled program traži samo "super ljudska bića"). BBC izvješ

Podaci o fitnesu otkrivaju američke vojne baze

Podaci o fitnesu otkrivaju američke vojne baze

Strava je aplikacija za fitness koja korisnicima omogućuje da karte svoje staze za trčanje, a nedavno je objavio raspored topline gdje ljudi dobivaju njihovu masnoću na oko svjetski tajnih vojnih baza. Ups. Strava je objavila snimke u studenom, a pokazale su se zabavne strane generiranja podatkovnih točaka dok se znojite. Al

Kako Pandasi preživljavaju na dijeti samo bambusa

Kako Pandasi preživljavaju na dijeti samo bambusa

Biti vegetarijanac nije lagan zadatak: poteškoće održavanja uravnotežene prehrane dovoljno je da se voćar bere natrag u zemlju hamburgera i pilećih krila. I ljudski vegetarijanci nisu jedini koji se moraju kreativno uzdići - divovski pandasi rade isto. Do sada su znanstvenici bili sigurni kako pandasi ispunjavaju svoje prehrambene potrebe kroz potrošnju samo jedne, vrlo vlaknaste biljke - bambusa. Nova s

Mutantni grip papir konačno je objavljen, otkriva pandemijski potencijal divljih virusa

Mutantni grip papir konačno je objavljen, otkriva pandemijski potencijal divljih virusa

Napokon je napokon. Nakon mjeseci volje - oni nisu osvojili i trebali bi - trebali bi - ne bi trebali raditi, Nature je konačno objavio rad o mutantnoj vrsti ptičje gripe koja se može širiti između sisavaca. Soj je producirao Yoshihiro Kawaoka sa Sveučilišta Wisconsin-Madison, koji je pokušavao shvatiti mogu li virusi divlje ptičje gripe potencijalno započeti pandemiju. Ti virus

Knjiga (P) pregled # 1: život uzlazno, deset velikih izuma evolucije

Knjiga (P) pregled # 1: život uzlazno, deset velikih izuma evolucije

Prošli mjesec sam vas pitao kako se nositi sa sve većom gomilom znanstvenih knjiga koje primam (prije nego što im dajem većinu od njih u knjižnicu, naravno). Mnogo vas je glasovao u korist čestih opisa sličica, a ne kao alternativa poput rjeđih pregleda. To je olakšanje, jer to je bilo moje preferiranje. Dopusti