Презентация на тему Исследовательский проект на тему: От фена до самолета

современных технических устройств, в том числе самолетов;
Движение самолетов вызывает

познавательный интерес;
Движение самолетов вызывает личностный интерес (насколько безопасны полеты?)

созданный феном, то шарик будет «выталкиваться» из потока силой

струи, поэтому для удержания шарика в воздухе струю нужно направлять под шарик: в этом случае поток воздуха какое-то время не даст телу упасть под действием силы тяжести.

потоке на основе законов аэродинамики.

за пределы школьного курса физики);
Провести практические опыты с пластиковыми

шариками, имеющими отверстия различной формы, в струе воздушных потоков с целью изучения направления потока; сил, действующих на шарик в струе; высоты подъема шарика;
Рассчитать некоторые динамические характеристики тела в струе воздушных потоков;
На основе экспериментальных исследований с пластиковым шариком в струе воздушного потока объяснить причины возникновения подъемной силы крыла самолета.

аэродинамика









Примеры когерентных вихревых структур, полученных расчетным путем на

компьютерах

давлений остается постоянной
(ρgh + P0 = ρv2/2 +

P0).

составляющая давления (обусловлено кинетической энергией движущейся жидкости) возрастает, а
статическая

(обусловленная потенциальной энергией жидкости, находящейся под давлением) уменьшается.

возрастания скорости, то есть динамического давления, статическое давление падает.
Гидравлическое

сопротивление увеличивается пропорционально квадрату скорости потока
Мощность увеличивается пропорционально третьей степени скорости

вращающегося тела потоком жидкости или газа.
Образуется сила, воздействующая

на тело и направленная перпендикулярно направлению потока.

начинает раскручиваться
(при этом дырка вращается в вертикальной плоскости)

шарика со смещенным отверстием вращение происходит не в одной

и той же плоскости (с прецессией, как говорят научным языком).

отверстие закрыть, то вращение прекращается.
Изменение положения центра тяжести

шарика относительно его геометрического центра.

стороны, которая движется по потоку
Поток «отталкивается», отклоняясь в сторону,

с противоположной стороны

Шарик смещается относительно центра струи

струе меньше, чем в окружающем воздухе,
поэтому стоит только шарику

сместиться, как на край, выходящий за пределы струи, начинает действовать сила, возвращающая его обратно

Pс < Pв

F

потока вокруг шарика.
Возникает момент силы трения, закручивающий шарик.
Возникает

поперечная сила (сила Магнуса), которая смещает устойчивое положение шарика относительно оси потока.

Mтр

FМ

а)

в)

б)

г)

центра струи, направлена не горизонтально,
а имеет
вертикальную компоненту.

здесь ничто не мешает потоку оторваться от шарика
г)

тяжести F = m g;
сила сопротивления воздуха Fс =

kρv2S;
вертикальная составляющая силы Магнуса FМ ≈ ρd2v2sin β;
k — коэффициент сопротивления, зависящий от формы тела,
ρ — плотность воздуха,
v - скорость набегающего потока,
S — площадь лобового сечения шарика.

Некоторые оценки опытов.

Fт

FМ

Fс

из закона сохранения импульса

Сечения струи выразим через высоты h1

и h2 и угол расхождения струи β

Высота подъема шарика

h1 и h2 - высота струи,
β - угол расхождения струи
d - диаметр шарика
h1 — сечение струи на выходе из трубы,
v1 - скорость струи на выходе из трубы

сила есть следствие трех причин:
1) особой формы крыла,

2) его положения относительно набегающего потока воздуха – «угла атаки»;
3) скорости полета.

Бернулли и его следствия;
Существенно:
Зависимость давления от скорости потока;
Зависимость давления

от сечения потока;
Зависимость сопротивления от скорости потока;
Эффект Магнуса: возникновение силы, направленной перпендикулярно направлению потока.

вращения и подъема;
Шарик без дырки висит точно на оси

потока и не вертится, т.к. давление в струе меньше, чем в окружающем воздухе;
У шарика со смещенным отверстием вращение происходит не в одной и той же плоскости (с прецессией);

шарика с дыркой вызван вертикальной компонентой силы Магнуса;
Аналогично, пилот

самолета имеет возможность влиять на угол атаки крыла и скорость полета самолета, изменяя форму крыла.

нашем случае равна 19 см
что согласуется с экспериментальными

данными.

созданном мотором, также устойчиво, как и шарик в струе

фена.

следов на основе метода дискретных вихрей [Текст]/ С. М.

Белоцерковский, А. С. Гиневский. - М.: Наука, 2016. – С. 147.
Белоцерковский, С. М. О моделировании на ЭВМ турбулентных струй и следов методом дискретных вихрей [Текст]/ С. М. Белоцерковский. - М.: Наука, 2017. - С. 246-248.
Белоцерковский, С.М. Компьютерная концепция вихревой турбулентности [Текст]/ С.М. Белоцерковский, А.С. Гиневский // Белоцерковский, С.М. Нелинейная механика. Т. 3. - Изв. вузов. - 2014. - С. 72-93.
Кузьмин, С. Шарик с дыркой в струе пылесоса. [Текст]// Квант. – 2018. - № 2. – С. 23-25.
Кухлинг, Х. Справочник по физике [Текст]/ Х. Кухлинг. - М.: Мир, 2015 – С. 247-265; 423.