Od Bernoulliho k létání.

29. 01. 2019 14:44:49
Můžeme vysvětlit vztlak působící na křídlo letadla, pomocí Bernoulliho principu? Proč můžou létat stroje těžší než vzduch?

Pan Bernoulli se zabýval vztahem mezi rychlostí proudící kapaliny a tlakem na stěny trubice. Na obrázku A) jsou zakresleny dvě manometrické trubice p1 , p2 a tlaky h1, h2 a dále rychlosti v1, v2. Co je na tomto obrázku špatně? Kdyby pokračovaly tyto trubice vlevo i vpravo dostatečně daleko, tak by se tlaky v manometrických trubicích p1, p2 téměř srovnaly.

Kdyby jsme umístily na zúženou trubici ještě jednu manometrickou trubici p3 blízko výtoku kapaliny, tak by jsme naměřili nulový tlak a rychlost kapaliny v3 by byla větší než v2. Z toho plyne, že v zúžené trubici se nejedná o konstantní rychlost, ale o zrychlení, které vidíme i v pravé straně rovnice. Naopak v silnější trubce, můžeme naměřit tlak, téměř stejný v kterémkoliv místě, takže se nejedná o zrychlení kapaliny, ale o rychlost v1. Závěrem můžeme konstatovat, že ve tlusté trubce se jedná o hybnost a v tenké se jedná o zrychlení, tedy o energii.

Z toho je vidět, že Bernoulliho princip nelze použít na vysvětlení vztlaku na křídle letadla.

A)

Co uvádí Wikipedie?

Základním principem působícím vznik dynamického (aerodynamického, hydrodynamického) vztlaku je třetí Newtonův zákon, podle kterého na těleso (např. křídlo) působí reakční síla vůči síle, kterou těleso při pohybu působí na okolní vzduch. Dynamický vztlak tedy jinými slovy vzniká jako silová reakce při ohybu svazku proudnic – pohybující se křídlo vychyluje okolní vzduch směrem dolů, načež na křídlo jako reakce působí síla směrem vzhůru.

Poměrně častým, avšak chybným vysvětlením je zdůvodnění operující s Bernoulliho rovnicí a tím, že rozdíl tlaků na horní a dolní plochu křídla má vznikat z rozdílu rychlostí proudění vzduchu nad horní a pod dolní plochou křídla (v místě rychlejšího proudění je nižší tlak) s tím, že podle tohoto vysvětlení se předpokládá, že molekuly plynu, které byly před křídlem na rozhraní tak, že jedna se pohybuje horním profilem a druhá spodním profilem, se za křídlem opět potkají; kvůli asymetrickému tvaru křídla by to mohly dokázat jen tak, že ta nad horní plochou musí cestovat rychleji než ta spodní. Toto vysvětlení je však z mnoha příčin nesprávné: Přestože se vzduch nad horní plochou křídla opravdu pohybuje rychleji než pod dolní, není pravdou, že by se částice vzduchu rozdělené na náběžné hraně křídla za křídlem opět setkaly; Bernoulliho rovnice navíc není na tento případ vůbec aplikovatelná, neboť staví na jiných předpokladech, než které platí pro křídlo pohybující se volným vzduchem.[1][2][3]

Wikipedia , jiný pohled?

Vztlak na křídle vzniká proto, že jeho profil obtékají proudnice rozdílnou rychlostí – nad křídlem rychleji než pod ním. Tím vzniká nad křídlem podle Bernoulliho rovnice podtlak, kdežto prohnutí spodní plochy a náběhový úhel křídla vytvářejí pod křídlem jistý přetlak. Na náběžné hraně křídla se vzduch rozděluje a na odtokové hraně se proudnice zase spojují. Profil musí být navržen tak, aby na odtokové hraně nevznikaly zbytečné víry. Spojnice krajních bodů profilu (na náběžné a odtokové hraně) se nazývá tětiva profilu. Tětiva profilu svírá s podélnou osou letadla úhel náběhu, který se na vytváření vztlaku podstatně podílí, hlavně při nižších rychlostech.

Pravda bude někde uprostřed, jak ukazuje nákres B) . Výsledná síla, která drží letadlo se skládá ze dvou třetin síly vztlakové a jedné třetiny síly tlakové, která působí na křídlo ze spodu. Ale to se bude během letu měnit, protože moderní letadla mají spoustu klapek, které používají jinak při startu, jinak při letu a jinak při přistávání.

B)

Princip plachtění po moři.

Principem plachetnice je využívání kinetické energie větru. U prvních plachetnic se jen využívalo síly, vzniklé aerodynamickým odporem vzduchu, působícího na plachtu postavenou kolmo na směr větru. Tento způsob umožňoval plavbu jen ve směru větru. Později byly plachty zdokonalovány a byla objevena možnost postavit plachty ve vhodném úhlu k větru a tak plout i kolmo na směr větru či dokonce šikmo proti němu. Postup, kdy se plachetnice pohybuje klikatým kursem proti směru větru se nazývá křižování proti větru.

Z ukázek je jasné, že Bernoulliho princip se nedá použít k objasnění vztlaku, jak u letadel, tak i u plachtěni po moři. Z toho je vidět, že ani na Wikipedii se nedá dohledat jednoznačný důkaz. Proto je tak důležité přemýšlet, pokládat si otázky a ze zásady nevěřit všemu co je psáno. Jen tak můžeme posunout vědu a nezakrnět v dogmatech.

Autor: Julius Maksa | úterý 29.1.2019 14:44 | karma článku: 11.73 | přečteno: 551x

Další články blogera

Julius Maksa

Jak nejlépe zabránit na dálnici jízdě v protisměru?

V pátek se staly dvě dopravní nehody na českých dálnicích, způsobené řidiči jedoucími v protisměru. Pomůže umístění nové dopravní značky? Neexistuje lepší značení, které by nebylo možné přehlédnout? Jedno řešení bych měl.

16.2.2019 v 14:15 | Karma článku: 39.01 | Přečteno: 3236 | Diskuse

Julius Maksa

Slunce, naše nejbližší hvězda.

O slunci toho bylo napsáno mnoho, ale je všechno pravda? Probíhají všechny děje tak, jak se nám snaží vysvětlovat populátoři vědy? Bude se slunce rozpínat tak daleko, až naši planetu pohltí? Na tyto otázky se pokusím odpovědět.

25.12.2018 v 21:22 | Karma článku: 10.84 | Přečteno: 1255 | Diskuse

Julius Maksa

Je voda základ života? Nebo je to teplo a světlo?

V minulém článku o tepelných čerpadlech jsem se překlepnul, takže nejen ,že se článek neobjevil na hlavní stránce, ale ještě jsem si smazal druhou část. Ale i tak měl velký úspěch. Takže budu volně pokračovat v teoretické rovině.

30.11.2018 v 16:03 | Karma článku: 8.05 | Přečteno: 388 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Jan Mestan

Něco málo k principu superpozice v geologii

Tento text věnuji vysvětlení tzv. principu superpozice v geologii. Následně provedu krátké zamyšlení nad tím, že geovědy mají významný problém s jeho uplatněním v praxi. Zejména pak v součinnosti s tzv. radiometrickým datováním.

21.2.2019 v 16:34 | Karma článku: 8.42 | Přečteno: 150 | Diskuse

Dana Tenzler

Je radioaktivita škodlivá? A proč vlastně… (1)

Může vás poškodit a může vás i vyléčit. Někdy vám také neuškodí - a když ano, tak ne všem stejně. Všichni se jí bojí. Velice často právem - a někdy neprávem. Tento (a následující blogy) se budou zabývat radioaktivitou.

21.2.2019 v 8:00 | Karma článku: 22.71 | Přečteno: 509 | Diskuse

Petr Bajnar

Freudovské přeřeknutí

Ačkoli jsem si svůj poslední článek v rubrice Věda „O lidské (ne)inteligenci“ pro kontrolu dvakrát četl, přesto jsem v něm napsal větu: "Ve zvířatech bude vidět jen zdroj výživných bílkovin a ne LIDSKOU bytost".

18.2.2019 v 16:50 | Karma článku: 12.82 | Přečteno: 465 | Diskuse

Dana Tenzler

Chemie v jezírku - tajuplné bublinky v ledu

Jak se dostanou do ledu bubliny a proč se objevují jen někdy? Na vině je chemie a biologie, která neodpočívá ani v zimě. (délka blogu 5 min.)

18.2.2019 v 8:00 | Karma článku: 18.00 | Přečteno: 327 | Diskuse

Jan Mestan

'Zapomenutý' článek H. G. Owena

V roce 1976 vyšel dlouhý text H. G. Owena, který jej publikoval v magazínu Philosophical Transactions of The Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences. Owen se v něm zabývá myšlenkou expandující Země.

17.2.2019 v 18:20 | Karma článku: 14.31 | Přečteno: 275 | Diskuse
Počet článků 16 Celková karma 20.53 Průměrná čtenost 870

Fyzika je mé hobby a o ní budu psát. Dlouhodobě se zabývám fyzikálními experimenty a teorií. Žiji více než 30 let v Rakousku. Do České republiky pravidelně jezdím.

Najdete na iDNES.cz