14. Statyka i dynamika płynów

14.6 Dynamiczna siła nośna

   W odróżnieniu od statycznej siły nośnej , którą jest siła wyporu działającą zgodnie z prawem Archimedesa na przykład na balon czy statek, dynamiczna siła nośna wywołana jest ruchem ciał w płynie, na przykład na skrzydła samolotu czy śmigła helikoptera. Na rysunku-animacji 14.12 poniżej pokazane są schematycznie linie prądu i ruch cząstek powietrza wokół skrzydła samolotu. Samolot wybieramy jako układ odniesienia i analizujemy ruch powietrza względem skrzydła.

Kliknij w dowolnym miejscu na rysunku żeby uruchomić animację. Ponowne kliknięcie oznacza powrót do początku.

 Rys. 14.12. Linie prądu wokół skrzydła samolotu

Analizując linie prądu zauważymy, że ze względu na ustawienie skrzydła (tak zwany kąt natarcia ) linie prądu nad skrzydłem są rozmieszczone gęściej niż pod skrzydłem co oznacza, że prędkość v1 powietrza ponad skrzydłem jest większa niż prędkość v2 pod skrzydłem. Prowadzi to do wniosku, zgodnie z prawem Bernoulliego, że ciśnienie nad skrzydłem jest mniejsze od ciśnienia pod skrzydłem i że otrzymujemy wypadkową siłę nośną F skierowaną ku górze. Wniosek ten wynika wprost z trzeciej zasady dynamiki Newtona. Wektor prędkości va powietrza zbliżającego się do skrzydła jest poziomy podczas gdy powietrze za skrzydłem jest skierowane na ukos w dół (prędkość vb ma składową pionową). Oznacza to, że skrzydło pchnęło powietrze w dół więc w reakcji powietrze pchnęło skrzydło do góry.

W naszych rozważaniach pominęliśmy siłę oporu powietrza tak zwaną siłę oporu czołowego . W warunkach rzeczywistych siła nośna jest wypadkową przedstawionej powyżej siły parcia wynikającej z asymetrycznej budowy skrzydła i siły oporu czołowego. Przy konstrukcji skrzydeł jak i śmigieł staramy się zminimalizować opór czołowy.
Ta sama siła oporu czołowego wpływa znacząco na zużycie paliwa w samochodach. Dlatego tak wielką wagę konstruktorzy przywiązują do optymalizacji kształtu nadwozia samochodów. 

Ten rozdział kończy moduł czwarty; możesz teraz przejść do podsumowania i zadań testowych.