العاصفة والجناح: الهواء السريع يسحب إلى الأعلى

لعبة محاكاة تعليمية. توقّع قوة الرفع حين يمر هواء سريع فوق سقف أو جناح أو شريط من الورق، أو السرعة التي ترفعه، ثم دع الهواء يتدفق.

مبدأ برنوليقوة الرفع

العاصفة والجناح

قوة العاصفة

جاهز
فعّل ⁦JavaScript⁩ لبدء الريح. تبقى التعليمات والمثال المحلول متاحة للقراءة.
تدفق الهواءالوزنتوقّعكالأرض
الرفع من الهواء الأسرعF = ½·ρ·(v_over² − v_under²)·A

الزمن

0.00 s

t

سرعة الهواء فوق

— m/s

v_over

سرعة الهواء تحت

— m/s

v_under

فرق الضغط

— Pa

Δp = ½·ρ·(v_over² − v_under²)

قوة الرفع

— N

F = Δp·A

توقّع قبل أن تبدأ

اكتب توقّعك لتجهيز المشهد. يبقى زر البدء معطلًا حتى توجد إجابة.

توقّع ما يستطيع الهواء السريع رفعه.

نتيجة المهمة—

يجب أن تكون القوة ضمن ⁦‎2%⁩، ويجب أن ترفع السرعة السقف أو الطائرة أو الشريط بفائض لا يزيد على ⁦‎2%⁩: كل منها يربح ⁦100⁩ نقطة. والإجابة الصحيحة من التشغيل الأول تضيف ⁦50⁩. يُحتسب التشغيل بمجرد أن يبدأ.

✓ إجابة صحيحة① من المحاولة الأولى

كيف تلعب العاصفة والجناح

  1. اختر اختبارًا واقرأ السرعات والكتلة والمساحة في البطاقة.
  2. الهواء الأسرع ضغطه أقل: الانخفاض ⁦½·ρ·v²⁩، لذا يترك الهواء الأسرع فوق السطح منه تحته فرقًا في الضغط.
  3. يؤثر هذا الفرق على المساحة كلها: ⁦F = ½·ρ·(v_over² − v_under²)·A⁩. اكتب توقّعك واضغط ابدأ.
  4. راقب الأعمدة: يرتفع السقف أو الطائرة أو الشريط لحظة بلوغ قوة الرفع وزنه.

كيف يستطيع الهواء المتحرك رفع سقف؟

مبدأ برنولي يعمل في الهواء أيضًا: حيث يتحرك الهواء أسرع يكون ضغطه أقل، بمقدار ⁦½·ρ·v²⁩ مقارنة بالهواء الساكن. الهواء خفيف، نحو ⁦1.2 kg⁩ لكل متر مكعب، لذا يبدو الانخفاض صغيرًا: ⁦540 Pa⁩ لعاصفة سرعتها ⁦30 m/s⁩، أي نحو نصف في المئة من ضغط الهواء. لكنه يؤثر على كل متر مربع. وعلى سقف مساحته ⁦100 m²⁩، مع هواء ساكن داخل البيت يدفع إلى الأعلى بالضغط الكامل، يساوي ذلك ⁦54 kN⁩، وهذا يكفي لاقتلاع سقف ثقيل كاملًا. والجناح يعمل بالطريقة نفسها: يُشكَّل ويُمال بحيث يتدفق الهواء فوقه أسرع منه تحته، فيشعر بفرق ضغط ⁦½·ρ·(v_over² − v_under²)⁩ على مساحته كلها، وكلما زادت سرعة الطائرة كبر هذا الفرق، مع ⁦v²⁩. لهذا تحتاج الطائرات إلى مدرج لتبلغ سرعة الإقلاع. وانفخ فوق شريط من الورق فيرتفع للسبب نفسه.

نموذج تعليمي مركّز

الهواء ⁦1.2 kg/m³⁩ ولا ينضغط عند هذه السرعات؛ والهواء تحت السقف أو الشريط ساكن، ويؤثر فرق الضغط بالتساوي على المساحة كلها. تتسارع الريح أو الطائرة أو نفَسك بانتظام مدة ⁦2 s⁩؛ والشيء الذي يرتفع يرتفع لحظة بلوغ ⁦F = ½·ρ·(v_over² − v_under²)·A⁩ وزنه (وما يقع ضمن ⁦‎0.15%⁩ يرتفع)، ويُرسم صاعدًا مدة ⁦1 s⁩. الأجنحة الحقيقية تدفع الهواء أيضًا إلى الأسفل، وهذا ما يُهمله النموذج. لا شيء بمقياس صحيح. تكون القوة صحيحة ضمن ⁦‎2%⁩؛ ويجب أن ترفع السرعة بفائض لا يزيد على ⁦‎2%. g = 9.8 m/s²⁩. يجري في الزمن الحقيقي.

تغيير اللغة يحتفظ باختبارك وتوقّعك ومحاولاتك وتشغيلك.