Storm och vinge: snabb luft lyfter

Ett pedagogiskt simuleringsspel. Förutsäg lyftkraften när snabb luft sveper över ett tak, en vinge eller en pappersremsa, eller farten som lyfter den, och låt sedan luften strömma.

Bernoullis principLyftkraft

STORM OCH VINGE

Stormens kraft

Redo
Aktivera JavaScript för att starta vinden. Instruktionerna och det lösta exemplet går fortfarande att läsa.
LuftflödeTyngdDin förutsägelseMark
Lyftkraft från snabbare luftF = ½·ρ·(v_over² − v_under²)·A

Tid

0.00 s

t

Luftfart över

— m/s

v_over

Luftfart under

— m/s

v_under

Tryckskillnad

— Pa

Δp = ½·ρ·(v_over² − v_under²)

Lyftkraft

— N

F = Δp·A

Förutsäg innan du startar

Skriv din förutsägelse för att ställa in scenen. Start är avstängd tills det finns ett svar.

Förutsäg vad snabb luft kan lyfta.

Uppdragspoäng—

En kraft måste ligga inom 2 %, och en fart måste lyfta taket, flygplanet eller remsan med högst 2 % marginal: vart och ett ger 100 poäng. Rätt på första körningen ger 50 till. En körning räknas så snart den startar.

✓ Rätt svar① Första försöket

Så spelar du Storm och vinge

  1. Välj ett test och läs av farterna, massan och arean på kortet.
  2. Snabbare luft har lägre tryck: fallet är ½·ρ·v², så snabbare luft över ovansidan än under lämnar en tryckskillnad.
  3. Den skillnaden verkar på hela arean: F = ½·ρ·(v_över² − v_under²)·A. Skriv din förutsägelse och tryck på Start.
  4. Följ staplarna: ett tak, ett flygplan eller en remsa lyfter i samma ögonblick som lyftkraften når dess tyngd.

Hur kan luft i rörelse lyfta ett tak?

Bernoullis princip gäller också i luft: där luften rör sig fortare är dess tryck lägre, med ½·ρ·v² jämfört med stilla luft. Luft är lätt, ungefär 1,2 kg per kubikmeter, så fallet verkar litet: 540 Pa för en storm på 30 m/s, ungefär en halv procent av luftens tryck. Men det verkar på varje kvadratmeter. På ett tak på 100 m², med stilla luft inne i huset som trycker uppåt med fullt tryck, blir det 54 kN, tillräckligt för att lyfta av ett tungt tak helt. En vinge fungerar på samma sätt: formad och lutad så att luften strömmar fortare över ovansidan än under, känner den en tryckskillnad ½·ρ·(v_över² − v_under²) över hela sin area, och ju fortare planet går, desto större blir den, eftersom den växer med v². Därför behöver flygplan en startbana för att nå startfart. Blås över en pappersremsa så stiger den av samma skäl.

En avgränsad inlärningsmodell

Luft har 1,2 kg/m³ och komprimeras inte vid de här farterna; luften under ett tak eller en remsa är stilla, och tryckskillnaden verkar jämnt på hela arean. Vinden, flygplanet eller ditt andetag ökar farten jämnt under 2 s; något som lyfter gör det i samma ögonblick som F = ½·ρ·(v_över² − v_under²)·A når dess tyngd (inom 0,15 % lyfter det ändå), och ritas när det stiger under 1 s. Verkliga vingar trycker också luft nedåt, vilket den här modellen utelämnar. Ingenting är i skala. En kraft är rätt inom 2 %; en fart måste lyfta med högst 2 % marginal. g = 9,8 m/s². Spelas i realtid.

Om du byter språk behålls försöket, förutsägelsen, antalet försök och körningen.