【原创】中学物理知识理解空气动力学初步－1

tintintest

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你会开FSX，你会坐灰鸡，你知道灰鸡为毛会飞么？你知道空速怎么测量么？你知道灰鸡为毛长这个样子而不是象个火柴盒么？现在伟大光荣正确的8816老师来为您解惑，为您讲解一切航空工业的基础：空气动力学。

神马？害怕公式？木学过微积分？木学过数值计算？伟大光荣正确的8816老师已经为您考虑好了！应用的物理知识限制在牛顿三定律和伯努利定理的范围之内，您一定能看得懂（如果看不懂就多看几遍几十遍），保证您知道飞机为毛会飞！

神马？不认识中国字儿？不会数数？请初中毕业再来。。。。。。

首先，感谢SINO坛中央，感谢SINO美国联合航空公司的栽培。。。。。
然后：
家庭小实验一：
打开水龙头，拿个勺子，轻轻捏住勺子柄上端，用勺子背面轻轻接触水流，仔细观察。
发现了什么现象？

要知道飞机为什么会飞，就非得从升力的产生说起不可；要知道为什么会产生升力，就非得从空气动力学说起不可。空气动力学是流体力学的一个分支。流体力学是建立在经典力学基础上的。所以，现在，请跟伟大光荣正确的8816老师复习基础知识。


任务一：
复习一下经典力学的支柱，伟大的牛顿三个运动定律：

牛一：惯性定律。如果没有外力，物体保持原有运动方式。换句话说，物体运动方式改变了就表明有外力施加在它上面。

牛二：动量和力的关系。中学物理简化为物体受力＝质量X加速度。实际上牛顿的原始公式是”物体受的力＝动量随时间的变化率“：F=d(mv)/dt。其中质量m和速度v的乘积mv就是动量，t是时间。这是流体力学最重要的公式之一，传说中描述流体运动性质的Navier Stokes(纳维叶－斯托克斯)方程，就是穿着马甲的牛二。N-S方程简化，就成了欧拉方程，欧拉方程再简化，就成了大家都知道的伯努利方程。

牛三：作用力等于反作用力。

任务二：
再复习一下伯努利方程：总压＝静压+动压。通常说的，流速高处压力低，流速低处压力高。这个压力实际上说的是静压。静压跟速度无关，动压跟速度有关，速度越高，动压越高。

任务三：请大家牢记一个常识：一切流体，包括液体，气体，都是有粘性的。

任务四：质量守恒定律。物质不能突然冒出来，也不能突然消失不见。应用的流体力学上，就是，流体的流动是连续的。流过来的东西一定会继续流到其他地方去，绝对不会突然停止。流进来多少东西，就得原样流出去多少东西。

这些基础知识是不是很简单，白痴都看得懂？

基础知识复习完毕，那么，进入正题吧。灰鸡的翅膀为毛会产生升力涅？

有人说是因为空气流动速度在上下机翼表面的不同。

有人说是因为有攻角的存在。

有人说是作用力等于反作用力。

究竟那种说法对？答案就是：











































都有道理。

让我们一个一个来讲。先从最简单的作用力等于反作用力开始吧。

tintintest

上面做的家庭小实验，都观察到什么现象了呢？

是不是发觉勺子向水流一侧偏，而水流沿着勺子表面流动，最终偏转到跟勺子相反的方向流下来呢
比如这个图，勺子往左边跑；水流往右边跑，一直跑到比原来更靠右的地方，才因为重力垂直流下去



现在请回忆伟大的牛顿第一运动定律：惯性定律。如果没有外力，物体保持原有运动方式。换句话说，物体运动方式改变了就表明有外力施加在它上面。

水流在接触勺子之前，速度是垂直向下的。接触勺子之后，水流到了右边，根据牛一定律，一定有一个力作用在水流上，才让它们改变了运动方式。

在我们的家庭小实验里，除了勺子，没有任何其他物体接触到水流，所以这个力一定是勺子施加给水流的，是勺子让水改变了流动方向。而且这个力的方向一定是向右的，所以水才会向右流。

伟大的牛顿第二运动定律：力等于动量的时间变化率。这个勺子和水流之间互相作用力大小可以用牛二定律来计算。

现在请回忆伟大的牛顿第三运动定律：作用力等于反作用力，大小相同，方向相反。

既然勺子给了水流一个向右的力，那么水一定会给勺子一个大小相同，但是方向正好完全相反的力－－向左的力。正是这个力，把勺子”吸“到了左边。

这就是机翼产生升力的原理之一，也许是最重要的原理。

来看一个机翼的截面图。气流从左边流过来。



机翼的上表面像不像勺子的背面？从左边流过来的空气在机翼前缘分开，一部分从翼下流过；一部分流到翼上，这部分流到翼上的流动叫做”上洗“，然后就像水流过勺子背面一样，沿着上表面流到后缘，然后向后下方流出，这个叫做气流的”下洗“。既然空气被机翼的力弄到了下方，那么，根据伟大的牛顿第三运动定律，空气一定会给机翼一个同样大小，向上的力。

所以，升力就这样产生了。就这么简单。。。。。灭哈哈哈哈哈哈。。。。。。。。。


上面图里，黑色箭头是空气给机翼的力，蓝色箭头是机翼给空气的力。机翼是被流过上表面的空气”吸“上去，而不是被下表面的空气”抬“上去的。

请注意：在机翼前缘的气流上洗过程中，空气会给机翼一定的向下的力。为什么？请用上边的原理自行分析。

我们为了方便，暂时管这个原理产生的升力叫做”牛三升力“。有人认为，这个升力占机翼总升力的绝大部分。

强大下洗气流的存在已经被无数实验所证明，看照片：

喷气机飞过云层上方，产生的下洗气流在云层中犁出一道深沟



这张是艺术家的想象画，不是照片，表现的是喷气式飞机超低空掠过海面，被下洗气流吹起的水花


现在补个NASA小程序，模拟这个原理产生升力的

tintintest

第一课到此结束，下课！

急速先锋

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shire

学习了……只知道伯努利定理，不知道可以用牛顿的三定律来解释

xianzhibo

模拟软件都用不了

我叫曾祥育

学习了！ 看来物理不是那么好学的！

tintintest

xianzhibo 发表于 2012-6-19 17:33
模拟软件都用不了

我重新试了一下，可以的
你下载附件，然后解压，用IE或者Firefox打开里边的.html文件，就可以了