نوشته‌ها

ایرفویل داخل بسته هوایی

تطابق قانون برنولی بر ایرفویل(Airfoil)

/0 دیدگاه /در /توسط

تطابق قانون برنولی بر ایرفویل به زبان ساده این طور توضیح داده می شود.

یک بسته هوا را در نظر بگیرید که در همه ی لایه ها (دما ،سرعت ،فشار)هم اندازه است حال اگر یک ایرفویل در این بسته هوا قرار گیرد تغییرات سرعت و فشار رُخ می دهد

وقتی جریانات هوا در حال رد شدن از ایرفویل هستند چه اتفاقی می افتد؟

لبه ی حمله ی(L.E) قسمت جلویی ایرفویل جایی که جریان هوا در آن شکافته می شود و در دو قسمت،سطح بالا و سطح پایین حرکت می کند مشاهد می کنید که بسته هوا نسبت به ایرفویل در قسمتهایی حجم کمتر و در قسمتهایی حجم بیشتر دارد.(مشخص شده در شکل)

بنابراین تفاوت هایی در سرعت و فشار در قسمتهایی از ایرفویل بوجود می آید و نتیجه تغییرات سرعت و فشار روی ایرفویل، نیروهای( lift) را بوجود می آورد.

_ مولکولی که از سطح بالایی (  upper surface ) ایرفویل رد می شود را مولکول (u) و مولکولی که از سطح زیرین (lower surface) ایرفویل رد می شود رو مولکول(L) نامگذاری می کنیم.حال اگر بخواهیم تطابق قانون برنولی بر ایرفویل از لحاظ ریاضی و هندسی بررسی کنیم:

بنا به قانون برنولی دو خط داریم فاصله ای که مولکول(u) تا انتهای ایرفویل که لبه ی فرار (T.E) نام دارد طی می کند و منحنی شکل است با فاصله ای که مولکول (L) طی می کند که مسیر صاف است،اگر منحنی را بکشیم و مثل خط صاف کنیم دو خط در کنار هم

 

می شود.

مسیری که مولکول (u) طی می کند از مسیری که مولکول (L) طی می کند بیشتر است

پس در نتیجه بنا به خاصیت همگرایی واگرایی

Xu   >  XL

و باز بنا به خاصیت همگرایی واگرایی مولکول (u) و مولکول( L) هم زمان از هم  جدا می شوند و همزمان به هم میرسند

پس خواهیم داشت:

tu   =   tL

حال اگر فکر کنید دو دونده همزمان از مسیرهای L و u همزمان شروع به دویدن کنند و باید همزمان به خط پایان برسند ،پس دونده (u)باید سریعتر بدود از دونده (L) بدود تا همزمان به خط پایان برسند پس:

Vu    >   VL

 

بنا بر قانون برنولی سرعت افزایش پیدا کند فشار کم می شود

Pu     <    PL

وقتی فشار در سطح بالایی کم شود و فشار در سطح زیرین ثابت است ایجاد جابجایی و Lift می کند.

با تطابق قانون برنولی بر ایرفویل ثابت شد تغییر فشار در سطح بالایی نسبت به سطح زیرین ،که 2/3L ift در سطح بالایی ایرفویل بوجود می آید که باعث مکش و کشش پاراگلایدر به سمت بالا می شود

_ در مثال شیلنگ آب گفته شد که بر اثر برخورد سیال با جسم جامد جابجایی رُخ می دهد،با عبور ایرفویل از درون سیال ،برخورد سیال با سطح زیرین ایرفویل ایجاد Lift  می کند و 1/3lift در سطح زیرین  ایرفویل  بوجود می آید.

 

Total lift :

1/3Lift  ====》Lower surface    بخاطر قانون سوم نیوتن 

2/3Lift   ====》upper surface    بنا بر اصل قانون برنولی

 

 

stratosphere

لایه استراتوسفر (Stratosphere)

/0 دیدگاه /در /توسط

لایه استراتوسفر لایه ی بعد از لایه تروپوسفر است .
لایه استراتوسفر لایه ی بعد از لایه تروپوسفر است که بعد از لایه استراتوسفر به ترتیب لایه مزوسفر،یونوسفر و اگزوسفر قرار دارند.
مرز بین لایه تروپوسفر و لایه استراتوسفر را تروپاوز(Tropopause) می نامند.
و مرز بین لایه استراتوسفر و لایه مزوسفر را استراتوپاوز (Stratopause) می نامند.
لایه استراتوسفر برعکس لایه تروپوسفر، لایه ای که ما در آن زندگی می کنیم است.
لایه استراتوسفر خلاف جهت لایه تروپوسفر عمل می کند، یعنی ما در لایه تروپوسفر با افزایش ارتفاع شاهد کاهش دما و کاهش فشار هستیم ولی وقتی به لایه استراتوسفر وارد می شویم با افزایش دما مواجه می شویم.


در لایه تروپوسفر عاملی وجود دارد که باعث می شود انتقال را حس کنید که آن عامل زمین است ، که انتقال می دهد به لایه های بالاتر تا جایی که در ارتفاع بالاتر سرد می شود، وقتی از لایه تروپوسفر یک لایه بالاتر می روید در واقع وقتی وارد لایه استراتوسفر شوید از زمین دور شده اید، و به منبع(source) انرژی نزدیک می شوید.
معمولاً از ارتفاع ۱۱ تا ۲۵ کیلومتری لایه استراتوسفر دما ثابت است و به عبارتی، وضعیت ایزومتری در آن برقرار است و مقدار آن در حد ۵۰- درجه سلسیوس باقی می ماند منظور از اینکه با افزایش ارتفاع در لایه استراتوسفر دما افزایش پیدا میکند این نیست که گرمتر از کره زمین می شود ذهنیت اینکه گرمتر نسبت به کره زمین صحیح نیست.منظور این است مثلاً اگر در لایه تروپوسفر دما ۲۸ درجه سانتیگراد است در لایه استراتوسفر دما گرمتر از ۲۸درجه می شود ذهنیت درستی نیست.بلکه به محض اینکه وارد لایه استراتوسفر شوید نسبت به همون لایه با افزایش ارتفاع دما افزایش می یابد نه اینکه نسبت به لایه تروپوسفر.
مثلاً اگر در لایه استراتوسفر دما ۵۲- درجه است نهایتاً با افزایش ارتفاع دو درجه گرمتر شود و بشود ۵۰- درجه،در واقع یک مقدار از سرمای آن کاسته می شود .
دمای لایه استراتوسفر زیر صفر می باشد.
با توجه به میانگین روزانه روند دما در دراز مدت،دو لایه متفاوت را در لایه استراتوسفر تشخیص داده اند،لایه استراتوسفر دو لایه دارد؛

  • قسمتی که دما ثابت است
  • قسمتی که از آنجا به بعد دما تغییر میکند .

در بالاتر از ارتفاع ۲۵کیلومتری در لایه استراتوسفر، به علت جذب بخشی از تابش ماورای بنفش خورشید که بوسیله ی اُزُن صورت می گیرید دما تا حدود ۵۰ کیلومتری ،به حد صفر درجه افزایش می یابد
اُزُن در لایه استراتوسفر وجود دارد.
تمام پروازها و فعالیت های فضایی در لایه تروپوسفر انجام می شود ولی می تواند تا لایه استراتوسفر ادامه داشته باشد.هواپیماهای تجاری برای اینکه بتوانند مصرف سوخت شان را کاهش دهند و از تلاطم جو نجات پیدا کنند ارتفاع میگیرند و در یک لایه بالاتر یعنی در لایه استراتوسفر پرواز می کنند، که هم اصطکاک هوا کمتر باشد، غلظت هوا کمتر باشد ، تلاطم کمتر باشد در واقع توربالانس کمتر باشد.

لایه استراتوسفر ناحیه ایست که فعالیت های شدیدی از جمله فعالیت های تشعشی ،دینامیکی و فرآیندهای شیمیایی در آن رخ می دهد.
تمام موشک هایی که می خواهد از جو خارج شود مشکلاتی که برایش بوجود می آید و دچار انفجار می شود،درست زمانی است که وارد لایه استراتوسفر می شود.
فضانوردان و دانشمندان سالیان سال در مورد این مسئله ،که چرا در لایه استراتوسفر موشکها دچار سانحه می شوند تحقیق و بررسی انجام دادن ،در نهایت متوجه شدن که ساختار لایه استراتوسفر با ساختار لایه تروپوسفر متفاوت است و فرآیند های فیزیکی و شیمیایی در لایه استراتوسفر تشدید می شود.

آزمایش لوله ونتوری

لوله ونتوری (venturi)

/در /توسط

لوله ونتوری آزمایشی بود که دانشمندی به نام  ونتوری  انجام داد .

در سایت سازمان ناسا آمده است که تئوری لوله ونتوری غیرصحیح و نادرست است ،فعلاً  تا تعوری جدیدی ارائه نشود مجبوریم بر همین منوال قانون برنولی و آزمایش ونتوری را تدریس کنیم همانطور که در کل مدارس هوانوردی هم تدریس می شود.

دَنیل برنولی فیزیکدان اهل کشور سوئیس، آزمایشی انجام داد و قانونی ارائه کرد به نام قانون برنولی ،  تعریف قانون برنولی  به این صورت است که :

در سیالات یکنواخت ، سرعت با فشار نسبت  عکس دارد . یعنی  وقتی سرعت زیاد می شود، فشار کم و بالعکس .

  • یکنواختی  یعنی سرعت و جهت یکسان جریان هوا
  • فشار تابع سرعت است یعنی اول سرعت تغییر پیدا می کند و بعد فشار کم و یا زیاد می شود .

سال ها بعد دانشمندی به نام ونتوری با آزمایشی به نام آزمایش لوله ونتوری، این قانون را ثبت کرد . ونتوری یک لوله است که دارای قطرهای متغییر است طرفین لوله نسبت به مرکز لوله دارای قطرهای بزرگتر است.در این لوله که لوله ونتوری نامیده می شود، ۳ سرعت سنج و ۳ فشار سنج تعبیه کرد، در ابتدای لوله ونتوری در وسط لوله ونتوری و در انتهای لوله ونتوری [ سرعت را با (v) مخفف (velocity) سرعت سنج، فشار را با (p) مخفف (pressure) فشار سنج در نظر بگیرید] از درون این لوله ونتوری سیال عبور داد [ سیال به مایعات و گازها گویند] سیال یکنواخت و همگن عبور داد اصطلاحاً به سیال همگن سیال خطی گویند، در لوله ونتوری زمانی که سیال شروع کرد به حرکت درون لوله میزان ورودی سیال با میزان خروجی سیال یک اندازه بود

در نتیجه وقتی سرعت سنج و فشار سنج در قسمتهای لوله ونتوری تعبیه کرد چه چیزی مشاهده کرد؟

در قسمت اول اگر فشار و سرعت یک عدد ثابت را نشان داده که خیلی اهمیت ندارد در قسمتی که لوله ونتوری باریک شد متوجه شد که سرعت عبور سیال زیاد شده (در سرعت سنج وقتی جهت عقربه ساعت حرکت به راست افزایش می یابد وقتی برعکس به سمت چپ است کاهش پیدا می کند) دید که سرعت افزایش پیدا کرده و برعکس فشار کاهش پیدا کرد وقتی از سمت باریک لوله ونتوری، سیال به قسمت پهن تر رسید دید که فشار سنج و سرعت سنج برعکس عمل کردند یعنی سرعت کاهش و فشار افزایش پیدا کرد.

دنیل برنولی با آزمایش لوله ونتوری به این نتیجه رسید که در سیالات خطی (liner) سرعت و فشار باهم رابطه نسبت دارند یعنی هر جا که سرعت زیاد بشود فشار کم و هر جا که سرعت کم شود فشار زیاد است.

مثال یک رودخانه را برایتان میزنم وقتی به مرکز رودخانه نگاه می کنید خطهای صاف در کنار هم منظم که این خط با خط بقلیش یک دما دارد، یک فشار دارد و از یک جنس است به این جریانات اصطلاحاً جریانات خطی (liner)گویند حال در گوشه های رودخانه شاهد این هستید که جریان آب با دیواره رودخانه در ارتباط است و جریانات دیگر خطی و منظم نیست به این جریانات گوشه ای غیر خطی(unliner) می گویند.

وسایل پروازی در جریان هوایی پرواز می کند و قانون برنولی در آن صدق می کند که سیال (هوا) خطی باشد.

آزمایش لوله ونتوری را همگی از بچگی انجام داده اید هنگام آب بازی با دوستان وقتی شیلنگ آب را سمت دوستتان می گرفتید برای اینکه بیشتر از یک متر را بتوانید آب بپاشید، انگشت خود را داخل شیلنگ آب می گذاشتید با این کار مَدخل خروجی آب کوچکتر می شد دقیقاً مثل قسمت باریک لوله ونتوری، سرعت مولکولها بیشتر می شد بخاطر فشار زیادی که در پشت شیلنگ بوجود می آمد، پس آب فضای دورتری را خیس می کرد.

حال اگر با این شیلنگ می خواستید زمین را که مقداری سنگ ریزه و خاک ریخته جابجا کنید بدون استفاده از جارو شیلنگ آب را از فاصله نزدیک به جسم جامد می گرفتید.