TechFact
تازه های فناوری و علم روز دنیا به همراه آموزش ها و محصولات متنوع

نظریه نادرست نیروی برا (قسمت اول)

نظریه "مسیر طولانی‌تر" یا "ترانزیت برابر"

جریان حول ایرفویل

نظریه‌های زیادی در مورد چگونگی تولید نیروی برا وجود دارند. اما بسیاری از نظریه‌های موجود در دانشنامه‌ها، وب سایت‌ها و حتی در برخی کتاب‌های درسی نادرست هستند، و موجب سردرگمی غیر ضروری برای دانش آموزان و دانشجویان می‌شوند.

مسیر طولانی تر
مسیر طولانی تر

نظریه “مسیر طولانی‌تر” یا “ترانزیت برابر”

“قسمت بالای ایرفویل به گونه‌ای است که مسیر طولانی تری نسبت به پایین داشته باشد. مولکول‌های هوا از سمت بالا راه اضافه تری برای عبور کردن دارند و همچنین باید سریع‌تر حرکت کنند تا مولکول‌هایی را در لبه پشتی (لبه فرار) که درست در زیرشان قرار می‌گیرند (در زمان برابر)، ملاقات کنند.
با استفاده از قانون برنولی، سرعت بالاتر، فشار پایین‌تری در ناحیه بالا ایجاد می‌کند در نتیجه اختلاف فشار موجب تولید نیروی برا می‌شود.”

 

نظریه‌ای که در بالا توضیح داده شد، یکی از گسترده ترین تفسیر‌های نادرسی است که منتشر شده است. نظریه بالا را می‌توان نظریه “مسیر طولانی‌تر” یا “زمان ترانزیت برابر” نامید.
برای بررسی این که چه چیزی در این نظریه غلط است، باید جریان واقعی حول یک ایرفویل را با انجام چند آزمایش با استفاده از یک شبیه‌ساز که معادلات صحیح جریان را حل می‌کند بررسی کنیم.

نتایج این بررسی به شرح زیر است:

  • “ایرفویل‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند تا سطح بالایی آنها طویل‌تر از سطح پایین باشد.” اما این همیشه درست نیست.
ایرفویل متقارن

ایرفویل متقارن در این آزمایش مقدار زیادی نیروی برا تولید کرد درحالی که سطح بالا و پایین آن به یک اندازه طویل است. این بخش از نظریه احتمالا بخاطر ایرفویل‌های اولیه بوده است. این ایرفویل‌ها بدلیل خمیدگی سطح بالا، مقدار زیادی نیروی برا و نیز چرخش جریان تولید می‌کردند که این چرخش جریان است که اهمیت دارد نه مسافت. ایرفویل‌های مدرن با ضریب پسا کم نیز وجود دارند که در آن سطح پایین طویل تر از سطح بالا است. این نظریه همچنین توضیح نمی‌دهد که چگونه هواپیماها می‌توانند وارونه پرواز کنند که اغلب در نمایش‌های هوایی و در نبرد هوا به هوا اتفاق می‌افتد.

ایرفویل‌های اولیه
ایرفویل‌های اولیه

 

سرعت واقعی جریان حول ایرفویل
  • “مولکول‌های هوا در بالای ایرفویل سریع تر حرکت می‌کنند تا همزمان به مولکول‌های هوا در پایین ایرفویل برسند.” آزمایش اول نشان داد که جریان بالای یک ایرفویل، سریع‌تر از جریان زیر ایرفویل حرکت می‌کند. اما جریان بالای ایرفویل بسیار سریع‌تر از سرعت موردنیاز برای رسیدن همزمان مولکول‌ها به لبه پشتی است. یعنی دو مولکول نزدیک به هم در لبه حمله، در لبه فرار به هم نخواهند رسید. نیروی برا پیش‌بینی شده توسط نظریه “ترانزیت برابر” بسیار کمتر از مقدار مشاهده شده در آزمایش است زیرا سرعت فرض شده بسیار کم است. سرعت واقعی بالای یک ایرفویل خیلی سریع‌تر از آن چیزی است که در نظریه “مسیر طولانی‌تر” پیش‌بینی می‌شود و ذراتی که در بالا حرکت می‌کنند قبل از ذراتی که در پایین حرکت می‌کنند به لبه فرار ایرفویل می‌رسند.
معادله برنولی
  • “جریان بالاتر سریع‌تر است و بنابر معادله برنولی فشار کم‌تر است. اختلاف فشار در عرض ایرفویل موجب تولید نیروی برا می‌شود.” همانطور که در آزمایش اول مشاهده کردیم این بخش از نظریه صحیح می‌باشد. با دانستن سرعت، می‌توانیم فشار را بدست آوریم و در نتیجه نیروی برا را محاسبه کنیم. مشکل نظریه “ترانزیت برابر” این است که تلاش می‌کند با بیان سرعت براساس یک فرض غیر فیزیکی که در بالا توضیح داده شد، ما را متقاعد کند.

در قسمت دوم نظریه نادرست دیگری را مورد بررسی قرار خواهیم داد.