A felhajtóerő téves elméletei: A "hosszabb út" elmélete
Felhajtóerő

Hosszabb út" vagy "Egyenlő áthaladási idő" elmélet
A szárnyszelvényt úgy alakítják ki, hogy a felső felület mentén hosszabb legyen az út, mint az alsó felület mentén. mint az alsó részen, így a levegőmolekuláknak hosszabb utat kell megtenni a szárny felett.
A levegőmolekuláknak a szárny felett nagyobb sebességgel kell haladniuk, mint a szárny alatt ahhoz, hogy találkozzanak a kilépő élnél.
A Bernoulli-egyenletnek megfelelően, a szárny feletti nagyobb sebesség kisebb nyomást eredményez. A felhajtóerőt a nyomáskülönbség hozza létre.
Az itt leírt, egyik legszélesebb körben elterjedt, elmélet helytelen magyarázatokat ad felhajtóerő keletkezésére.
Ennek az elméletnek a "Hosszabb út" vagy az "Egyenlő áthaladási idő" elmélete
elnevezést lehet adni. Az elmélet szerint a szárnyszelvény alakját úgy képezik ki,
hogy a felső felülete hosszabb legyen, mint az alsó. A levegőmolekuláknak (kis színes
golyócskák az ábrán) hosszabb utat kell megtenniük a szárnyszelvény teteje felett,
mint az alsó felülete mentén. Ahhoz, hogy a molekulák összetalálkozzanak a kilépő
élnél, a szárny felső része felett haladó molekuláknak gyorsabban kell haladniuk, mint
a szárny alatt mozgó molekuláknak. Mivel a felső áramlás gyorsabb, a
Bernoulli-egyenletnek
megfelelően, kisebb lesz a nyomás. A felhajtóerőt a szárnyszelvény két oldalán
kialakuló nyomáskülönbség hozza létre.
Mielőtt közelebbről is megnéznénk, hogy miért rossz ez az elmélet, vizsgáljuk meg a Java-szimulátor segítségével, hogy milyen a tényleges áramlás a szárnyszelvény körül.
A szimulátor használati utasítása: A bal oldali ablakban egy szimmetrikus szárnyszelvény látható. A távolság azonos a tetején és az alján. A szárnyszelvény körüli áramlást a mozgó részecskék (kék és fehér színű vonalak) mutatják. A kis vonal bal oldali vége a részecske helye, és a vonal az áramlás helyi irányának megfelelően dől. A áramlás irányát mutató részecskék közötti távolság a helyi sebességgel arányos. A részecskék állandóan az áramlás felső részén (az ablak bal oldalán) indulnak a szárnyszelvénytől állandó távolságra. A szárnyszelvény állásszögét az ablak alatti csúszkával állíthatjuk, vagy közvetlenül írhatjuk be az ablak alatti mezőbe. A szimulátor jobb oldalán egy műszer látható, néhány gombbal és csúszkával. A műszer a szondánál (kis lila pont a bal oldali ablakban) kialakuló sebesség vagy a nyomás értékét mutatja A szonda helyét műszer alatt, ill. attól balra található csúszkákkal lehet változtatni vízszintes és függőleges irányban. A Velocity (sebesség), Pressure (nyomás), vagy Smoke (füst) jelzésű fehér gombokkal a kívánt változó kijelzését választhatjuk ki. A Smoke gomb kiválasztásával a szondából zöld színű részecskék fognak kiáramlani. A kék gombok a bal oldali ablakban látható kép kijelzésének a típusát vezérlik.
Ha már mozgattuk a szárnyszelvényt, akkor állítsuk be a szöget 0.0 fokra, és kattintsunk az egérrel a fehér Velocity (sebesség), a kék Animation (animácó) és a Close Wiew (közeli nézet) feliratú gombokra! Most vigyük a szondát a legszélső bal oldali helyzetbe, & eacute;s jegyezzük fel az áramlás felső részén lévő sebesség az értékét! Vigyük a szondát a lehető legközelebb a szárnyszelvény aljához a legvastagabb rész közelében! Mekkora a sebesség ebben a pontban? Vigyük a szondát a szárnyszelvény felső felületéhez! Mekkora a sebesség ebben a pontban? Milyen arányban van ez az érték a bal oldalon mért értékhez képest? Vegyük észre, hogy a szárnyszelvény nem hoz létre felhajtóerőt! Most változtassuk a szárnyszelvény állásszögét valamilyen pozitív értékre az ablak alatt lévő csúszkával! Mi a felhajtóerő értéke? Mérjük meg a szondával a szárnyszelvény felső és alsó felülete mentén a sebességet! Melyik felületnél nagyobb a sebesség? Most kattintsunk az egérrel a Pressure (nyomás) feliratú gombra! Mérjük meg a szondával, hogy melyik felületen a legnagyobb a nyomás! Milyen viszonyban van ez a sebességgel?
Állítsuk az állásszöget valamilyen nagy pozitív értékre, és kattintsunk az egérrel a kék Direction feliratú gombra! Ez befagyasztja az áramlásmezőt, és lehetővé teszi, hogy megnézzük a sárga, fehér és kék színű részecskék három csoportját. Mindegyik részecskecsoport azonos időben és a szárnyszelvénytől azonos távolságra indul el. Ezt a távolságot a bal oldali alsó csúszkával (Rake release point) tudjuk változtatni. Vigyük a csúszkával a szárnyszelvény felső felületéhez legközelebb lévő sárga részecskét a szárnyszelvény hátuljához! Hol van szárnyszelvény alsó felületéhez legközelebb lévő sárga részecske? Találkoznak-e a részecskék a kilépő élnél? kattintsunk az egérrel a kék Far View (távoli nézet) feliratú gombra! Vonalban állnak-e a részecskék áramlásirányban szárnyszelvénytől távol? Állítsuk a szárnyszelvény állásszögét valamilyen nagy negatív értékre! Mi történik a részecskék relatív elhelyezkedésével?
Az "Egyenlő áthaladási idő" elmélete egyes részeinek a kiértékeléséhez használjuk fel a most szerzett információt!
Mielőtt közelebbről is megnéznénk, hogy miért rossz ez az elmélet, vizsgáljuk meg a Java-szimulátor segítségével, hogy milyen a tényleges áramlás a szárnyszelvény körül.
A szimulátor használati utasítása: A bal oldali ablakban egy szimmetrikus szárnyszelvény látható. A távolság azonos a tetején és az alján. A szárnyszelvény körüli áramlást a mozgó részecskék (kék és fehér színű vonalak) mutatják. A kis vonal bal oldali vége a részecske helye, és a vonal az áramlás helyi irányának megfelelően dől. A áramlás irányát mutató részecskék közötti távolság a helyi sebességgel arányos. A részecskék állandóan az áramlás felső részén (az ablak bal oldalán) indulnak a szárnyszelvénytől állandó távolságra. A szárnyszelvény állásszögét az ablak alatti csúszkával állíthatjuk, vagy közvetlenül írhatjuk be az ablak alatti mezőbe. A szimulátor jobb oldalán egy műszer látható, néhány gombbal és csúszkával. A műszer a szondánál (kis lila pont a bal oldali ablakban) kialakuló sebesség vagy a nyomás értékét mutatja A szonda helyét műszer alatt, ill. attól balra található csúszkákkal lehet változtatni vízszintes és függőleges irányban. A Velocity (sebesség), Pressure (nyomás), vagy Smoke (füst) jelzésű fehér gombokkal a kívánt változó kijelzését választhatjuk ki. A Smoke gomb kiválasztásával a szondából zöld színű részecskék fognak kiáramlani. A kék gombok a bal oldali ablakban látható kép kijelzésének a típusát vezérlik.
1. kísérlet
Ha már mozgattuk a szárnyszelvényt, akkor állítsuk be a szöget 0.0 fokra, és kattintsunk az egérrel a fehér Velocity (sebesség), a kék Animation (animácó) és a Close Wiew (közeli nézet) feliratú gombokra! Most vigyük a szondát a legszélső bal oldali helyzetbe, & eacute;s jegyezzük fel az áramlás felső részén lévő sebesség az értékét! Vigyük a szondát a lehető legközelebb a szárnyszelvény aljához a legvastagabb rész közelében! Mekkora a sebesség ebben a pontban? Vigyük a szondát a szárnyszelvény felső felületéhez! Mekkora a sebesség ebben a pontban? Milyen arányban van ez az érték a bal oldalon mért értékhez képest? Vegyük észre, hogy a szárnyszelvény nem hoz létre felhajtóerőt! Most változtassuk a szárnyszelvény állásszögét valamilyen pozitív értékre az ablak alatt lévő csúszkával! Mi a felhajtóerő értéke? Mérjük meg a szondával a szárnyszelvény felső és alsó felülete mentén a sebességet! Melyik felületnél nagyobb a sebesség? Most kattintsunk az egérrel a Pressure (nyomás) feliratú gombra! Mérjük meg a szondával, hogy melyik felületen a legnagyobb a nyomás! Milyen viszonyban van ez a sebességgel?
2. kísérlet
Állítsuk az állásszöget valamilyen nagy pozitív értékre, és kattintsunk az egérrel a kék Direction feliratú gombra! Ez befagyasztja az áramlásmezőt, és lehetővé teszi, hogy megnézzük a sárga, fehér és kék színű részecskék három csoportját. Mindegyik részecskecsoport azonos időben és a szárnyszelvénytől azonos távolságra indul el. Ezt a távolságot a bal oldali alsó csúszkával (Rake release point) tudjuk változtatni. Vigyük a csúszkával a szárnyszelvény felső felületéhez legközelebb lévő sárga részecskét a szárnyszelvény hátuljához! Hol van szárnyszelvény alsó felületéhez legközelebb lévő sárga részecske? Találkoznak-e a részecskék a kilépő élnél? kattintsunk az egérrel a kék Far View (távoli nézet) feliratú gombra! Vonalban állnak-e a részecskék áramlásirányban szárnyszelvénytől távol? Állítsuk a szárnyszelvény állásszögét valamilyen nagy negatív értékre! Mi történik a részecskék relatív elhelyezkedésével?
Az "Egyenlő áthaladási idő" elmélete egyes részeinek a kiértékeléséhez használjuk fel a most szerzett információt!
A felhajtóerőt létrehozó szárnyszelvényt úgy alakítják ki, hogy a
felső felülete, hosszabb legyen, mint az alsó.
Ez nem mindig igaz. A kísérletünkben alkalmazott szimmetrikus
szárnyszelvény elegendő felhajtóerőt hoz létre, és a felső felülete ugyanolyan
hosszú, mint az alsó. Gondoljunk a papírból hajtogatott repülőgépre. Ennek a
szárnyszelvénye sík lap a teteje és az alja pontosan azonos hosszúságú és
alakú, és mégis egészen szépen repül. Az elméletnek ez a része
valószínűleg azért keletkezett, mert a kezdeti szárnyszelvények íveltek voltak,
és olyan alakjuk volt, ami nagyobb távolságot adott a szárny tetején. Az ilyen szárnyszelvények
jelentős felhajtóerőt és áramláselfordítást hoztak létre, azonban az
elfordítás az, ami lényeges, nem pedig a távolság. Léteznek olyan modern, kis
közegellenállású, felhajtóerőt létrehozó szárnyszelvények, amelyeken
az alsó felület ténylegesen hosszabb, mint a felső. Ez az elmélet arra sem ad magyarázatot, hogyan
tudnak háton repülni a repülőgépek, ami gyakran megtörténik a légi bemutatókon
és a légi csatákban. Ekkor alul van a hosszabb felület!
A szárny teteje felett lévő levegőmolekulák gyorsabban haladnak, hogy a kilépő
élnél találkozzanak a szárny alatt haladó molekulákkal.
Az 1. sz. kísérlet azt mutatja nekünk, hogy a felhajtóerőt
létrehozó szárnyszelvény felett az áramlás valóban gyorsabb, mint a
szárnyszelvény alatti. Az áramlás azonban sokkal gyorsabb annál, mint ami a molekuláknak a
kilépő élnél történő találkozásához szükséges.
A belépő élnél egymás közelében lévő molekulák nem egyszerre fognak
odaérni a kilépő élhez, amint a 2. kísérlet is mutatja. Az elméletnek ez a része
úgy próbálja meghatározni a szárnyszelvény felett sebesség értékét,
hogy arra a hibás feltételezésre alapozza, hogy a molekulák találkoznak a hátsó
végnél. Ha e feltételezés alapján kiszámítjuk a sebességet, és a
Bernoulli-egyenlettel kiszámítjuk a nyomást, és elvégezzük a nyomásterület
kiszámítását, akkor a kapott eredmény nem fog megegyezni azzal a felhajtóerővel, amit az adott
szárnyszelvényen mérünk. Az "Egyenlő áthaladási idő" elmélet által
előre jelzett felhajtóerő sokkal kisebb, mint a mért érték, mivel nagyon kicsi a sebesség.
A szárnyszelvény feletti tényleges sebesség sokkal nagyobb, mint a „Hosszabb út” elmélet
szerint számított érték, és a felül mozgó részecskék jóval a
szárnyszelvény alatt mozgó részecskék előtt érkeznek meg a kilépő élhez.
A felső áramlás gyorsabb, és a Bernoulli-egyenletből következően, a nyomás
alacsonyabb. A felhajtóerőt a szárnyszelvény két oldala között kialakuló
nyomáskülönbség hozza létre.
Amint az 1. kísérletnél láttuk, az
elméletnek ez a része helyes. Ez az elmélet tulajdonképpen azért nagyon vonzó, mivel annak
sok része helyes. Ha ismerjük a sebességet, akkor ki tudjuk számítani a nyomást, és meg tudjuk
határozni az erőt. Az "Egyenlő áthaladási idő" elmélettel az a probléma, hogy, a fentiekben
tárgyaltaknak megfelelően, olyan sebességgel számol, amely nem fizikai feltételezésen alapul.
Bevezetés
Mi a felhajtóerő?
Téves elméletek: A kacsázó kő elmélete
Téves elméletek: A Venturi-elmélet
A helyes elmélet





