מה קורה לכנף כשהאוויר נעלם?

זוכר את המטבעות? לאוויר יש תקציב אנרגיה קבוע לאורך הזרימה. חלק מהמטבעות הולך על לחיצה, וחלק על מהירות. עכשיו אפשר לכתוב את זה כמו מדענים:

מד המהירות של המטוס

כך מטוסים אמיתיים יודעים כמה מהר הם טסים. צינור קטן על גוף המטוס, צינור פיטו, פונה קדימה ועוצר את האוויר. כל מטבעות המהירות הופכים ללחיצה, והמכשיר מודד את ההפרש. מההפרש הטייס מקבל מהירות.

כנף היא בעצם מכונה שהופכת את ½ρv² לכוח. אם תכפיל את התקציב של המהירות בשטח הכנף, תקבל את הנוסחה שכל מהנדס מטוסים מכיר:

מטוס קל שוקל 1,100 ק"ג. המטרה: לגרום לעמודת העילוי לעבור את עמודת המשקל. בכל חידה רק חלק מהכפתורים פתוחים. כפתור ×2 מכפיל את הערך, ואתה רואה פי כמה קפץ העילוי.

במעבדה הקודמת הזרימה הייתה ציור מדומה. הפעם זה חישוב אמיתי: המחשב מחשב כל שנייה מיליוני התנגשויות של "חבילות אוויר", ואף אחד לא אמר לו מה אמור לקרות. מערבולות, לחץ וגרר פשוט מופיעים לבד.

• בחר עיגול ועבור לתצוגת "מערבולות". חכה קצת. רואה מערבולות שיוצאות לסירוגין? זה נקרא שביל קרמן, והוא קיים גם מאחורי איים באוקיינוס.
• בחר כנף ועבור לתצוגת "לחץ". איפה האדום (לחץ נמוך)? מעל הכנף או מתחתיה? זה ברנולי, בלי שאף אחד תכנת אותו.
• הכי קשה: צייר צורה משלך עם עילוי גדול מ-2. מה עובד?

כנף בלי צורה של כנף, ובלי שום זווית קבועה. רצועת נייר פשוטה שיוצרת עילוי כי היא מסתובבת.

אתגר: שחרר עם סיבוב לכיוון ההפוך. לאן היא גולשת עכשיו?

נוסחה טובה מנבאת מראש. כשמסוק נייר צונח במהירות קבועה, העילוי שווה למשקל. אם נקטין את שטח הלהבים S, האוויר צריך לזרום מהר יותר כדי לתת אותו עילוי. לפי נוסחת העילוי, שטח קטן פי 2 נותן מהירות גדולה פי √2, כלומר בערך פי 1.4. זה אומר שזמן הנפילה יתקצר ל-71%. בוא נבדוק.

1. הכן מסוק נייר, כמו במשימה 8 במעבדה הקודמת: חתיכה של 5 על 15 ס"מ, קרע של 7 ס"מ, להב אחד אליך ואחד ממך, קיפול משקל בתחתית.
2. בחר נקודה גבוהה וקבועה: יד מורמת, או על כיסא יציב עם מבוגר לידך. שחרר תמיד משם.
3. מדוד 3 נפילות עם להבים של 7 ס"מ. לחץ על שעון העצר כשאתה משחרר, ושוב כשהמסוק נוגע ברצפה.
4. קפל את קצה הלהבים פנימה כדי לקצר אותם ל-5 ס"מ, ומדוד 3 נפילות. אחר כך קצר ל-3.5 ס"מ ומדוד שוב. הנייר נשאר אותו נייר, אז המשקל לא משתנה.

מלא את השורה הראשונה, והנוסחה תנבא את השאר.

רחפן אמיתי: 1.8 ק"ג, שני רוטורים של 1.2 מטר. להבים של רחפן הם כנפיים שמסתובבות, אז גם כאן עילוי גדל עם צפיפות האוויר ועם המהירות בריבוע. המשימה: הבא אותו לאזור הירוק והחזק אותו שם 3 שניות.

שים לב: ככל שהאוויר דליל יותר, צריך לסובב מהר יותר. על הירח אין אוויר בכלל.

כאן הכול מתחבר. המשחק מחשב את הטיסה עם נוסחת העילוי האמיתית, 60 פעם בשנייה. תכנן מטוס, המרא לפני סוף המסלול, ועבור דרך שלוש הטבעות. אותו מטוס שעובד בבית לא בהכרח יעבוד במקום אחר. גם מנוע גדול לא תמיד יציל אותך.

• הטס את אותו מטוס גם על האוורסט וגם על כדור הארץ. במה הטיסה שונה?
• מה המטוס הכי קטן שמצליח להמריא על מאדים?
• נסה לנסוק חזק. מתי המטוס מתחיל ליפול, ולמה? (רמז: מנהרת הרוח של המעבדה הקודמת)