Siła która powstaje na naszym pędniku w wyniku opływania go przez strugi powietrza, to siła aerodynamiczna. Tworzy się ona w wyniku przemiany przez pędnik energii kinetycznej (czyli ruchu) cząsteczek powietrza.
Najprościej sposób tej przemiany można wyjaśnić następująco:
Cząsteczki powietrza opływają żagiel ustawiony pod kątem w stosunku do wiatru z dwu stron - (N): nawietrznej i (Z): zawietrznej. Cząstki poruszające się po stronie zawietrznej (np. z pkt. A˘ do B˘) mają do przebycia dłuższą drogę niż te po nawietrznej (np. z punktu A do B). Zachodzi tu podobna sytuacja jak na bieżni stadionu lekkoatletycznego. Ci, którzy biegną po torach zewnętrznych mają do przebycia dłuższy dystans niż zawodnicy biegnący bliżej środka boiska.
Jako że przy tych prędkościach przepływu powietrze nie jest ściśliwe ani rozciągliwe (zachowuje się jak ciecz), czas w jakim muszą pokonać swą drogę jest identyczny. W związku z tym cząsteczki po zawietrznej muszą zwiększyć swą prędkość by w tym samym czasie przebyć dłuższą drogę od cząsteczek po nawietrznej (Cząsteczki A i A’ startujące w tej samej odległości od masztu, muszą osiągnąć punkty B i B’ jednakowo oddalone od liku tylnego w tym samym czasie).
Zgodnie z prawem Bernouliego, wzrost prędkości przepływu powoduje spadek ciśnienia. Dlatego też po obu stronach żagla powstaje różnica ciśnień. Po stronie nawietrznej mamy lekkie nadciśnienie w stosunku do ciśnienia atmosferycznego spowodowane zwolnieniem przepływu spowodowanym wystąpieniem na drodze cząsteczek powietrza przeszkody, jaką jest żagiel, natomiast po stronie zawietrznej występuje znaczne podciśnienie, wynikłe z przyspieszonego przepływu.
Różnica ciśnień powoduje powstanie siły aerodynamicznej (TA), która stara się przemieścić pędnik jako granicę dwu ciśnień, z obszaru o ciśnieniu wyższym do niższego. Działa ona na cały pędnik, w przybliżeniu prostopadle do jego powierzchni. Dla lepszego zobrazowania możemy wszystkie siły powstające w poszczególnych punktach żagla zsumować i zastąpić je jednym wektorem (TA). Jest to wypadkowa siła aerodynamiczna i pokazuje nam, w jakim kierunku i z jaką prędkością będzie chciał przemieszczać się pędnik na skutek różnicy ciśnień po jego obu stronach.
z artykulu wynika ze zagiel ktory bylby calkiem plaski nie dawalby sily co jak wiemy jest bzdura. czytajcie takie artykuliki a w zimie bedziecie w klapkach chodzic -:). inna sprawa jest ze na zajeciach instruktorskich trza ludzi jakas pseudo nauka faszerowac aby poczuli respekt :)
Dr inż. Czubi: jeżeli wiesz o czym piszesz to przeleć się samolotem z płaskimi skrzydłami, najlepiej w tunelu, zeby mieć profil zamknięty. Jak z tego wyjdziesz, to życzę dobrej zabawy na wodzie z płaskim żagielkiem.<br />
Dr inż. Czubi: jeżeli wiesz o czym piszesz to przeleć się samolotem z płaskimi skrzydłami, najlepiej w tunelu, zeby mieć profil zamknięty. Jak z tego wyjdziesz, to życzę dobrej zabawy na wodzie z płaskim żagielkiem.<br />
Kazdy kto probowal domknac zagiel na brzegu wie, ze ciezej to zrobic niz na wodzie gdy sie plynie - wiec sila w czasie plyniecia jest mniejsza a nie wieksza - a to dlatego, ze zagiel na wodzie "ucieka" spod wiatru. Narysowalbym to ale nie mam jak.<br />
Samolotem o plaskim profilu skrzydel latac nie bede :) ale na calkiem plaskim zagielku da sie poplywac. <br />
Pozdrawia Redakcje i obiecuje ze jeszcze gdy wroce z wakacji dopisze prawo kolesia ktorego nazwiska zaponialem.
Proponuje zachowanie zimnej krwi i nie używanie epitetów mających zmniejszyć wiarygodośc osoby o odmiennym poglądzie. Dr inz Czubi ma rację, że jak się ogląda profil skrzydła samolotu to góra jest mniej więcej wypukła, a dół płaski, przez co powietrze nad skrzydłem ma do przebycia dłuższą drogę. Dlatego skrzydło ustawione nawet wzdłuż linii przepływu powietrza wytwarza siłę nośną. Żagle są cienkie i nie mają grubego profilu, gdyby do desek zastosować profil skrzydła to deska mogła by być ustawiona w linie wiatru z żaglem w diametralnej, a i tak zaczęłaby płynąć (oczywiście nie pod wiatr, ale ostrym kursem). Niestety tak nie jest dlatego deska musi być ustawiona do wiatru pod kątem, a żagiel jak to pięknie widać na rysunku odchylając strugę powietrza powoduje, że powietrze ma różną drogę do przebycia. Cała różnica to ustawienie żagla pod kątem do wiatru.<br />
No i po co te kłótnie. Każdy z Panów ma rację.
W takim razie wytlumacz mi czemu gdy deska stoi na brzegu to trudniej zamknac zagiel niz w czasie gdy plynie - im szybciej tym latwiej czyli sila na zaglu maleje a nie rosnie wraz ze wzrostem wiatru pozornego. Gdyby sila Bernouliego dzialala to powinno byc odwrotnie. Bledne jest zalozenie pomiaru odleglosci miedzy punktami na rys 1. <br />
Chetnie napisze artykol z rysunkami na ten temat jesli redakcja postanowi go zamiescic. Jak mi sie uda to nawet bym zamiescil zdjecia z doswiadczenia z kolorowymi strugami i pomiarem sily nosnej w laboratorium na malym modelu.
gdy żagiel stoi na brzegu trudniej go domknąć ponieważ nie przekazujesz wytworzonej na nim siły ciągu na deske. Na wodzie siła ta wprawia w ruch cały zestaw (jest przekazywana dalej) dlatego jest Ci lżej.<br />
ps1. Układ jest ograniczony tylko i wyłączenie oporami tarcia o powietrze oraz wodę. Gdyby nie one rozpędzałby się i rozpędzał i rozpędzał ...<br />
ps2. idealnie płaski żagiel nie istnieje. Jak ktoś zauważył i tak sam podmuch go wybrzuszy.<br />
ps3. artykuł ten jak najbardziej poprawnie opisuje zjawiska zachodzące "na żaglu".
<br />
pierwsze zdanie poprzednika potwierdza to co pisalem.<br />
Do ps1- tak ale gdy zagiel bedzie plaski i odpowiednio ustawiony - oczywiscie przy braku oporow. Brzuchaty nie rozpedzi sie w nieskonczonosc.<br />
do ps2. Tak trudno sobie wyobrazic zagiel ktory nie ma brzucha moze to byc sztywna plachta:)<br />
Do ps3. Widze, ze wychowaliscie sie na winsurfing w weekend wiec co tu duzo pisac. W ksiazkach zeglarskich niejednokrotnie tez to pisza ale nikt tego nie badal doswiadczalnie. <br />
Zagiel dziala na zasadzie zmiany pedu medium tytaj powietrza.<br />
Ale czy pana Polakowa gdy kreci lupe to cokolwiek obchodzi.- skonczmy ta nudna dyspute
Płyta karton gips w ręce roll-bord lub deskorolka i jazda halsóweczka. Na mojego czuja wiatru, to to sie nie uda.... Pozwrawiam.
Po pierwsze - dlaczego piszesz, że na brzegu trudniej domknąć żagiel? Ustaw deskę w linii wiatru, a sam się domknie.<br />
I to jest przyczyna - im szybciej płyniesz tym wiatr pozorny jest ostrzejszy i dlatego tym łatwiej domknąć żagiel. <br />
Zrób eksperyment. Ustaw deskę na brzegu pod kątem 90 stopni do wiatru i spróbuj domknąć żagiel - nie uda się. A teraz przy tym samym wietrze pod kątem 10 stopni i żagiel jest pięknie domknięty. Dodatkowo na wodzie jest to co pisał chyba E, że sprzęt poruszając się amortyzuje siłę.<br />
Z profilami żagla masz rację. Dlatego żagel raceowe mają olbrzymie kieszenie, aby nadać żaglowi kształt mniej więcej skrzydła czyli wyprofilować jego grubość. Dzięki temu działanie siły Bernouliego się potęguje.
Przepraszam, że tak późno, ale pływam sobie na pł. Helskim i nie bardzo mam możliwość pisać na bieżąco.<br />
- Czubi: Jak widzisz na rys. 1 strugi powietrza opływając pędnik układają się w miarę równolegle do opływanego kształtu. Dzieje się tak nie na skutek podciśnienia jak piszesz ale dzięki działaniu sił lepkości (będzie to rozwinięte w następnych odcinkach - nie da się wszystkiego puścić na raz, bo strona otwierała by się Wam godzinę). W związku z tym, że cząsteczki w strudze po zawietrznej poruszają się po łuku o większym promieniu niż te po zawietrznej, muszą zwiększyć swą prędkość (jeśli nie lubisz lekkiej atletyki i nie trafił Ci do przekonania przykład z bieżnią, to na pewno jeździłeś kiedyś na karuzeli. Siedząc blisko osi obrotu poruszasz się wolniej niż w oddaleniu od niej, mimo, że prędkość kątowa jest w obu miejscach jest taka sama). Owszem, sam żagiel jest cieńki ale strugi w których zachodzi zakrzywienie przepływu są grube, dzięki czemu różnica długości drogi jaką mają do przebycia po obu stronach pędnika jest istotna. Jeżeli droga jest różna a czas przepływu taki sam, to musi powstać różnica prędkości. I tu włąśnie działa prawo Bernouliego - im większa prędkość przepływu strugi wokół ciała, tym niższe ciśnienie. Czyli po obu stronach żagla ciśnienie jest różne. Funkcjonowanie tego, co nazywasz profilem zamkniętym, czyli skrzydła samolotu ma działanie podwójne. Górna część (przy żaglu zawietrzna) działa tak samo, natomiast dolna (nawietrzna) prostuje strugi powietrza, przez co sprawność aerodynamiczna takiego rozwiązania jest większa. Jednak nie wszystkie "machiny latające" mają sztywne, zamknięte płaty. Gdyby twoja teoria była prawdziwa, to lotniarze i paraglidziarze musieli by zmienić dyscyplinę sportu, a rozwój lotnictwa rozpocząby się znacznie później, gdyż samolot braci Wright też miał miękkie płaty z tkaniny.<br />
W artykule nie ma nic o tym że siła powstaje kiedy się poruszamy. Powstaje ona wtedy gdy istnieje ruch powietrza, czyli wiatr.<br />
Odnośnie domykania żagla, to na wstępie dobrze byłoby ustalić terminologię. Czynność zwiększania kąta natarcia pędnika, o której mówisz, odkąd pamiętam określana jest w żeglarstwie jako wybieranie. Natomast większość znanych mi deskarzy mówi, że domyka żagiel kiedy zbliża lik dolny do pokładu by zmniejszyć przecieki ciśnienia z jednej strony pędnika na drugą (które twoim zdaniem po obu stronach jest takie samo). Podczas wybierania żagla bez względu na to, czy stoisz z nim na brzegu, na desce czy na dachu jadącego samochodu siła jakiej musisz użyć jest uzależniona od prędkości przepływu powietrza i kąta natarcia. Dokladnie objaśnił to Marek - przyspieszając zmieniasz kierunek wiatru działającego na żagiel na ostrzejszy i wybierając pędnik ustawiasz go pod odpowiednim kątem natarcia (będzie o tym w dalszych odcinkach). Gdyby było tak jak napisałeś, że podczas przyspiespieszania siła na żaglu maleje to co powodowało by przyspieszenie jeżeli wraz ze wzrostem prędkości rosną opory ruchu?<br />
- Pietrek: Z tym rozpędzaniem pod wpływem działania wiatru własnego to prawda, ale nie do końca. Opory hamujące deskę rosną szybciej niż przyrasta wiatr pozorny - co zauważył E w swoim ps1. Oprócz tego, wraz ze wzrostem prędkości wiatr pozorny staje się co raz ostrzejszy (pisze o tym Marek) co niekorzystnie wpływa na kierunek działania siły aerodynamicznej (więcej przeczytasz o tym w następnych odcinkach) i dlatego nasz sprzęt nie może rozpędzić się do prędkości kosmicznych.<br />
- Marek: Dzięki za złagodzenie dyskusji. Jednak nie zgadzam się z dwoma kwestiami o których piszesz. Ustawienie deski w linii wiatru ze skrzydłem ustawionym wzdłuż osi podłużnej powodowałoby poruszanie się jej prostopadle do wiatru, gdyż siła aerodynamiczna powstająca na płacie jest mniej więcej prostopadła do jego cięciwy, czyli w tym przypadku do płaskiej części płata. Były konstruowane jednostki żaglowe ze sztywnym płatem pływające na jednym halsie, służące do ustalania rekordów prędkości w żegludze na odcinku pomiarowym. Jednak zarówno kąt natarcia jak też zakres kursów jakimi mogły się poruszać był bardzo zbliżony do "normalnego" żagla. Druga sprawa to stosowanie szerokiej kieszeni masztowej w żaglach race. To co piszesz na pewno zwiększa różnicę ciśnień, ale nie w ten sposób jak to przedstawiłeś. Będzie o tym w części o oporach ożaglowania.<br />
Dziękuję wszystkim za udział w dyskusji, bez względu na to czy zgadzają się z prezentowanymi przez mnie treściami, czy też nie, gdyż dzięki temu wiem, że ten cykl wzbudza zainteresowanie i skłania do myślenia :)
<br />
Ja moge się z toba posprzeczać przy piwku i potłumaczyć co i jak
<br />
Jest autorem około 60 publikacji naukowych i książek w tym kultowej dla żeglarzy Teorii żeglowania.<br />
to wg wikipedii- ode mnie- tego typa czytają największe światowe sławy regatowego żeglarstwa, jak równiez zna go na pamięć każdy konstruktor jachtów i żagli
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html<br />
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/right2.html
<br />
W artykule jest błąd - cząsteczki po nawietrznej i zawietrznej żagla NIE PRZEBYWAJĄ TEJ DROGI W TYM SAMYM CZASIE, tzn. nie spotykają się na krawędzi spływu (liku wolnym) w tym samym momencie. Gdyby tak rzeczywiście było, oznaczałoby to, że jedynym czynnikiem mającym wpływ na siłę aerodynamiczną (nośną) jest profil żagla/skrzydła - kąt natarcia nie miałby znaczenia.<br />
<br />
Jakim cudem wobec tego samolot mógłby latać "do góry nogami"? Gdyby siła nośna zawsze była skierowana od "krótszej" dla powietrza (płaskiej) powierzchni skrzydła do "dłuższej" (wypukłej) - czas przepływu z obu stron skrzydła przecież ma niby być taki sam - to siła nośna działałaby... w dół!! A tu proszę, jakimś cudem nie spadł:<br />
http://pl.youtube.com/watch?v=kxOX0wspMSY<br />
<br />
Prosiłbym o poprawienie tego błędu w artykule.
P.S. jeszcze do autora (i nie tylko:)<br />
<br />
Siłę aerodynamiczną/nośną MOŻE wytwarzać także płaski żagiel/skrzydło - byle ustawiony pod niezerowym kątem natarcia. Naprawdę nigdy nie puszczaliście samolocików z papieru?<br />
Co gorsza, siłę nośną może wytwarzać nawet... obracający się walec. I co teraz? :)<br />
<br />
Polecam sobie przejrzeć np. powyższe stronki NASA, Wikipedię, dobry podręcznik teorii żeglowania itp.<br />
<br />
Na pocieszenie dodam, że ta błędna teoria o równym czasie przepływu (przy różnych drogach) z obu stron profilu aerodynamicznego (żagla/skrzydła) tak bardzo przemawia do intuicji, że została nawet umieszczona w co najmniej jednym z podręczników dla pilotów...
spodnia czesc skrzydla nie koniecznie musi byc plaska niekeidy zdazaja sie wypukle skrzydla u gory i delikatnie wklesle na dole takie rozwiazanie jest podobne jak w zaglu z tym ze te dwie plaszczyzny nie sa rownolegle <br />
Dr.inz.czubi jesli mialbys plaski zagiel co bylo by ciezko z materialu zbudowac i napiac do tego stopnia aby sie ani troche nie wypuklil to najlepiej by ci sie plywalo z wiatrem a kat martwy mial by pewnie cos kolo 180stopni<br />
wiec powodzenia<br />
ps.jesli nie interesuje cie windsurfing to nie musisz tego czytac moze wiesz lepiej ale tu nikogo nie obchodzi czy sie to tobie podoba czy nie jesli cos nie pasuje to zrob lepszy portal <br />
uwazam ze ten jest swietny
<a href="http://www.testking.com/642-524.htm">642-524</a> sharing <br />
<a href="http://www.testking.com/642-533.htm">642-533</a> this post<br />
dzięki za artykuły:)
artykuły z tej serii są bardzo dobre i w prosty sposób tłumaczą podstawowe zjawiska. Oczywistym jest, że w pracy żagla nakłada się kilka czynników, a ten przedstawiony tutaj jest jednym z nich więc nie rozumiem o co te spory...ze swojej strony mam pytanie. Napisał Pan, że cząsteczki po zawietrznej muszą zwiększyć swoją prędkość i w ten sposób powstaje różnica prędności, mi osobiście wydaje się, że to cząsteczki po nawietrznej zmniejszają swoją prędkość na skutek wyhamowania na żaglu i zderzania się między sobą (wytracania energii kinetycznej), a dopiero potem może być, że róznica ciśnień będzie powodować również przyspieszanie cząstek po zawietrznej.
Co do zamkniętego strumienia to owszem nie mamy fizycznie zamkniętego przekroju w którym porusza się powietrze, ale pisząc za autorem, jeśli powietrze przy tej prędkości zachowuje się jak nieściśliwa ciecz to można przyjąć że przektój smóg powietrza jest w przybliżeniu stały.
Powtórzę, artykuły te nie wytłumaczą wszystkich zjawisk jakie występują bo na to trzebaby pracy doktorskiej (pole do popisu dla osób chwalących się swoimi tytułami na tym forum;p), ale w bardzo przejszysty sposób wyjaśniają podstawowe zjawiska.
do fizyka: nie wiem czy wiesz ale są nawet "żaglowce" bez żagli napędzane obracającymi się cylindrami;)
ahoJ!