Аэродинамика

Вы когда-нибудь ездили в автомобиле с открытым верхом и чувствовали, как ветер пронзает ваше лицо? Это волнующе, и ты чувствуешь себя действительно живым, но это также удивительно, потому что мы обычно не чувствуем воздух вообще. Хотя мы окружены этим таинственным газом, и жизнь невозможна без него, мы едва ли когда-нибудь думаем об этом. Понимание того, как ведет себя воздух, когда мы прорезаем его на скорости, невероятно важно: без науки об аэродинамике, как известно, мы никогда не сможем разработать самолеты или космические корабли, рекордные для наземных скоростей автомобили или мосты, способные выдержать ураганы. Так что же такое аэродинамика? Давайте внимательнее посмотрим!
Аэродинамика является частью отрасли физики, называемой гидродинамикой, которая занимается изучением движущихся жидкостей и газов. Хотя это может включать в себя очень сложную математику, основные принципы относительно просты для понимания; они включают в себя то, как жидкости текут по-разному, что вызывает сопротивление (сопротивление жидкости), и как жидкости сохраняют свой объем и энергию при движении.

Еще одна важная идея заключается в том, что когда объект движется через стационарную жидкость, наука почти такая же, как если бы жидкость двигалась, а объект неподвижен. Вот почему можно изучить аэродинамические характеристики автомобиля или самолета в аэродинамической трубе: взрыв высокоскоростного воздуха вокруг неподвижной модели самолета или автомобиля — это то же самое, что полет или движение по воздуху с той же скоростью.

 

Скорость, с которой жидкость протекает мимо объекта, зависит от того, насколько далеко вы находитесь от объекта. Если вы сидите в припаркованной машине, и ветер с силой ветра воет мимо вас со скоростью 200 км / ч (125 миль в час), вы можете подумать, что разница в скорости между воздухом и машиной составляет 200 км / ч — и это так! Но нет внезапного резкого разрыва между неподвижным автомобилем и быстро движущимся воздухом. Прямо рядом с автомобилем скорость воздуха на самом деле равна нулю: воздух прилипает к машине, потому что между молекулами лакокрасочного покрытия автомобиля и молекулами воздуха, которые касаются их, существуют силы притяжения.

Чем дальше от машины, тем выше скорость ветра. На определенном расстоянии от машины воздух будет двигаться на полной скорости 200 км / ч. Область, окружающая автомобиль, где скорость воздуха увеличивается от нуля до максимума, называется пограничным слоем. Мы получаем ламинарный поток, когда жидкость может течь эффективно, плавно и плавно, увеличивая скорость через пограничный слой; мы получаем турбулентный полет, когда этого не происходит — когда жидкость перемешивается и хаотично перемешивается, а не скользит мимо себя в гладких слоях.

Идея пограничного слоя приводит ко всевозможным интересным вещам. Это объясняет, почему, например, ваш автомобиль может быть пыльным и грязным, даже если он мчится по воздуху на высокой скорости. Несмотря на то, что он движется быстро, воздух рядом с лакокрасочным покрытием совсем не движется, поэтому частицы грязи не сдуваются так, как можно было бы ожидать.

То же самое относится, когда вы пытаетесь сдуть пыль с книжной полки. Вы можете дуть очень сильно, но вы никогда не сдуете всю пыль: в лучшем случае вы просто сдуваете пыль (верхние слои частиц пыли) с пыли (нижние слои, которые остаются прилипшими к полке)! Концепция пограничного слоя также объясняет, почему ветряные турбины должны быть такими высокими. Чем ближе вы к земле, тем ниже скорость ветра: на уровне земли, на чем-то похожем на бетон, скорость ветра фактически равна нулю.