Ο χαρταετός Αναρτήθηκε την 11/03/2019 από τον/την Πάνος Μουρούζης.

Ένα άρθρο που το ξαναδημοσιεύω λόγω ημέρας. Καλά κούλουμα σε όλους τους φίλους του δικτύου
Το αρχείο εδώ.

(Visited 703 times, 6 visits today)
  1. Γιάννη καλημέρα. Δε νομίζω να μπορούμε να βρούμε τη δύναμη από τη μεταβολή της ορμής του ρεύματος του αέρα, αφού ορμή δεν αλλάζει μόνο ο αέρας που αντιστοιχεί στο κάθετο εμβαδόν του χαρταετού αλλά η μεταβολή αντιστοιχεί σε πολύ μεγαλύτερο εμβαδόν λόγω των δυνάμεων συνοχής του αέρα και συνάφειας με τον αετό. (Φαινόμενο Coanda αν θυμάμαι καλά). Μπορούμε όμως με ένα δυναμόμετρο να βρούμε τη τάση του νήματος στο χέρι μας, στη συνέχεια από το μήκος, το βάρος και τις συνθήκες ισορροπίας του σκοινιού να βρούμε την τάση του σκοινιού στον αετό και από την ισορροπία του αετού να βρούμε τη δύναμη που ασκεί ο αέρας.

  2. Καλησπέρα συνάδελφοι, καλησπέρα Πάνο. Αρχικά να σε συγχαρώ για την δουλεία σου τόσο εδώ στο υλικό, όσο και στην ιστοσελίδα σου.

    Ξαναδιάβασα το άρθρο σου, όπως και αυτό σχετικά με την πτήση των αεροπλάνων στην ιστοσελίδα σου. Γράφω γιατί διαφωνώ με την άποψη ότι η πτήση -αιώρηση του χαρταετού ή η πτητική ικανότητα των αεροπλάνων δεν έχει σε τίποτα να κάνει με την εξίσωση Bernoulli, οπότε καλόπιστα θέλω να τονίσω τα εξής:. Η συγκεκριμένη εξίσωση είναι κατ’ ουσίαν απόρροια του δευτέρου νόμου του Νεύτωνα, της εξίσωσης της ενέργειας και της εξίσωσης της συνέχειας (νομίζω από τα γραφόμενά ότι συμφωνείς σε αυτό), υπό τις κατάλληλες συνθήκες:μη ιξώδης ροή, ασυμπίεστο ρευστό, μικρή διάχυση θερμικής ενέργειας.

    Η διαφωνία έγκειται στο ότι μακριά από μία αεροτομή (χαρταετό για παράδειγμα) όλες αυτές οι συνθήκες πληρούνται. Οπότε η εξίσωση Bernoulli  μπορεί να εφαρμοστεί, αρκεί αυτό να γίνει σωστά: Δεν υπάρχει μία φλέβα αέρα πάνω και κάτω από την αεροτομή, αλλά μία φλέβα πέριξ αυτής. Στο άπειρο η ταχύτητα του αέρα μπορεί να θεωρηθεί μηδέν και η πίεση σταθερή, ενώ στην επιφάνεια της αεροτομής η ταχύτητα μεταβάλλεται εξ’ αιτίας της ίδιας της αεροτομής, μεταβάλλοντας επίσης το πεδίο πίεσης. Οποιαδήποτε απόπειρα εξήγησης του φαινομένου προϋποθέτει τον σωστό υπολογισμό του πεδίου της ταχύτητας πέριξ της αεροτομής, η οποία οδηγεί σε μεταβολή του πεδίου της πίεσης, φαινόμενο επαγωγής (τα μαθηματικά είναι ίδια). Τώρα το πεδίο ταχύτητας κοντά στην επιφάνεια μπορεί μόνον να υπολογιστεί αν λάβουμε υπ’ όψιν το ιξώδες του αέρα, δηλαδή την ύπαρξη ενός στρώματος στροβιλώδους ροής πέριξ της αεροτομής και ενός σχεδόν επιπέδου στρώματος ιξώδους ροής στο πίσω μέρος της. Τα δύο αυτά στρώματα επάγουν και από μία συνιστώσα στο πεδίο της ταχύτητας πέριξ της αεροτομής και δημιουργού μία δύναμη ανύψωσης και μία δύναμη αντίστασης. Η θέση μου υπάρχει αναλυτικά εδώ.

    Εν κατακλείδι: από μόνη της η εξίσωση Bernoulli  δεν εξηγεί την πτήση του χαρταετού. Ο συνδυασμός όμως με την θεωρία των συνοριακών στρωμάτων και της ταχύτητας που επάγουν, το επιτυγχάνει. Νομίζω δε ότι η άποψη ότι η Bernoulli δεν παίζει κανένα ρόλο στην εξήγηση του φαινομένου, είναι ένα ακόμη Bernoulli mincoseption.

    Φυσικά θα μπορούσε κάποιος να υπολογίσει μία δύναμη ανύψωσης μελετώντας την ισορροπία, αυτό όμως δεν εξηγεί την προέλευση της ίδιας της δύναμης, γιατί για να ανυψωθεί ο χαρταετός απαιτείται ταχύτητα αέρα (για να το επιτύχουμε συνήθως τρέχουμε και για να παραμείνει αιωρούμενος πρέπει να φυσάει).

    Νά ‘σαι καλά.

  3. Καλημέρα Στάθη από Κέρκυρα.

    Κατ’ αρχήν σ’ ευχαριστώ για τα καλά σου λόγια. Διάβασα αναλυτικά το άρθρο σου σχετικά με την πτήση των αεροπλάνων και εξακολουθώ να έχω ορισμένες ενστάσεις. Πιο πάνω γράφεις:

    «Τώρα το πεδίο ταχύτητας κοντά στην επιφάνεια μπορεί μόνον να υπολογιστεί αν λάβουμε υπ’ όψιν το ιξώδες του αέρα, δηλαδή την ύπαρξη ενός στρώματος στροβιλώδους ροής πέριξ της αεροτομής και ενός σχεδόν επιπέδου στρώματος ιξώδους ροής στο πίσω μέρος της. Τα δύο αυτά στρώματα επάγουν και από μία συνιστώσα στο πεδίο της ταχύτητας πέριξ της αεροτομής και δημιουργού μία δύναμη ανύψωσης και μία δύναμη αντίστασης». 

    Αν λάβουμε όμως υπόψη το ιξώδες του αέρα, τότε δεν ισχύει ο νόμος Bernoulli αφού αυτός είναι ισοδύναμος όχι με την αρχή διατήρησης της ενέργειας, αλλά με την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας. Δεν διακρίνεις μία αντίφαση; Ή θα ισχύει ο Bernoulli και δεν θα λαμβάνουμε υπόψη το ιξώδες, ή δεν θα ισχύει και θα το λαμβάνουμε. Πως μπορεί να ισχύουν και τα δύο;

    Όσον αφορά την υπερτίμηση του νόμου Bernoulli στην ερμηνεία διαφόρων φαινομένων, το θέμα έχει αναπτυχθεί τόσο στη χώρα μας όσο και στο εξωτερικό, νομίζω επαρκώς. Η αναφορά στο θέμα από τον Παναγιώτη Κουμαρά η οποία συνοδεύεται από πλήθος πειραμάτων, νομίζω ότι είναι η πλέον ολοκληρωμένη.

    http://physcool.web.auth.gr/images/teyxos_11/Koumaras_Primerakis29-41.pdf

    Το θέμα των πτήσεων νομίζω ότι είναι αρκετά πολύπλοκο ώστε να μπορεί να απλουστευθεί σε τέτοιο βαθμό ώστε να γίνει κατανοητό χωρίς τη χρήση ανώτερων μαθηματικών. Το καλύτερο βιβλίο που έχει πέσει στα χέρια μου σχετικό με αυτό το θέμα και το οποίο συνιστώ ανεπιφύλακτα είναι το «Η ΑΠΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΠΤΗΣΗΣ» του Hendrik Tennekes

  4. Γιάννη μία ταχύτητα 10m/s αντιστοιχεί σε άνεμο 5-6 μποφώρ. Νομίζω ότι αετό μπορούμε να πετάξουμε και με μικρότερο άνεμο της τάξης των 3 μπορώρ,  δηλαδή ταχύτητας 4m/s. Τότε όμως η δύναμη αντί για 60N θα είναι περίπου 10Ν νομίζω όχι ικανή για να πετάξει ο αετός μας. Εκεί ακριβώς μπαίνει το φαινόμενο Coanda. Η δύναμη είναι τελικά αν θυμάμαι καλά από κάποιους υπολογισμούς που είχα κάνει με ένα τηλεκατευθυνόμενο αεροπλανάκι, 3 φορές μεγαλύτερη. Έτσι αντί για 10N μπορεί να φθάνει και στα 30N. Πάντως η ουσία είναι ότι ο αετός μας πετάει λόγω του ΘΝΜ δηλαδή λόγω της αλληλεπίδρασής του με τον αέρα που οφείλεται στην αλλαγή της ορμής του αέρα.

  5. Πάνο το καταλαβαίνω ως εξής:

    οι επιπτώσεις του ιξώδους του αέρα περιορίζονται αρχικά μόνον στο συνοριακό στρώμα και δημιουργούν ένα δέσμιοστην επιφάνεια της αεροτομής στρώμα ιξώδους ροής. Αναγκαστικά η ύπαρξή του συνδέεται και οφείλεται σε αυτόν που συντηρεί την ταχύτητα του αέρα (είτε ο κινητήρας του αεροπλάνου είτε μία διαφορά πίεσης μακριά στην ατμόσφαιρα -άνεμος). Έξω από το συνοριακό στρώμα η ροή είναι σε πολύ καλή προσέγγιση ιδανική και εφαρμόζεται η Bernoulli (δεν καταλαβαίνω γιατί και ποια μηχανική ενέργεια διατηρείται στο όλο σύστημα αέρας -αεροτομή). Η διατήρηση της ενέργειας εξασφαλίζεται από το ελεύθερο στρώμα του οπισθορεύματος, το οποίο διαχέει την ενέργεια, του κινητήρα για παράδειγμα, στο περιβάλλον. Ένα μέρος της γίνεται κυκλοφορία του αέρα πέριξ της αεροτομής (συνοριακό στρώμα) και η αεροτομή ίπταται, ενώ ένα άλλο καταναλώνεται από την αντίσταση του αέρα, μέσω οπισθορεύματος.

    Δεν έχω υπ’ όψιν μου το βιβλίο που αναφέρεις, θα το αναζητήσω.Στην ανάρτησή μου παραθέτω επίσης βιβλιογραφία.

  6. Καλησπέρα Πάνο και Στάθη.

    Όποιος καεί στον χυλό φυσάει και το γιαούρτι. Μια φορά αν διαψευσθεί η τεχνική του μακρινού σημείου καθίσταται αναξιόπιστη. Ας την δούμε:

     

    Τελικά τι δείχνει το πείραμα;

    Άλλη μία πρόβλεψη με χρήση μακρινού σημείου:

    Τι δείχνει το πείραμα;

     

  7. Γιάννη καλησπέρα.

    Ο ψεκαστήρας είναι τελείως διαφορετική περίπτωση. Στην ανάλυση δεν λαμβάνεται πουθενά υπ’ όψιν το ιξώδες και δεν παρέχεται καμία πληροφορία για το πώς δημιουργείται η ροή στον σωλήνα. Η Bernoulli μεταξύ δύο σημείων της ομοιόμορφης φλέβας οδηγεί σε σταερή ταχύτητα και πίεση. Μακριά από τον οριζόντιο σωλήνα πιστεύω ότι η διατομή της φλέβας αυξάνει, η ταχύτητα ελαττώνεται και η πίεση παραμένει ουσιαστικά σταθερή. Δεν θα ήθελα να εκτραεί εκεί η συζήτηση, παλιότερα είχα γράψει κάτι για αυτό.

    Όταν ένα αεροπλάνο πετάει σε αρχικά ακίνητο αέρα, η ταχύτητα ροής στο άπειρο είναι μηδέν. Η ροή είναι ιδανική μακριά από την επιφάνειά του αλλά εξαρτάται από την αλληλεπίδραση επιφάνειας -αέρα μέσω ιξώδους. Οι ρευματικές γραμμές καμπυλώνονται (αν κάναμε το ίδιο στο ψεκαστήρα, θα λειτουργήσει μια χαρά).

  8. Απαντήσεις στα ερωτήματα που έθεσα δίνει το καταπληκτικό βίντεο:

    Νόμος bernoulli.

    Όμως γιατί το εικονιζόμενο παραλληλεπίπεδο δεν κινήθηκε;

    Η εφαρμογή του νόμου Bernoulli από αυτό μέχρι το άπειρο, όπου η ταχύτητα είναι λογικά μηδενική, δεν μας έδωσε πίεση μικρότερη της ατμοσφαιρικής;

    Ο νόμος Bernoulli φυσικά είναι σωστός. Όμως η εφαρμογή του με χρήση μακρινού σημείου είναι misconception.

    Όταν βλέπω τέτοια αποτυχία, προβληματίζομαι για χρήση της ίδιας τεχνικής στην εξήγηση της πτήσης.

    1. Στάθη φυσικά ο ψεκαστήρας είναι διαφορετική περίπτωση. Η πλάκα είναι και αυτή διαφορετική περίπτωση;

      Η πρόθεσή μου είναι άλλη. Θέλω να δείξω ότι η «τεχνική του μακρινού σημείου» είναι επικίνδυνη ή αναξιόπιστη ή και τα δύο.

      Τι κάνω λοιπόν για να το πετύχω;

      Την χρησιμοποιώ και βγάζω δύο καταφανώς εσφαλμένα συμπεράσματα. Η τεχνική καθίσταται προβληματική.

      Δεν την ξαναχρησιμοποιώ. Είμαι επιφυλακτικός σε οτιδήποτε προκύπτει από χρήση της.

      Δες το εκπληκτικό βίντεο.

      • Γιάννη τώρα το είδα. Η ροή δεν είναι ομοιόμορφη από το Α στο Γ. Η ταχύτητα ελαττώνεται αλλά η διατομή μίας φλέβας αυξάνει, ώστε η πίεση να παραμίνει σταθερή. Μόνον έτσι η Bernoulli θα είχε νόημα. Ξαναλέω όμως είναι διαφορετικό πρόβλημα.

    2. Γιάννη μπορεί να μην το «περνάω» αρκετά κατανοητά, αλλά την ανύψωση δεν την δημιουργεί από μόνη της η ταχύτητα, αλλά ο στροβιλισμός της πέριξ της επιφάνειας. Και ο στροβιλισμός οφείλεται στο ιξώδες, Το μακρινό σημείο μηδενικής ταχύτητας χρησιμοποιείται αφού πρώτα η ίδια η ταχύτητα υπολογίζεται μέσω του στροβιλισμού  μεταξύ ενός σημείου εκτός ιξώδους ροής και του απείρου. Αν είτε ευθυγραμμίσεις την αεροτομή (μηδενική γωνία πρόσπτωσης) είτε δεν λάβεις υπ’ όψιν το ιξώδες, η κυκλοφορία (στροβιλισμός) και η ανύψωση μηδενίζεται. Η σειρά είναι

      ομοιόμορφο ρεύμα αέρα -> στροβιλισμός <-> αλλαγή πεδίου ταχύτητας <-> μεταβολή πίεσης -> ανύψωση και αντίσταση.

      Δεν καταλαβαίνω την σύνδεση με το βίντεο που έχεις κατά νου.

    3. Γιάννη δεν θα σηκωθεί αν από κάτω υπάρχει αέρας.

      Αν όμως καταφέρεις να στροβιλίσεις τον αέρα πέριξ της πλάκας θα ανασηκωθεί γιατί θα εμφανιστεί διαφορά πίεσης.

    4. Συνεχίζουμε να γράφουμε μαζί. Ο στροβιλισμός δημιουργεί ανύψωση, η κατάλληλη καμπύλωση των ρ.γ. αν θέλεις. Όχι η ταχύτητα από μόνη της.

       

    5. Στάθη καταλαβαίνω πότε θα σηκωθεί. Δεν θέλω να σηκωθεί η πλάκα.

      Θέλω να γίνει ότι δείχνει το βίντεο. Να παραμείνει ακίνητη. Θέλω να γίνει αυτό για να ρωτήσω:

      -Που βρίσκεται το λάθος στο σχήμα-κείμενο που παρέθεσα;

    6.  

    7. Θα συμφωνήσω για τον στροβιλισμό. Θα συμφωνήσω και σε κάθε καμπύλωση ρευματικών γραμμών.

      Όμως στο βίντεο γίνεται ότι στο σχήμα μου. Δεν σηκώνεται. Που έγινε το λάθος;

      Δεν είναι το θέμα (ακόμα) κάτω από ποιες προϋποθέσεις θα σηκωθεί η πλάκα.

      Το θέμα για μένα είναι αν είναι αξιόπιστη τεχνική η χρήση μακρινού σημείου.

    8.  

    9. Στην Bernoulli, όπως την γράφεις. Είτε το ρεύμα αέρα παραμένει ομοιόμορφο μέχρι το άπειρο, οπότε δεν αλλάζει η πίεση, είτε δε (ίσως καλύτερη προσέγγιση) αυξάνει η διατομή του πολύ μακριά με αποτέλεσμα να ελαττώνεται η ταχύτητα αλλά να παραμένει σταθερή η πίεση (ισοβαρής).

    10.  

    11. Θα συμφωνήσω. Ότι από τα δύο και να συνέβη χρησιμοποιήθηκε αυθαίρετα ένα μακρινό σημείο.

      Όταν σε ένα πολυπλοκότερο φαινόμενο (όπως η πτήση) εμπλέκουμε μακρινό σημείο φοβάμαι για το αποτέλεσμα.

      Δεν θα ισχυρισθώ ότι ένα μόνο φαινόμενο εμπλέκεται. Ούτε ότι όλες οι πτήσεις εξηγούνται με τον ίδιο τρόπο.

      Η «πτήση» του avrocar διαφέρει από την πτήση του χαρταετού. Το φαινόμενο Coanda κυριαρχεί στην πτήση του avrocar και έχει μικρότερη επίδραση στην πτήση του χαρταετού.

      Πτήσεις (εντός εισαγωγικών) έχουμε και στην περίπτωση ενός αλισκάφους ή ενός semisinker windsurf. Εκεί προφανέστατα δεν παίζουν ρόλο κάποιοι στρόβιλοι. Νερό υπάρχει μόνο από κάτω από το surf ή την πτέρυγα του αλισκάφους. Όμως το νερό εκτρέπεται προς τα κάτω και ασκεί δύναμη προς τα πάνω. Τρίτος νόμος Νεύτωνα.

      Ο παράγοντας αυτός είναι σημαντικός μόνο στο surf και ασήμαντος στο αεροπλάνο των Ράιτ;

      Οι στρόβιλοι κάνουν μια σαΐτα από χαρτί να πετάει, η εκτροπή του αέρα προς τα κάτω, και οι δύο παράγοντες και σε ποιο ποσοστό;

    12.  

    13. Γιάννη δεν ισχυρίζομαι ότι ξέρω πώς ακριβώς πετάει ένα αεροπλάνο. Δυστυχώς δεν μπορώ να απαντήσω στις ερωτήσεις σου. Απλά ακολουθώντας τους υπολογισμούς άλλων (αξιόπιστων πηγών) μου φαίνεται λογική η συγκεκριμένη προσέγγιση για μία λεπτή ελλειψοειδή αεροτομή. Φυσικά το πρόβλημα είναι εξαιρετικά πολύπλοκο και  διαφέρει από περίπτωση σε περίπτωση. Αυτό που μου άρεσε και θέλησα να το μοιραστώ, είναι πρώτον ΄ότι παρέχει έναν μηχανισμό ανύψωσης και δεύτερον αξιόπιστους υπολογισμούς για τις δυνάμεις και τις εμπλεκόμενες ταχύτητες.

    14.  

    15. Στάθη κλίνω περισσότερο προς τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα. Εξηγεί εύκολα πως κάνει κάποιος σκι με γυμνό πόδι.

      Πολλές δημοσιεύσεις (και πανεπιστημιακές) έχουν ελεγχθεί ως misconceptions.

      Οι υπολογισμοί του Πάνου που έδειχναν μικρή δυναμική άνωση μου φαίνονται λογικοί.

      Οι υπολογισμοί που είχες παραθέσει ήσαν ακριβείς για ένα spitfire. Όμως οι τιμές προέκυπταν από το μοντέλο που παρουσίασες;

      Στο παρελθόν υπήρξε μια φαινομενικά άσχετη διαφωνία:

      -Γιατί δεν πέφτει το ποδήλατο;

      Πολλοί επικαλέστηκαν την γυροσκοπική ευστάθεια. Μίλησαν μάλιστα για μοτοσυκλέτες. Όμως η διαφορά ποδηλάτου μοτοσυκλέτας είναι τεράστια. Τόσο μεγάλη ώστε ο παράγων»γυροσκοπική ευστάθεια» να είναι αμελητέος στην περίπτωση του ποδηλάτου. Η επιθυμία μας να έχουν όλες οι εξηγήσεις μία πηγή μας οδηγεί σε λάθη.

    16.  

    17. Γιάννη τα χαρακτηριστικά του spitfire τα βρήκα στην wiki. Τα αποτελέσματα έγιναν από το συγκεκριμένο μοντέλο με τους στροβίλους. Το αεροσκάφος το επέλεξα γιατί διάβασα ότι ήταν από τα πρώτα που υιοθέτησαν σχεδόν ελλειψοειδείς αεροτομές. Η ταχύτητα που υπολόγισα ήταν περίπου 300 km/h για σταθερή πτήση στις πέντε μοίρες. Το αεροσκάφος έχει εμβέλεια ταχύτητας από 350 έως 500 Km/h, αποτέλεσμα κοντά αν σκεφτεί κανείς επιπλέον αντιστάσεις από την άτρακτο και μεγαλύτερο βάρος αν είναι πλήρως φορτωμένο. Τα αποτελέσματα είναι σε πρώτη ανάγνωση λογικά.

    18.  

    19. Ειδικά στον χαρταετό, οποιαδήποτε εξίσωση που βασίζεται σε ιδανικά ασυμπίεστα ρευστά θα οδηγήσει σε λάθος. Ο Χαρταετός είναι το χαρακτηριστικό παράδειγμα τυρβώδους ροής. Στο πίσω μέρος του χαρταετού (σταβέντο) η τύρβη σπρώχνει τον αέρα προς τον χαρταετό. Δηλαδή αν είχαμε κρεμασμένη μία κορδέλα στο πίσω μέρος του χαρταετού, αυτή δε θα ανέμιζε αλλά θα ήταν κολλημένη στην πίσω επιφάνεια. Μπροστά στον χαρταετό στην σοφράνο πλευρά, υπάρχει συμπίεση της ροής. Οι κινέζοι έχουν χαρταετούς σε σχήματα κουτιών και πετάνε γι΄αυτό το λόγο.

    20.  

    21.  

Advertisements

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Google photo

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s