動態升力

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引言

當粒子隨時間改變其位置時，它被認為是運動的。這意味著粒子從一個位置移動到另一個位置。如果粒子作線性運動，則粒子發生線性位移。同樣，如果粒子作圓周運動，則粒子發生角位移。這意味著圓周運動的粒子會產生角位移。有一些定律描述粒子的運動。根據第一定律，粒子在沒有外力作用的情況下不會改變其運動或靜止狀態。第二定律指出，作用在粒子上的力取決於粒子的質量和粒子的加速度。

$$\mathrm{F=ma}$$

然後，第三定律表明，如果對粒子施加力，則應該在相反方向產生大小相等的力。讓我們看看物體的旋轉運動。液體、氣體和固體等物質的子集是流體。流體是液體、氣體或其他由於作用在其上的外力而變形物質。

什麼是動態升力？

如果物體在流體中運動，它會由於物體的運動而受到力。此力稱為動態升力。讓我們考慮一架在空中飛行的飛機。飛機機翼下方的空氣對飛機施加向上的力，這被稱為動態升力。

動態升力原理

根據伯努利原理，上層的流速大於下層的流速。因此，下層的壓力大於上層的壓力。這種壓力差產生使物體升起的力。伯努利定理是動態升力的基本原理。隨著流體速度的增加，勢能或靜壓會降低。這就是動態升力的原理。

與動態升力相關的基本術語

由於旋轉而產生的動態升力稱為馬格努斯效應。這種現象是基於物體在液體中旋轉運動。這裡旋轉物體的路徑偏離了其路徑。如果物體不旋轉，則不會發生這種情況。它是由流體的壓力差解釋的。旋轉物體的馬格努斯效應取決於旋轉物體的速度。讓我們考慮一個從右向左以順時針方向旋轉的物體，然後上層粒子被加速，而下層粒子被力減速。馬格努斯效應和伯努利定理是相互關聯的。

動態升力的作用原理

對於非旋轉球，流體圍繞球體的流動是流線型運動。在流線型運動中，球體上方和下方特定點的流體速度相同，因此球體上方和下方的層之間沒有壓力差。因此，沒有向上和向下的力作用在球體上。

Michael Paetzold，許可：Creative Commons by-sa-4.0，DeflectionAndLift W3C，CC BY-SA 4.0

對於旋轉球，空氣被拖向球體的運動方向。如果球體向前運動，則空氣運動向後。因此，相對速度存在差異。由於球體上方和下方的空氣速度存在差異，因此它們之間存在壓力差。由於上方的空氣速度高於下方，因此會產生向上的淨力。因此，球體會體驗到向上的升力，稱為馬格努斯效應。

動態升力的示例

• 動態升力在許多領域都有應用，例如空氣動力學和體育運動。在足球比賽中，球員傾向於將球的方向改變到左側。用右腳踢球時，球的旋轉方向為逆時針方向。由於球左側的空氣與球的運動方向相同，因此它會加速。球右側的空氣與球的運動方向相反。因此，右側的空氣減速。因此，球的兩側出現速度梯度，從而球左右兩側的壓力變低和變高。由於這種壓力差，球被推向低壓側。也就是說，球轉向左側。這就是馬格努斯效應的應用方式。

• 在飛機中，四種力使它們飛行。升力使飛機升空。飛機周圍空氣的壓力差會產生使飛機升空的力。飛機的製造方式是將飛機的重量均勻地從前到後分布。只要空氣透過機翼，發動機就會推動飛機向前運動。減阻力會減慢飛機的速度。它們的設計目的是讓空氣透過以減少阻力。

結論

如果粒子改變其位置，則表示它正在運動。牛頓提出的三定律解釋了物體的運動。動態漂移是流體動力學中的一個重要現象。本文對此進行了解釋。除此之外，還討論了動態升力的原理和與動態升力相關的基本術語。還討論了最能解釋動態升力的例子。

常見問題

問1. 飛機飛行需要哪些力？

答。飛機飛行需要四種力。它們是動態升力、重力、推力和阻力。動態升力是作用在飛機上以向上作用的力。飛機的重量作為向下的作用。推力和阻力是使飛機向前和向後移動的力。

問2. 說明伯努利定理。

答。它指出，當液體的流動穩定時，系統的總能量保持不變。當流體速度增加時，流體的壓力降低。根據這個定理，對於不可壓縮液體，流體的勢能、動能和壓力能之和保持不變。

$$\mathrm{P+1/2\rho v^{2}+\rho gh=constant}$$

P 表示流體內部的壓力。ρ 表示流體的密度。

問3. 什麼是空氣動力？

答。當物體浸沒在空氣或氣體中時，由於物體和氣體之間發生的相對運動，物體上會作用一個力。該力稱為空氣動力。此空氣動力的兩個分解分量是阻力和升力。在此阻力中，力平行於相對運動的方向作用，升力垂直於相對運動的方向作用。

問4. 馬格努斯效應的應用有哪些？

答。

• 馬格努斯效應用於許多運動，如足球、高爾夫球、板球、網球等。

• 一些飛機使用馬格努斯效應。

• 旋轉船也使用了這個概念。

• 它適用於彈道學。

問5. 伯努利定理的侷限性是什麼？

答。

• 伯努利定理僅適用於處於流線型運動的流體。它不適用於湍流或非穩定流動。

• 液體的流動會受到外力的影響。

• 粘性液體不適用於此定理。

• 最重要的標準是流體必須是不可壓縮的。

• 液體的流動必須隨時間保持恆定。

• 如果流體的流動是圓周路徑，則必須考慮離心力引起的能量。

這些都是伯努利定理的侷限性。