Номер 4, страница 154 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

4. Какая сила называется подъемной?

4. Подъёмная сила — это составляющая полной аэродинамической (или гидродинамической) силы, которая перпендикулярна вектору скорости набегающего потока жидкости или газа. Эта сила позволяет летательным аппаратам, таким как самолёты, планеры и вертолёты, преодолевать силу тяжести и держаться в воздухе.

Возникновение подъёмной силы чаще всего объясняют на примере крыла самолёта, имеющего специальный профиль (аэродинамический профиль). Существует два основных подхода к объяснению её природы, которые дополняют друг друга:

1. На основе закона Бернулли. Профиль крыла часто имеет асимметричную форму: верхняя поверхность более выпуклая и, следовательно, длиннее, чем нижняя. Когда крыло движется сквозь воздух, частицам воздуха, обтекающим крыло сверху, приходится проходить больший путь за то же время, что и частицам, обтекающим его снизу. В результате скорость потока воздуха над крылом ($v_{верх}$) становится выше, чем под крылом ($v_{ниж}$). Согласно принципу Бернулли, в областях с большей скоростью потока давление ниже. Таким образом, давление под крылом ($p_{ниж}$) оказывается выше, чем давление над крылом ($p_{верх}$). Эта разность давлений и создаёт силу, направленную вверх — подъёмную силу.

2. На основе законов Ньютона. Крыло самолёта расположено под некоторым углом к набегающему потоку (этот угол называется углом атаки). При движении крыло изменяет направление потока воздуха, отклоняя его вниз. Согласно второму закону Ньютона, для изменения импульса воздуха требуется сила. По третьему закону Ньютона (действие равно противодействию), на каждое действие есть равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Отбрасывая массу воздуха вниз, крыло испытывает со стороны воздуха ответную силу, направленную вверх. Эта сила и является подъёмной силой.

Оба этих объяснения являются упрощениями, но они верно описывают ключевые аспекты одного и того же сложного физического явления.

Величина подъёмной силы ($Y$) зависит от нескольких факторов и может быть рассчитана по формуле:

$Y = C_y \frac{\rho v^2}{2} S$

где:

$C_y$ — коэффициент подъёмной силы (безразмерная величина, зависящая от формы профиля, угла атаки и других параметров),

$\rho$ — плотность среды (например, воздуха),

$v$ — скорость тела относительно среды,

$S$ — характерная площадь (например, площадь крыла).

Важно отметить, что подъёмная сила действует не только на крылья самолётов, но и на лопасти винтов вертолётов и пропеллеров, паруса яхт, подводные крылья судов (гидрофойлы), а также на антикрылья гоночных автомобилей (в этом случае она направлена вниз и называется прижимной силой, увеличивая сцепление с дорогой).

Ответ: Подъёмная сила — это сила, возникающая при обтекании тела потоком жидкости или газа, направленная перпендикулярно вектору скорости потока. Она создаётся главным образом за счёт разности давлений на поверхностях тела (например, крыла), которая возникает из-за различной скорости обтекания этих поверхностей потоком.