Номер 3, страница 54 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

IV. Механика жидкостей и газов. Смотрим и думаем - номер 3, страница 54.

Условие.

3. Объясните природу подъёмной силы крыла самолёта.

Решение.

Решение

Природа подъёмной силы крыла самолёта объясняется совокупностью аэродинамических явлений, в основе которых лежат закон Бернулли и третий закон Ньютона.

Крыло самолёта имеет специальную асимметричную форму, называемую аэродинамическим профилем. Верхняя его поверхность более выпуклая и, следовательно, длиннее, чем нижняя, которая является более плоской. Когда самолёт движется, набегающий поток воздуха обтекает крыло. Воздух, проходящий над крылом, должен преодолеть больший путь за то же время, что и воздух под крылом. В результате скорость потока воздуха над крылом ($v_{верх}$) становится выше, чем скорость потока под ним ($v_{низ}$).

Согласно закону Бернулли, в потоке жидкости или газа давление тем меньше, чем выше скорость его течения. Это соотношение для горизонтального потока можно описать уравнением $p + \frac{1}{2}\rho v^2 = \text{const}$, где $\text{p}$ — статическое давление, $\rho$ — плотность воздуха, а $\text{v}$ — скорость потока. Так как скорость воздуха над крылом выше ($v_{верх} > v_{низ}$), давление на верхнюю поверхность крыла ($p_{верх}$) оказывается ниже, чем давление на нижнюю поверхность ($p_{низ}$).

Эта разность давлений ($Δp = p_{низ} - p_{верх}$) создаёт результирующую силу, направленную из области более высокого давления (снизу) в область более низкого давления (сверху). Эта сила, действующая перпендикулярно направлению движения, и является подъёмной силой ($F_{подъёмная}$). Она противодействует силе тяжести и удерживает самолёт в воздухе.

Важный вклад в создание подъёмной силы также вносит расположение крыла под небольшим углом к набегающему потоку воздуха (так называемый угол атаки). В этом случае крыло напрямую отклоняет поток воздуха вниз. В соответствии с третьим законом Ньютона, на каждое действие (крыло толкает воздух вниз) возникает равное по модулю и противоположное по направлению противодействие (воздух толкает крыло вверх). Этот эффект дополняет подъёмную силу, создаваемую разностью давлений.

Ответ: Подъёмная сила крыла самолёта возникает в результате разности давлений воздуха над и под крылом. Из-за специальной выпуклой формы верхней поверхности крыла воздух над ней движется быстрее, чем под плоской нижней поверхностью. В соответствии с законом Бернулли, более высокая скорость потока воздуха над крылом создаёт область пониженного давления, в то время как под крылом давление остаётся более высоким. Эта разница давлений порождает направленную вверх силу, которая и поднимает самолёт.