A VITORLÁZÁS ELMÉLETE
Felhajtóerő




A felhajtóerőt az áramlás elfordítása hozza létre
Nagyítás

A felhajtóerő egy mechanikai erő erő.

Erő = tömeg * gyorsulás
Erő = tömeg * sebesség időbeli változása

A sebességnek nagysága és iránya van.
Ha az áramlásnak megváltoztatjuk akár a sebességét, akár az irányát, akkor erőt hozunk létre.

A felhajtóerő az az erő, amit a mozgó folyadék elfordítása hoz létre.

Felhajtóerőt a legkülönbözőbb tárgyak, többek között a repülőgép szárnyai, forgó hengerek, pörgő golyók és sík lapok, tudnak létrehozni. A felhajtóerő az az erő, ami a levegőben tartja a repülőgépeket. Felhajtóerőt a repülőgép bármelyik része létre tud hozni, azonban a normál utasszállító repülőgépeken a felhajtóerő legnagyobb részt a szárnyak hozzák létre. Hogyan hozzák létre a felhajtóerőt?

Erő = Tömeg * Gyorsulás

A felhajtóerő egy mechanikai erő. Newton második mozgástörvénye szerint akkor hozunk létre erőt (F), amikor egy tömeget (m) felgyorsítunk (a):

F = m * a

A gyorsulás a sebesség (V) időbeli (t) változása.

F = m * (V1 - V0) / (t1 - t0)

A fontos tény az, hogy a sebességváltozást az erő idézi elő, és hasonlóképpen, a sebességváltozás hozza létre az erőt. Az egyenlet mindkét irányban működik. A sebességnek mint vektormennyiségnek van egy nagysága és egy ahhoz tartozó iránya. A tudósok és matematikusok ezt vektormennyiségnek nevezik. Tehát, az áramlási sebesség nagyságának vagy irányának a megváltoztatásához erőt kell kifejteni. És ha az áramlási sebesség nagysága vagy az áramlás iránya megváltozik, akkor erő keletkezik.

Mozgó folyadékban létrehozott felhajtóerő

A mozgó folyadékba merített test esetén a folyadék kapcsolatban marad a test felszínével. Ha a testnek valamilyen alakot adunk, mozgatjuk, vagy megdöntjük olyan módon, hogy az áramlást eltereljük vagy elfordítsuk, akkor a helyi sebességnek megváltozik a nagysága, az iránya, vagy mindkettő. A sebességváltozás egy, a testre ható tényleges erőt hoz létre. Nagyon fontos, hogy észrevegyük azt, hogy az áramlás elfordítása azért következik be, mert a folyadékmolekulák kapcsolatban maradnak a szilárd testtel, mivel molekulák szabadon mozognak. A szilárd testnek bármelyik része el tudja téríteni az áramlást. A bejövő áramlással szembe néző részekre mondjuk, hogy szél felőliek, azok a részek pedig, amelyek az áramlás irányába néznek, a szél alattiak. Mind a szél feletti, mind pedig a szél alatti részek eltérítik az áramlást. A szél alatti oldalon létrejövő eltérítés figyelmen kívül hagyása vezet a felhajtóerő egyik közkedvelt téves elméletéhez.

Interaktív szimulátor 

Vizsgáljuk meg a Java-szimulátor segítségével, hogyan hozza létre a felhajtóerőt az áramlás elfordulása. A bal oldalon lévő ablakban egy légáramba merített sárga színű sík lapot látunk. A levegőt a balról jobbra haladó kis kék és fehér részecskét jelenítik meg. Döntsük meg a lapot egy szögben, és figyeljük meg, hogy a lap alatti és feletti áramlás elfordul a lap mentén! A fehér vonalak azok az áramvonalak, amelyek metszik a lapot, ezeket hívják torlódó áramvonalaknak. Az ablak alatti csúszkával, vagy az értéket közvetlenül átírva és az Enter billentyűt megnyomva tudjuk változtatni a lap állásszögét A szimulátor jobb oldalán egy műszer és néhány gomb és csúszka található. A műszer a szondánál (kis lila pont a bal oldali ablakban) kialakuló sebesség vagy a nyomás értékét mutatja. A szonda helyét oldalirányban a műszer alatti csúszkával, míg a függőleges irányban a műszer melletti csúszkával tudjuk változtatni. A műszer által kijelzett változót a Velocity (sebesség), a Pressure (nyomás), vagy a Smoke (füst) feliratú fehér gombokkal lehet kiválasztani. A Smoke gombra klikkelve a szonda zöld részecskéket fog kibocsátani. A kék gombokkal a bal oldali ablak közeli nézete (Close View) vagy távoli nézete (Far View) választható ki.

A sebesség nagyságának és irányának a változásai

A felhajtóerőt az áramlás elfordítása hozza létre. Mivel az erő (a sebességhez hasonlóan) vektormennyiség, nagysága és iránya van. A felhajtóerő iránya merőleges az áramlás eredeti irányára. (Az ellenállás az áramlás irányába esik.) A nagyság számos, a testre és az áramlásra vonatkozó tényezőtől függ.

Összefoglalás

A felhajtóerő és a közegellenállás mechanikai erők, amelyek egy test felületén jönnek létre, amikor a test kölcsönhatásba lép az azt körülvevő folyadékkal. A tényleges folyadékerőt (ebben az esetben légerőt vagy aerodinamikai erőt) a zárt ható nyomás hozza létre. A mozgó folyadékba merülő test körül változik a nyomás, mivel az összefüggésben van a folyadéknyomatékkal (tömeg x sebesség). A fent leírt áramláseltérítés miatt a sebesség változik test körül.