Siła nośna

Siła nośna

Siła nośna to siła, która działa na ciało poruszające się w płynie (gazie lub cieczy) w kierunku prostopadłym do ruchu. Najbardziej znanym przykładem jej działania są skrzydła samolotów, ale dotyczy również innych obiektów, takich jak śmigła, żagle, a nawet rakiety.

Definicja i wzór na siłę nośną

Siła nośna jest składową siły aerodynamicznej, wyrażoną wzorem:

$P\_z\; =\; C\_z\; \backslash cdot\; \backslash rho\; \backslash cdot\; S\; \backslash cdot\; \backslash frac\{V^2\}\{2\}$

gdzie:

• $P\_z$ – siła nośna [N],
• $C\_z$ – współczynnik siły nośnej, zależny od kąta natarcia i kształtu ciała,
• $\rho$ – gęstość płynu (np. powietrze: 1,225 kg/m³),
• $S$ – powierzchnia skrzydła [m²],
• $V$ – prędkość ciała względem płynu [m/s].

Profile lotnicze

Profile lotnicze są projektowane w celu maksymalizacji siły nośnej przy minimalnej sile oporu. Dla małych kątów natarcia, współczynnik siły nośnej $C\_z$ można wyrazić jako:

$C\_z\; =\; 2m\; (\backslash alpha\; –\; \backslash alpha\_0)$

gdzie:

• $m$ – współczynnik zależny od kształtu profilu,
• $\alpha$ – kąt natarcia,
• $\alpha \_0$ – kąt, przy którym siła nośna wynosi zero.

Mechanizm powstawania siły nośnej

Siła nośna powstaje w wyniku zmiany pędu płynu w kierunku prostopadłym do ruchu ciała. Zgodnie z zasadami dynamiki Newtona, płyn reaguje siłą równą i przeciwną do siły działającej na ciało. Różnice ciśnień na powierzchni ciała są kluczowe dla generowania siły nośnej.

Siła nośna przy prędkości naddźwiękowej

W przypadku prędkości naddźwiękowej, powstawanie siły nośnej jest bardziej złożone, ale współczynnik siły nośnej $C\_z$ pozostaje w przybliżeniu liniowo zależny od kąta natarcia.

Popularne błędne objaśnienia

W historii lotnictwa pojawiły się różne nieprawidłowe teorie dotyczące siły nośnej. Dwie z nich to:

• Model „puszczania kaczki po wodzie”: Zakłada, że siła nośna wynika tylko z zmiany pędu płynu, ignorując wpływ górnej części płata.
• Model „dłuższej drogi”: sugeruje, że cząsteczki płynu poruszają się dłużej nad górną częścią płata, co prowadzi do różnicy ciśnień. To założenie jest błędne, ponieważ cząsteczki nie spotykają się po przejściu za płatem.

Pomimo wielu badań i postępów w aerodynamice, te błędne teorie wpływały na rozwój technologii lotniczej, prowadząc do opóźnień w projektowaniu bardziej wydajnych konstrukcji. Zrozumienie siły nośnej jest kluczowe dla efektywnego projektowania skrzydeł i innych elementów lotniczych.