小学生科普知识:飞机无翅亦翱翔【流速与压强的关系】

飞机无翅亦翱翔?很多同学就会问了,我们看到的飞机不都是有翅膀的吗?今天就由童乐福儿童网科学小编为同学讲解一下这个小学生科普知识。​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​
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适合年龄:6岁以上

难易程度:中级

小磊:乐博士,飞机飞翔时为什么翅膀不需要像小鸟翅膀那样摆动呢?

小云:是呀!而且直升机没有翅膀也可以飞起来,这又是为什么呢?

乐博士:你们想想,飞机飞上天空,竖直方向需要满足什么条件呢?

小磊:嗯!肯定需要有竖直向上的力来克服飞机的重力!只有飞机受到向上的力大于向下的力,飞机才能飞起来。

小云:那向上的力是怎么产生的呢?和大气压强有关吗?

乐博士:很好!飞机飞行时飞机的翅膀,也就是机翼,上下受到的大气压强是不一样的。

小磊:为什么机翼上下受到的压强会不同呢?

乐博士:这和压强与流速的规律有关。流体在流速大的地方压强较小,在流速小的地方压强较大。

小磊:哦,我知道了!飞机飞翔利用的是大气压力差。直升机的大螺旋桨旋转就可以产生升力来平衡重力。

小云:在飞行中飞行员调节高度时,是不是只要改变螺旋桨旋转的速度就可以了?

乐博士:对!另外直升机如果只有大螺旋桨旋转,那么根据动量守恒,机身也会旋转,因此直升机就必须要有一个能够阻止机身旋转的装置。而飞机尾部侧面的小型螺旋桨就可以起到这个作用,飞机的左转、右转或保持稳定航向都是靠它来完成的。同时,为了不使尾桨碰到旋翼,还必须把直升机的机身加长,所以直升机有一个像蜻蜓式的长尾巴。

小云:这和我们玩的竹蜻蜓很相似嘛!

乐博士:是的!竹蜻蜓就是飞螺旋或“中国陀螺",是我们祖先的奇特发明。据说,在公元前400年就有了竹蜻蜒,还有人说是在明代(公元1400年左右)有了这种叫竹蜻蜓的民间玩具,一直流传到现在。现代直升机的旋翼就好像竹蜻蜓的叶片,旋翼轴就像竹蜻蜓的那根细竹棍儿,带动旋翼的发动机就好像我们用力搓竹棍儿的双手。

主要内容:

  1. 定常流动
  2. 伯努利方程
  3. 直升机的原理
  4. 竹蜻蜓的原理

定常流动:流体(气体、液体)流动时,若流体中任何一点的压力、速度和密度等物理量都不随时间变化,则这种流动就称为“定常流动"。

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大型客机

伯努利方程:流体在流速大的地方压强较小,在流速小的地方压强较大。image.png

直升机的原理:直升机起飞时,螺旋桨越转越快,飞机上面的空气流速越大,压强越小,与飞机下面的压力差越大,产生的升力就越来越大,当升力比飞机的重力大时,飞机就起飞了。

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直升机

竹蜻蜓的原理:竹蜻蜓的叶片前面圆钝,后面尖锐,上表面比较圆拱,下表面比较平直。当气流经过圆拱的上表面时,其流速快而压力小;当气流经过平直的下表面时,其流速慢而压力大。因此,上下表面之间就形成了一个压力差,产生了向上的升力。当升力大于它本身的重力时,竹蜻蜓就会腾空而起。

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塑料竹蜻蜓

乐博士提醒你:小磊、小云,你们知道吗?流体(气体、液体)的流动也是有区别的。如果流体中任何一点的压力、速度和密度等物理量都不随时间变化,我们称这种流动为“定常流动”;反之,只要压力、速度和密度中任意一个物理量随时间而变化,液体就是做“非定常流动”。流体通常的流动几乎都是非定常的,也就是说流动状态是随时间而变化的,但定常流体在物理学上是非常有意义的。

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