Подъемная сила крыла

Подъемная сила крыла нужна для поддержания самолета в воздухе. Она возникает в результате разности давлений на нижней и верхней поверхностях крыла. Разность же давлений, как было установлено, возникает при несимметричном обтекании профиля, вследствие чего на верхней поверхности крыла давление будет меньше, чем на нижней. Если профиль крыла симметричный и угол атаки равен нулю, то обтекание и картина распределения давлений над и под крылом будут одинаковыми, и подъемная сила при этом не возникает. Для несимметричного профиля в случае дозвукового обтекания подъемная сила может создаваться крылом не только при угле атаки, отличном от нуля, но и при α = 0.

Величина подъемной силы может быть подсчитана, если все векторы избыточных давлений сверху и снизу профиля крыла спроектировать на ось, перпендикулярную направлению набегающего невозмущенного потока, и определить равнодействующую этих сил (рис.). Тогда подъемная сила P, действующая на крыло, будет равна произведению разности средних избыточных давлений под крылом Р_изб и над ним Р_изб, на площадь крыла S:

 [кгс],              (2.9)

где   - среднее избыточное давление под крылом, кгс/м²;

 - среднее избыточное давление над крылом, кгс/м²;

S — площадь крыла, м².

ЭРАЦИЯ ПОЧВЫ (греч. aer — воздух) — воздушная вентиляция почв — газообмен почвенного воздуха с атмосферным. Почвы отдают в приземный слой воздуха углекислоту, образующуюся при разложении органических включений, а взамен получают, кислород, ускоряющий внутрипочвенные процессы, окисляя минеральные части и разлагая органические. Аэрация почвы — один из показателей плодородия, так как способствует росту растений. Уплотнение или переувлажнение почвы (например, в тундрах) затрудняет аэрацию и обедняет их.

18…….. При течении реальной жидкости отдельные слои ее воздействуют друг на друга с силами, касательными к слоям. Это явление называют внутренним трением или вязкостью.

Рассмотрим течение вязкой жидкости между двумя твердыми пластинками (рис 4.10), из которых нижняя неподвижна, а верхняя движется со скоростью . Условно представим жидкость в виде нескольких слоев 1, 2, 3 и т. д. Слой, «прилипший» ко дну, неподвижен. По мере удаления от дна (нижняя пластинка) слои жидкости имеют все большие скорости ( и т.д.), Максимальная скорость будет у слоя, который «прилип» к верхней пластинке.

Рисунок 4.10.

Слои воздействуют друг на друга. Так, например, третий слой стремится ускорить движение второго, но сам испытывает торможение с его стороны, а ускоряется четвертым слоем и т. д. Сила внутреннего трения пропорциональна площади взаимодействующих слоев и тем больше, чем больше их относительная скорость. Так как разделение на слои условно, то принято выражать силу в зависимости от изменения скорости, отнесенного к длине в направлении перпендикулярном скорости, т.е. - градиент скорости (скорость сдвига):

(8)

Это уравнение Ньютона. Здесь - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом внутреннего трения или динамической вязкостью (или просто вязкостью). Вязкость зависит от состояния и молекулярных свойств жидкости (или газа).

Единицей вязкости является паскаль-секунда ( ).

Для многих жидкостей вязкость не зависит от градиента скорости, такие жидкости подчиняются уравнению (8) и их называют ньютоновскими. Жидкости, не подчиняющиеся уравнению (8) относятся к неньютоновскими. Иногда вязкость ньютоновских жидкостей называют нормальной, а неньютоновских – аномальной.

Жидкости, состоящие из сложных и крупных молекул, например растворы полимеров, и образующие благодаря сцеплению молекул или частиц пространственные структуры, являются неньютоновскими. Их вязкость при прочих равных условиях много больше, чем у простых жидкостей. Увеличение вязкости происходит потому, что при течении этих жидкостей работа внешней силы затрачивается не только на преодоление истинной, ньютоновской, вязкости, но и на разрушение структуры. Кровь является неньютоновской жидкостью.

19……….РЕОЛОГИЯ – наука о деформациях и текучести сплошных сред, обнаруживающих упругие, пластические и вязкие свойства в различных сочетаниях. Упругие деформации возникают в теле при приложении нагрузки и исчезают, если нагрузки снять; пластические деформации появляются только в том случае, когда вызванные нагрузкой напряжения превышают известную величину – предел текучести; они сохраняются после снятия нагрузки; вязкое течение отличается тем, что оно возникает при любых сколь угодно малых напряжениях, с ростом напряжений увеличивается скорость течения, и при сохранении напряжений вязкое течение продолжается неограниченно. Еще одно свойство, которым могут обладать среды, изучаемые реологией, – это высокоэластичность, характерная, например, для резины, когда резиновая лента допускает десятикратное растяжение, а после снятия нагрузки практически мгновенно восстанавливает первоначальное состояние.

Кровь, проходя по сосудам, испытывает сопротивление движению как со стороны сосудов, так и из-за вязкости самой крови. Чем выше сопротивление току крови, тем большая сила затрачивается на ее продвижение по сосуду. Величина сопротивления зависит от диаметра сосуда, его длины, скорости кровотока. Поэтому сердце выбрасывает кровь в сосудистую систему под большим давлением. В разных отделах сосудистой системы давление крови будет разным. В аорте среднее давление в 100 мм рт.ст. колеблется в диапазоне от 120 мм рт.ст. при систоле (систолическое давление) до 80 мм рт.ст. при диастоле (диастолическое давление). Разница между ними называется пульсовым давлением. По мере движения крови давление в сосудистом русле падает. Таким образом, непрерывные, ритмические сокращения сердца, преодолевая сопротивление, создают и поддерживают разность кровяного давления между артериальным и венозным участком сосудистой системы. Эта разность давлений и является главной причиной движения крови по сосудам из области высокого давления в область более низкого.

При движении крови по сосудам различают линейную и объемную скорость кровотока.

Объемная скорость кровотока — количество крови, протекающее через поперечное сечение сосуда в единицу времени. Объемная скорость кровотока через сосуд прямо пропорциональна давлению крови в нем и обратно пропорциональна сопротивлению току крови в этом сосуде.

Линейная скорость кровотока отражает скорость продвижения частиц крови вдоль сосуда и равна объемной скорости, деленной на площадь сечения кровеносного сосуда. Линейная скорость различна для частиц крови, продвигающихся в центре потока и у сосудистой стенки. В центре сосуда линейная скорость максимальна, а около стенки сосуда она минимальна в связи с тем, что здесь особенно велико трение частиц крови о стенку

Кровяным давлением называют давление крови, которое существует внутри артерий (артериальное давление), внутри капилляров (капиллярное давление) и внутри вен (венозное давление). Кровяное давление обеспечивает движение крови по кровеносной системе организма, обеспечивая при этом осуществление обменных процессов.

Уровень артериального давления определяется силой сокращений сердечной мышцы (миокарда) и тем количеством крови, которое выбрасывается сердцем в момент его сокращения. Помимо этого существует еще несколько факторов, оказывающих влияние на уровень артериального давления. Наряду с количеством циркулирующей в организме крови, к ним относятся также возникающее при дыхании давление брюшной и грудной полостей, и такой параметр крови, как ее вязкость.

Максимальный уровень артериального давления достигается во время сокращения левого желудочка сердца, в этот период сердце выталкивает в кровеносную систему до 70 мл крови. Такое большое ее количество сразу пройти через тонкие кровеносные сосуды не может. Это обстоятельство вызывает растягивание аорты, что, в свою очередь, вызывает давления крови внутри нее. Такое давление называется систолическим. Нормальный уровень систолического давления может изменяться в пределах 100-140 мм ртутного столба.

В период паузы между сокращениями желудочков сердца стенки аорты и крупных артерий также в свою очередь начинают сокращаться, проталкивая кровь в более мелкие кровеносные сосуды (капилляры). Давление крови, которое образуется в этом случае, называется диастолическим. В это время уровень давления крови начинает постепенно опускаться и достигает своей минимальной величины в 70-80 мм ртутного столба. Изменения между систолическим (верхним) и диастолическим (нижним) уровнем кровяного давления обуславливает пульс человека.

Показатели кровяного давления в кровеносных сосудах тем ниже, чем дальше эти сосуды располагаются от сердца. Эта особенность кровеносной системы может вызывать такое явление, когда в нижних и верхних полых венах кровяное давление может достигать отрицательных величин. Именно поэтому на таких венах измерение давление не производится.

Определение уровня кровяного давления производится при помощи специального прибора – сфигмоманометра. Рука выше локтя обматывается манжетой данного устройства, в которую затем закачивается воздух посредством резиновой груши. После этого воздух постепенно выпускают из манжеты, фиксируя при этом уровни верхнего и нижнего кровяного давления.

Особая роль механической энергии для функций крови как универсального посредника в обмене веществ и энергии в организме (а также между организмом и средой обитания) определяет значение кровяного давления для жизнедеятельности организма.

Стабильный источник энергетического снабжения транспортной функции крови, который действует и в период диастолы сердца, в кровяном давлении образуется дискретными порциями механической энергии, генерируемой сердцем только в период систолы.  Помимо транспортной функции крови, этот источник обеспечивает протекание тех процессов, которые обеспечивают непрерывность обмена веществ и энергии в организме, а также взаиморегуляцию функции различных органов и систем гуморальными факторами, переносимыми циркулирующей кровью. К таким процессам относят диффузию газов и процессы фильтрации в капиллярном русле.

Рекомендуется периодически измерять уровень своего кровяного давления. Если его показатели оказываются ниже, чем 140/90, то это говорит о нормальном кровяном давлении. Если же хотя бы один, а тем более оба показателя, оказываются выше указанных  значений, то это говорит о наличии гипертонии, которая представляет собой одну из самых распространенных болезней современного мира. Основным признаком этого заболевания является повышенное кровяное давление.

20……. Механическими колебаниями называют движения тел, которые точно (или приблизительно) повторяются через равные промежутки времени. Примерами механических колебаний являются колебания математического (рис. 11) или пружинного (риг. 12) маятников.           Свободные (собственные) колебания совершаются под действием внутренних сил колебательной системы, а вынужденные — под действием внешней переменной силы. Колебательные движения происходят по закону синуса (косинуса), если: 1) сила, действующая на тело в любой точке траектории, направлена к положению равновесия, а в самой точке равновесия равна нулю; 2) сила пропорциональна отклонению тела от положения равновесия.

Колебания, при которых изменения физических величин происходят по закону косинуса или синуса (гармоническому закону), наз. гармоническими колебаниями.

Например, в случае механических гармонических колебаний:.

В этих формулах ω – частота колебания, x_m – амплитуда колебания, φ₀ и φ₀’ – начальные фазы колебания. Приведенные формулы отличаются определением начальной фазы и при φ₀’ = φ₀ +/2 полностью совпадают. Это простейший вид периодических колебаний. Конкретный вид функции (синус или косинус) зависит от способа выведения системы из положения равновесия. Если выведение происходит толчком (сообщается кинетическая энергия), то при t=0  смещение х=0, следовательно, удобнее пользоваться функцией sin, положив φ₀’=0; при отклонении от положения равновесия (сообщается потенциальная энергия) при t=0 смещение х=х_m, следовательно, удобнее пользоваться функцией cos и φ₀=0. Выражение, стоящее под знаком cos или sin, наз. фазой колебания:  .

 

Фаза колебания измеряется в радианах и определяет значение смещения (колеблющейся величины) в данный момент времени. Амплитуда колебания зависит только от начального отклонения (начальной энергии, сообщенной колебательной системе). Вынужденные колебания, колебания, возникающие в какой-либо системе под действием переменной внешней силы (например, колебания мембраны телефона под действием переменного магнитного поля, колебания механической конструкции под действием переменной нагрузки и т.д.). Характер Вынужденные колебания определяется как характером внешней силы, так и свойствами самой системы. В начале действия периодической внешней силы характер Вынужденные колебания изменяется со временем (в частности, Вынужденные колебания не являются периодическими), и лишь по прошествии некоторого времени в системе устанавливаются периодические Вынужденные колебания с периодом, равным периоду внешней силы (установившиеся Вынужденные колебания). Установление Вынужденные колебания в колебательной системе происходит тем быстрее, чем больше затухание колебаний в этой системе.   В частности, в линейных колебательных системах при включении внешней силы в системе одновременно возникают свободные (или собственные) колебания и Вынужденные колебания, причём амплитуды этих колебаний в начальный момент равны, а фазы противоположны (рис.). После постепенного затухания свободных колебаний в системе остаются только установившиеся Вынужденные колебания   Амплитуда Вынужденные колебания определяется амплитудой действующей силы и затуханием в системе. Если затухание мало, то амплитудаВынужденные колебания существенно зависит от соотношения между частотой действующей силы и частотой собственных колебаний системы. При приближении частоты внешней силы к собственной частоте системы амплитуда Вынужденные колебания резко возрастает - наступаетрезонанс. В нелинейных системах разделение на свободные и Вынужденные колебания возможно не всегда. СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ (свободные колебания), колебания, которые совершаются за счет энергии, сообщенной системе в начале колебательного движения (например, в механической системе через начальное смещение тела или придание ему начальной скорости, а в электрической системе - колебательном контуре - через создание начального заряда на обкладках конденсатора). Амплитуда собственных колебаний в отличие от вынужденных колебаний определяется только этой энергией, а их частота - свойствами самой системы. Вследствие рассеяния энергии собственные колебания всегда являются затухающими колебаниями. Пример собственные колебания - звучание колокола,гонга, струны рояля и т.п.

Резона́нс (фр. resonance, от лат. resono — откликаюсь) — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. Степень отзывчивости в теории колебаний описывается величиной, называемой добротность. Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 г в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн.^[1][2]

^21….. Звуковые волны представляют собой продольные механические волны. Они испускаются источником звука — колеблющимся телом — и распространяются в твердых телах, жидкостях и газах в виде колебаний давления (волн давления).

Человеческое ухо, как правило, воспринимает частоты от 16 до 20`000Гц. Колебания более высокой частоты называются — ультразвуком, более низкой — инфразвуком.

Различают: музыкальный тон, созвучие (музыкальный звук), шум и взрыв.

• Музыкальный (чистый) тон — это синусоидальное колебание.

• Созвучие — результат одновременного звучания нескольких музыкальных тонов, т.е. несинусоидальное колебание, возникающее в результате сложения нескольких синусоидальных колебаний. Тон самой низкой частоты определяет общую высоту звука, остальные тона (обертоны) определяют окраску (тембр) звука.

• Шум — нерегулярные колебания, смесь многочисленных колебаний примерно одинаковой амплитуды и с самыми разнообразными частотами.

• Взрыв — кратковременное и сильное звуковое воздействие. Между колебаниями источника звука и звуковым ощущением существует взаимосвязь.