PrydeRide

PrydeRide
Fotograf: Torkel Stillefors

tisdag 13 december 2011

Aerodynamik: mer om vattenslangar o Bernoullis lag


För ett tag sedan skrev jag om Bernoullis lag, dvs den fysikaliska lag som säger att när trycket ökar, så sjunker hastigheten i en "fluid" (vätska eller gas), och vice versa.

I det inlägget gav jag ett exempel med en en böjd vattenslang, som har ett konstant flöde av vatten i sig, och frågade vad som händer med vattnets tryck och fart när vattnet kommer till böjen.

Det visar sig att vattnets tryck ökar i "ytterkurvan", medan trycket i "innerkurvan" minskar. Enligt Bernoullis lag innebär detta också att vattnets fart minskar i ytterkurvan, och att farten på vattnet som passerar i innerkurvan ökar. Kolla gärna nästa gång när ni har en gammal rutten vattenslang liggande på tomten: chansen är stor att läckorna i slangen uppträder i ytterböjen....

Ett sätt att förstå varför trycket ökar i ytterkurvan är att betrakta fenomenet med Newtons lagar: eftersom vattnet ändrar riktning, så måste det ju enligt Newton finnas en kraft som får den att ändra riktning, dvs får den att accelerera genom att byta riktning. Den kraften kan anses åstadkommas av slangens vägg, som "trycker" på vattnet och på så sätt får det att ändra riktning. Nu är det ju lite svårt för en kraft att "direkt" påverka en "fluid", dvs en icke-fast kropp, eftersom en icke-fast kropp kan "smita iväg" genom att ändra sin form eller utbredning - försök trycka med fingret på vattnet i tekoppen nästa gång så förstår du vad jag menar - så därför effektueras krafter på en fluid i ett slutet system i form av tryck, engelskans "pressure".

Dvs att vi kan anse att det som får vattnet att ändra riktning i slangen är ett ökat tryck, som uppstår genom att slangväggen i ytterkurvan "trycker" på vattnet. Detta ökade tryck leder enligt Bernoulli till att vattnets fart minskar i ytterkurvan. Eftersom den volym vatten som flödar in i slangen per tidsenhet är konstant, och eftersom volymen vatten per tidsenhet som flödar ut i ändra änden av slangen är samma konstant, så betyder det att vattnet som flödar i innerkurvan måste få högre hastighet för att "fylla upp" den vattenvolym som ska flöda ut ur slangen, annars skulle det ju uppstå "hål" i vattenflödet nånstans, eftersom vattnet i ytterkurvan bromsas upp. För att undvika detta "hål", så måste vattnet i innerkurvan öka sin hastighet i motsvarande grad, vilket också medför att trycket i innerkurvan sänks, allt enligt Bernoullis lag.

Jag undrar om det inte är denna förklaringsmodell som är orsaken till det vanliga missförstånd om att "luften går fortare på läsidan av ett segel för att det är en längre sträcka, och luftpartiklarna måste komma fram samtidigt".... ? Dvs att man i den felaktiga förklaringsmodellen antar att luften runt ett segel eller runt kölen fungerar på samma sätt som i en äkta "streamline", dvs i ett "stängt system" såsom en vattenslang...


Inga kommentarer:

Skicka en kommentar