אווירודינמיקה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
(הופנה מהדף אוירודינמיקה)
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש

אווירודינמיקה היא ענף של פיזיקה העוסקת בתנועה של אוויר (וגזים אחרים),  בעיקר באינטראקציה עם מוצק ועם הכוחות הפועלים על גופים העוברים דרך גז כזה .

האווירודינמיקה מסבירה במיוחד את העקרונות המסדירים את התנועה של מטוסים,מכוניות, רקטות וטילים.

היא עוסקת גם בעיצוב של מכוניות, רכבות מהירות ואוניות, כמו גם עם בניית מבנים כגון גשרים ובניינים גבוהים כדי לקבוע את ההתנגדות שלהם רוחות חזקות.                                                            

מערבולת הנוצרת על ידי מעבר של כנף המטוס, ונחשפת על ידי עשן. המערבולות הן אחת מהתופעות הרבות הקשורות בחקר האווירודינמיקה.

האווירודינמיקה של מטוס, ובאופן כללי, של רכב עף, עוסק בהגדרת כוחות אווירודינמיים ורגעים הפועלים על הרכב כולו על חלקיו, כנף, יחידה ועל הגוף וזנב.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

רישומים מוקדמים של מושגים אווירודינמיים יסודיים תואמים את עבודתם של אריסטו וארכימדס במאה  השנייה והשלישית לפני הספירה, אך המאמצים לפתח תאוריה כמותית של זרימת אוויר לא החלו עד המאה ה -18. בשנת 1726, אייזיק ניוטון הפך לאחד האווירודינמיסטים הראשונים במובן המודרני כאשר הוא פיתח תאוריה של התנגדות אוויר, אשר אומת מאוחר יותר עבור מהירויות זרימה נמוכה.

‎ניסויי ההתנגדות האווירית בוצעו על ידי חוקרים במאה ה -18 והמאה ה-19, בסיוע בניית מנהרת הרוח הראשונה ב -1877. בספרו "הידרודינמיקה", תיאר דניאל ברנולי קשר בסיסי בין לחץ, מהירות וצפיפות, הנקראים כיום העיקרון של ברנולי, אשר מספק שיטה אחת של חישוב להרים.בשנת 1799, ג'ורג' קיילי  זיהה את ארבעת הכוחות הבסיסיים של טיסה - עילוי, דחף, גרירה, ומשקל - ואת הקשר ביניהם;. פיתוח של תחזיות סבירות של דחף הדרוש לכוח טיסה יחד עם התפתחות גבוהה לכוח. ב-17 בדצמבר 1903 הטיסו וילבור ואורוויל רייט את המטוס הראשון המוצלח. הטיסה והפרסום שקיבלו הובילו לשיתוף פעולה מאורגן יותר בין טייסים ואוירודינמיסטים, שהובילו את הדרך לאווירודינמיקה המודרנית.

‎ההתפתחויות התאורטיות באווירודינמיקה נעשו מקבילות לתהליכים מעשיים. בשנת 1757 פרסם לאונרד אוילר את משוואות אוילר, והרחיב את עקרונו של ברנולי למשטר הזרימה הדחיסה. בתחילת המאה ה -19, הפיתוח של משוואות סטוקס הרחיב את משוואות אוילר כדי להסביר את השפעת הצמיגות. במהלך הטיסה הראשונה, כמה חוקרים פיתחו תאוריות עצמאיות לחיבור זרימת להרים. לודוויג פראנדל הפך לאחד האנשים הראשונים שחקרו שכבות גבול בתקופה זו.

מושגי יסוד[עריכת קוד מקור | עריכה]

יש 4 מושגי יסוד באווירודינמיקה:

1.  משקל - כוח הכבידה שעובד על כל גוף (משתנה ממסה למסה, ככל שהמסה גדולה   יותר - כוח הכבידה שעובד עליה גדול יותר), כוח זה מושך גוף למטה.

2.  כוח ההתרוממות (עילוי) - ההפך מכוח הכבידה, כוח זה דוחף גוף למעלה, על מנת שמטוס יעוף, כוח ההתרוממות שלו חייב להיות גבוה יותר מהמשקל שעובד עליו, איך שמטוס עושה את זה הוא כך:

הכנפיים של מטוס מעוקלות מלמעלה, ושטוחות מלמטה, זה על מנת שהאוויר שעובר מעל הכנף יעבור מהר יותר מאשר האוויר שעובר מתחת לכנף, מה שמפחית את לחץ האוויר על הכנף מלמעלה ביחס ללחץ האוויר על הכנף מלמטה (לפי משוואת ברנולי), וזה גורם למטוס להתרומם.

3.  כוח הגרירה ( גרר) - כוח המושך גוף נע בכיוון ההפוך שאליו הוא מתקדם (גורר אותו). כאשר גוף נע במהירות גבוהה מסוימת נוצר ואקום מאחורי הגוף ומה שהאוויר שואף לעשות זה בעצם למלא את הואקום שנוצר מאחורי הגוף מה שמושך את הגוף אחורה.

4. כוח הדחיפה (דחף) - ההפך מכוח הגרירה, כוח זה דוחף גוף בכיוון אליו נע. על מנת שגוף יוכל להתקדם, כוח הדחיפה שלו חייב להיות גדול מכוח הגרירה שלו.

אווירודינמיקה של מטוסים[עריכת קוד מקור | עריכה]

כדי להתגבר על כוחות גרר, מטוס חייב לייצר דחף. זה נעשה עם מדחף מונע על ידי מנוע או מנוע סילון. כאשר המטוס נמצא בטיסה בגובה במהירות קבועה, כוח הדחיפה הוא מספיק כדי לנטרל את הגרור האווירודינמי.

אווירודינמיקה של מכוניות[עריכת קוד מקור | עריכה]

אווירודינמיקה של מכוניות דומה לאווירודינמיקה של מטוסים, אם ההבדל היחיד שיש ביניהם הוא שאצל מטוסים משתמשים באווירודינמיקה כדי להרים את הגוף למעלה ואצל מכוניות משתמשים באווירודינמיקה בשביל שלמכונית תהיה יותר אחיזה בקרקע וכאשר היא תכנס לסיבוב היא תהיה מסוגלת להישאר על הקרקע ולא להתהפך.

אווירודינמיקה בתחומים אחרים[עריכת קוד מקור | עריכה]

עיצוב הנדסי - אווירודינמיקה היא חלק חשוב בעיצוב רכבים, בנוסף כחלק בצפיית תנועות של כלי שיט. אווירודינמיקה משמשת גם בעיצוב דיסקים קשיחים, בניינים, גשרים וטורבינות רוח.

עיצוב סביבתי - אווירודינמיקה משומשת על ידי מעצבי בתים על מנת להגביר נוחות במרחבים בחוץ, ומשמשת על מנת ליצור אקלימים אורבניים אשר מורידים את זיהום האוויר בקרב בתים. שדה האווירודינמיקה הסביבתית מתאר דרכים בהם גזי חממה באטמוספירה (שפולטים אנרגיית חום לאוקיינוס ולמשטח כדור הארץ) ומכניקת טיסה משפיעים על המערכת האקולוגית.

משוואות אווירודינמיות משמשות לחישוב תחזית מזג האוויר.

שליטה בכדור בספורט - אווירודינמיקה היא חלק חשוב בענפי ספורט כמו כדורגל, קריקט וגולף, בהם שליטה על הכדור היא חלק חשוב במשחק.

מערכת אווירודינמית[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכיוון שרוב המערכות שנחקרות אינן סגורות אלא חדירות, מגדירים שני גדלים דמיוניים: "נפח בקרה" ו"מעטפת בקרה" עבור מערכות פתוחות:

  • נפח בקרה (Control Volume) - חלל בעל גבולות שרירותיים שמיקומו וצורתו יכולים להשתנות בזמן.
  • משטח בקרה (Control Surface) - שטח הפנים של נפח הבקרה.

דוגמה לכך הנה חלק מצינור שבתוכו מתקיימת זרימה. נוכל להגדיר את נפח הבקרה בתור הגליל הגדול ביותר המוכל בתוך הצינור ואז נוכל לומר שדרך שטח המעטפת לא עוברת מסה.

כוחות אווירודינמיים על מטוס[עריכת קוד מקור | עריכה]

אחד מהיעדים המרכזיים של האווירודינמיקה הוא לחזות את הכוחות האווירודינמיים הפועלים על מטוס.

ארבעת הכוחות הבסיסיים הפועלים על מטוס ממונע הם: עילוי, כבידה, דחף וגרר.

כוחות אווירודינמיים הפועלים על מטוס
(מצויר פרופיל כנף)

המשקל הוא הכח הנוצר כתוצאה מכח המשיכה והדחף הוא הכוח שנוצר על ידי המנוע. עילוי וגרר הם כוחות הנוצרים כתוצאה מהתנועה היחסית של הגוף באוויר. עילוי מוגדר ככח אווירודינמי הפועל בניצב לזרימה היחסית של האוויר ואילו הגרר מוגדר ככח האווירודינמי הפועל במקביל לזרימה היחסית. העילוי מוגדר כחיובי כאשר הוא פונה כלפי מעלה ואילו הגרר מוגדר כחיובי כאשר הוא מופעל אחורנית.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

https://www.britannica.com/science/aerodynamics  (אימות מידע היסטורי)

http://www.thermopedia.com/content/546/ (אימות מידע)

https://howthingsfly.si.edu/aerodynamics (אימות מידע)

https://www.livescience.com/47930-what-is-aerodynamics.html (אימות מידע)

https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/bga.html (אימות מידע)

https://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-aerodynamics-k4.html (אימות מידע ומושגי יסוד)

https://en.wikipedia.org/wiki/Aerodynamics (אימות מידע מהערך בוויקיפדיה באנגלית)

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

חלק מן הערך אינו מוכח מדעית לחלוטין ולכן ייתכן שיהיו מספר אי-דיוקים בתוכו.


P physics.svg ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.