Questão:
Por que a explicação errada de "o ar viaja por uma distância maior e cria um elevador" é tão popular?
Krumelur
2014-01-19 20:10:29 UTC
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Quando eu estava aprendendo sobre minha licença, um dos primeiros diagramas que me lembro era sobre o perfil da asa. O ar ao redor da asa e no lado superior tem que viajar um caminho mais longo, gerando menor pressão e bang, o avião está voando. A mesma explicação já na escola.

Veja minha outra pergunta: se a teoria estava certa, por que os aviões podem voar invertidos?

Então aqui está a continuação: por que essa teoria errada é tão popular e ainda faz parte dos livros?

Não faria sentido ensinar aos alunos como uma asa realmente funciona? Quero dizer, basta olhar para qualquer reunião de avião RC - você ficará surpreso com o que designs estranhos são capazes de voar se houver potência do motor suficiente.

Porque é simples o suficiente para uma quinta série entender. :-) Ah, e costumo dizer que se você tiver potência suficiente pode fazer uma placa voar. Além disso, ao considerar a explicação, pense em aviões acrobáticos com perfis simétricos. Eles também não deveriam ser capazes de voar!
Mas também é simples dizer que as cegonhas dão à luz. Isso não significa que esteja correto.
Eu nunca disse que era! :) (e ainda há pessoas que acreditam nas cegonhas também ....). Com toda a seriedade, a razão "real" pela qual as asas produzem sustentação é um assunto terrivelmente complicado com muitos fatores diferentes, e o piloto médio simplesmente não precisa entendê-lo. Por outro lado, quando alguém pergunta a um piloto o que faz um avião voar, soa melhor do que "mágica" ou "Não sei, simplesmente funciona".
@Lnafziger Se eu sentar em um pedaço de madeira compensada e Oracover, 10000 pés de altura, "mágica" é o que melhor descreve isso. :-)
Um link para uma fonte que explique por que essa explicação está errada seria ótimo, especialmente para pessoas não familiarizadas com o assunto. Não estou dizendo que você está errado, mas ajudaria a entender melhor as respostas.
Veja também http://aviation.stackexchange.com/questions/466/how-do-i-explain-what-makes-an-airplane-fly-to-grandma
Acho que isso pode precisar ser reescrito - do jeito que está, é basicamente pedir opiniões, o que significa que não pode haver uma resposta certa. Adoro o assunto, mas acho que é uma questão de dividir isso em várias subquestões. Talvez esta seja uma boa ideia do Tópico da Semana?
Esta resposta (não a aceita a propósito) mostra um pouco do que você teria que fazer para dar uma explicação "real" de elevação: http://physics.stackexchange.com/a/77735. A NASA também tem uma página da web sobre as diferentes explicações e o que há de errado com elas: http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/lift1.html. A Wikipedia também cobre isso muito bem: http://en.wikipedia.org/wiki/Aerodynamic_lift
@Lnafziger Os aerofólios simétricos não geram sustentação sem ângulo de ataque, então isso não desacredita a aproximação do 6º ano. Já com o ângulo de ataque, você move o ponto de estagnação, tornando um lado mais longo do que o outro.
Ao longo das linhas de designs estranhos, existe o antigo protótipo de reentrada NASA M2-F2 (sem energia) e M2-F3 (motores de foguete), onde o lado "mais longo" (protuberância) fica na parte inferior. Além disso, a cauda é cega (é para lá que vão os motores do foguete), sem borda de fuga afiada (condição de Kutta). A razão de sustentação para arrasto é baixa, mas este é um protótipo de reentrada, então uma alta razão de sustentação para arrasto não é uma meta, e o veículo espacial / aeronave tem que lidar com velocidades hipersônicas. Link para o vídeo do youtube https://www.youtube.com/watch?v=qxe0Do5Jleo.
Dois respostas:
#1
+30
p1l0t
2014-01-20 00:15:14 UTC
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Resumindo a história, tanto a terceira lei de Newton quanto o efeito de Bernoulli são duas maneiras diferentes de explicar o mesmo fenômeno. Equações precisas foram escritas para explicar ambos. A terceira lei de Newton, o ar sendo forçado para baixo e forçando o avião para cima, é na verdade o efeito da sustentação, embora não a causa. A causa da elevação é a mudança na pressão.

A falsidade ensinada geralmente é que as duas pequenas partículas de ar na verdade se encontram no mesmo ponto a jusante na borda posterior do a asa ao mesmo tempo. Isso é completamente falso. Na verdade, se você realmente rastreasse duas partículas de ar, uma no topo e outra na parte inferior, a que passa pelo topo da asa provavelmente chegará muito mais cedo do que a que está na parte inferior! [Mesmo que a distância seja maior] Ele pega essa velocidade. Além disso, eles realmente não se encontram novamente depois disso.

A verdadeira relação central (que aprendi em minha aula de Aerodinâmica Avançada na ERAU usando John. Livro de D. Anderson Introdução a Voo ) é o teorema de Kutta-Joukowsky. Dedicar um tempo para explicar isso a um aluno de Piloto particular provavelmente seria uma perda de tempo e do dele, mas vou resumir aqui de qualquer maneira para ser justo com a pergunta. Vou assumir um fluxo incompressível porque depois de cerca de Mach .3< ele começa a ficar mais complicado.

O teorema de Kutta-Joukowsky considera a integral da velocidade vezes o cosseno do ângulo incremental da distância ao longo da curva fechada. Esta é uma quantidade chamada circulação. A equação de sustentação é então formada como a sustentação é igual à densidade (altitude basicamente) vezes a velocidade vezes a circulação. Portanto, se você realmente deseja se aprofundar, aqui está um artigo do MIT que explica a teoria do fluxo potencial .

O que você descobrirá é que a causa da sustentação está, de fato, diretamente relacionada ao princípio de Bernoulli, de que a mudança na pressão é o que cria a sustentação. No entanto não tem nada a ver com partículas que se encontram na borda de fuga porque elas nunca realmente se encontram. Isso também não diminui a terceira lei de Newton: a elevação pode ser explicada dessa forma, mas é o efeito da elevação, não a causa real. E sim, como você mencionou, até mesmo uma placa plana, por exemplo, pode criar sustentação quando em ângulo certo em um túnel de vento.

Seria razoável referir-se ao levantamento de placa plana como levantamento direto e aquele produzido pela pressão diferencial da asa (Bernoulli) como levantamento induzido? Além disso, obrigado pelas duas referências.
A asa curva e uma placa plana criam sustentação da mesma maneira. Na verdade, é o arrasto que é mais reduzido pela asa curva. Embora seja justo, manter a camada limite anexada por mais tempo permite mais sustentação. O formato da asa é mais para manter o fluxo de ar preso por mais tempo. Geralmente você deseja mais fluxo INVISCID, mas na verdade é a camada de limite viscosa que mantém esse fluxo invíscido conectado. Assim, a forma da asa torna-se um equilíbrio na criação da menor camada limite que ainda pode conter o fluxo sem obter separação do fluxo de ar (estol).
Devo acrescentar que muito depende da aeronave e de sua missão (acrobacias, treinamento, lutador, avião comercial, pulverizador de grãos, etc.)
A sustentação produzida por uma asa é exatamente igual à massa do ar desviada para baixo pela aceleração do tempo da asa transmitida ao ar conforme a asa se move para frente. A segunda lei de Newton explica por que as asas produzem sustentação. A equação de Bernoulli é derivada de F = MA.
Está correto.
@p1l0t Não aceito os argumentos de causalidade aqui. Se 'a mudança na pressão é o que cria elevação', então o que causa a mudança na pressão? Você não pode simplesmente dizer 'Bernoulli' ou 'Kutta-Joukowsky' porque as equações são agnósticas quanto à causalidade e, de qualquer forma, você teria que explicar por que elas se aplicam à situação de uma asa movendo-se através de uma massa de ar sem restrições. Todas as cadeias de causalidade conduzem a Newton, e ao levantamento sendo a reação à aceleração descendente da asa do ar por onde ela passa. Você precisa de hidrodinâmica para explicar os detalhes, não a causa raiz.
A melhor parte sobre a ciência é que ainda é verdade, quer você compre ou não. De qualquer forma, acho que expliquei bem a diferença entre causa e efeito e incluí algumas ótimas fontes para leitura posterior. Você pode tentar dizer que a mudança de pressão é um efeito de outra coisa que é o efeito de outra coisa etc. etc., mas isso pode durar para sempre. Meu ponto ainda é válido. Também não disse SIMPLESMENTE 'Kutta-Joukowsky', expliquei da melhor maneira que pude (um parágrafo inteiro) e citei um artigo do MIT que explica melhor.
@sdenham: Você precisa de dinâmica de fluidos para explicar _que_ a asa desvia o ar para baixo em primeiro lugar.
Este é o mesmo argumento que sempre faço. Fico irritado o tempo todo com pessoas tentando usar isso como uma pergunta pegajosa. Eu costumava projetar lâminas em motores a jato e elas definitivamente tinham um lado de "sucção" e um lado de "pressão" que criavam a elevação. É claro que eles também mudaram a direção do fluxo, mas isso sempre foi visto como um "efeito".
#2
+20
Steve V.
2014-01-19 23:16:04 UTC
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Não faria sentido ensinar aos alunos como uma asa realmente funciona?

Não, na verdade não.

Pergunte a qualquer (bom) CFI e eles dirão que há certos tópicos que um aluno realmente precisa entender corretamente. Exemplos:

  • O que é uma abordagem estabilizada e como você voa em uma? (Um número decepcionante de alunos me disse que significa manter a mesma velocidade no ar até o fim)
  • Por que limpamos a área de propulsão? (Você pensaria que isso seria muito simples de estragar, mas tem havido mais alunos do que os dedos na mão do acelerador que não gritaram "claro!" até que já estivessem ligando o motor .)

E assim por diante.

Como uma asa realmente funciona não é um desses tópicos - as consequências de um mal-entendido uma abordagem estabilizada significa que você estraga tudo e seus pousos são terríveis (ou mesmo perigosos). As consequências de se entender mal a segurança do suporte são que alguém perde uma das mãos ou morre. As consequências de entender mal como uma asa gera sustentação são ... bem ... a asa continua voando de qualquer maneira.

Agora, se o aluno é um engenheiro aeroespacial, ele precisará saber a história real, mas para um piloto, eles podem continuar em sua ignorância por toda a carreira e nunca ser afetados negativamente (a menos que encontrem um engenheiro aeroespacial em um bar e entrem em uma briga).

Para estender a questão, eu Eu mesmo digo aos alunos que para entender corretamente o GPS, você precisa entrar na teoria da relatividade, mas para um entendimento funcional, mas incorreto, você pode pensar nisso como "DME no espaço". É muito errado em vários níveis, mas é o suficiente para satisfazer as necessidades dessa categoria de aluno - o mesmo que a explicação do diferencial de pressão da asa.

Eu concordo com essa resposta, mas seria bom se houvesse uma descrição "fácil" de como uma asa gera sustentação que não fosse tão obviamente errada e nem pudesse explicar vários cenários comuns. Quero dizer * o que mais * eles têm mentido para nós todo esse tempo ??? :)
@Lnafziger - Bem, por um lado, a verdadeira razão para a hora do TBO é trocar o hamster na roda ali.
Haha, deve ser um hamster mutante forte!
Também concordo com essa resposta, mas tentei explicar o elevador que não estava tão obviamente errado em minha própria resposta, com alguns links para leitura adicional. Ainda assim, deu a ele o voto favorável. Quanto aos alunos, eles precisam saber que podem puxar para cima para mais elevação até o ângulo crítico e nada mais. Veja o que eu fiz lá.
Votei positivamente em vocês dois.
Descrever algo adequadamente com esse detalhe não deve ser necessário. Se você realmente entende alguma coisa, até mesmo GPS, pode descrever sem matemática. O GPS funciona por causa de relógios altamente precisos que medem o tempo que leva para algo acontecer, um sinal de rádio neste caso, e feito várias vezes de vários lugares muito rápido. Os relógios estão muito distantes para tornar a posição mais precisa e a matemática mais fácil. Eles também estão longe, então podem usar menos deles.
@RowanHawkins - Você está certo. Tudo pode ser * descrito * sem matemática. Nem tudo pode ser * compreendido * sem matemática.
"mais alunos do que eu tenho dedos na mão do acelerador que não gritaram 'limpo!' até que já estivessem ligando o motor." - Não apenas alunos. Já vi mais de um piloto licenciado gritar "limpo" e então, sem dar o tempo necessário para que alguém ouvisse e sair do caminho, acionei o motor de partida.


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