Magnus effekt

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 17. september 2021; checks kræver 2 redigeringer .

Magnus-effekten [1]  er et fysisk fænomen, der opstår, når en væske eller gas strømmer rundt om et roterende legeme . Dannet kraft, der virker på kroppen og rettet vinkelret på strømningsretningen. Dette er resultatet af den kombinerede virkning af sådanne fysiske fænomener som Bernoulli-effekten og dannelsen af ​​et grænselag i mediet omkring det strømlinede objekt.

Et roterende objekt skaber en hvirvelbevægelse i omgivelserne omkring det. På den ene side af objektet falder hvirvelretningen sammen med strømningsretningen rundt, og følgelig øges mediets hastighed fra denne side. På den anden side af objektet er hvirvelretningen modsat strømningsretningen, og mediets hastighed falder. På grund af denne hastighedsforskel opstår der en trykforskel, som genererer en tværkraft fra den side af det roterende legeme, hvor omdrejningsretningen og strømningsretningen er modsat, til den side, hvor disse retninger falder sammen. [2] Dette fænomen bruges ofte i sport, se for eksempel specielle skud: topspin og rygspin , tørt blad i fodbold eller hop-up system i airsoft .

Virkningen blev første gang beskrevet af den tyske fysiker Heinrich Magnus i 1853 .

Formel til beregning af kraft

Ideel væske

Selvom væsken ikke har nogen indre friktion ( viskositet ), kan løfteeffekten beregnes.

Lad bolden være i strømmen af ​​en ideel væske, der løber på den. Strømningshastigheden ved uendelig (nær den er selvfølgelig forvrænget) . For at simulere kuglens rotation introducerer vi cirkulationen af ​​hastighed omkring den. Baseret på Bernoullis lov kan det opnås, at den samlede kraft, der i dette tilfælde virker på bolden, er lig med:

Dette viser, at:

  1. den samlede kraft er vinkelret på strømmen, det vil sige, at modstandskraften af ​​strømmen af ​​en ideel væske, der virker på bolden, er nul ( D'Alemberts paradoks );
  2. kraften, afhængig af forholdet mellem cirkulationsretningerne og strømningshastigheden, reduceres til en løfte- eller sænkekraft (forudsat at sigtelinjen er rettet vandret).

Viskøs væske

Følgende ligning beskriver de nødvendige mængder til at beregne det løfte, der genereres ved rotation af en kugle i en rigtig væske:

hvor:

- løftekraft ;  er væskens massefylde ; er boldens hastighed i forhold til mediet; er det tværgående område af kuglen;  er løftekoefficienten .

Løftskoefficienten kan bestemmes ud fra plotten af ​​de eksperimentelle data ved hjælp af Reynolds-tallet og rotationskoefficienten ((vinkelhastighedsdiameter )/(2 lineær hastighed)). For rotationsforhold fra 0,5 til 4,5 varierer løftekoefficienten fra 0,2 til 0,6.

Ansøgning

Vindmøller

"Luftrotor"-vindgeneratoren er en tøjret enhed, der stiger med helium til en højde på 120 til 300 meter. [3]

Turbosejl på skibe

Siden 1980'erne har Cousteau Alsion opereret med et sofistikeret turbosejl med Magnus-effekten.

Fragtskibet E-Ship 1 har siden 2010 været i drift med Anton Flettners enklere roterende sejl .

I 2017 er der installeret et rotorsejlad med Magnus-effekten på færgen Viking Grace [4] .

Pneumatik

Det bruges i airsoft i hop-up- systemer for at øge skuddets rækkevidde.

Se også

Noter

  1. ↑ Magnus-effekten  // Great Russian Encyclopedia  : [i 35 bind]  / kap. udg. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
  2. ↑ Magnus-effekten  // Lille - Mammalogi. - M  .: Soviet Encyclopedia , 1938. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [i 66 bind]  / chefredaktør O. Yu. Schmidt  ; 1926-1947, v. 37).
  3. ↑ Et mærkeligt skib for vinden // altenerg.ru, 29/09/2009
  4. ↑ Krydstogtfærge Viking Grace installerer turbosejl til hybrid brug af vindkraft / Maritime Herald, 27. januar 2017

Litteratur

Links