Spørsmål:
Hvordan kan et fly snu hvis den horisontale kraftkomponenten er null?
XF-91
2017-05-16 16:11:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Her er det enkleste koordinerte svingediagrammet

enter image description here

Bilde fra https://physics.stackexchange.com/questions / 100169 / pendel-i-et-snu-fly

Være :

$ L $ = aerodynamisk heis

$ \ tau $ = vinkel mellom vertikal komponent og løft

$ Fc $ = sentrifugal "force"

I mange bøker kan du lese det:

$ L \ cdot sin (\ tau) = Fc = m \ cdot (V ^ 2) / R $ hvor $ R $ er krumningsradiusen.

Hvordan kan et fly da snu hvis det ikke er nettokraft? Jeg mener, fra Newtons andre lov har vi at $ F = m \ cdot a $ og i dette tilfellet kompenserer sentrifugalkraft for løftkomponenten i horisontalplanet.

Du hoppet over et trinn. Bildet viser krefter som virker på en pendel, ikke bare flyet. Du kan ikke bare ta tilfeldige bilder fra internett og forvente at de gir mening i en annen sammenheng :) De to kreftene er vekt og løfter, og de kombinerer for å gjøre en tilsynelatende kraft på pendelen. Heisens horisontale komponent produserer en tilsynelatende kraft på innholdet i flyet, som endrer avviket til en suspendert gjenstand fra vektvektoren (i dette tilfellet med nøyaktig samme mengde som "gulvet" på flyet, som er poenget med det opprinnelige spørsmålet).
Diagrammet gjør ikke hva som gjelder som styrker hva,
Fem svar:
Eureka
2017-05-16 18:37:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det er lettere hvis vi ser bare på kreftene som erfares av luftfartøyet i>, og i en treghetsreferanserammen i>

Revised image to remove the non-existent force

I dette reviderte diagrammet balanserer heisens vertikale komponent vekten, som er loddrett. Det er en gjenværende horisontal komponent i heisen, og dette fører til sving.

"Sentrifugalkraft" eksisterer ikke (og er ikke nødvendig) i en treghetsreferanseramme

problemet med den opprinnelige diagrammet i spørsmålet er det superimposes en imaginær kraft, sentrifugalkraften, når den virkelige listen over kreftene på flyet.

det er vanskelig for folk flest å forstå Newtons første lov av bevegelse , at ethvert objekt har en tendens til å reise i en rett linje når ingen krefter virker på det. Det er vanskelig for dem å forstå at bevegelse i en sirkel er dramatisk forskjellig fra rett, bevegelse med konstant hastighet, siden begge virker (på en måte) jevn eller kontinuerlig.

"Sentrifugalkraft" er en begrepet produsert av mennesker for å beskrive hva de mener må skje

i tilfelle av en passasjer som går rundt et hjørne i bilen, er dette innover kraften fra ytterdøren av bilen, mot som passasjeren ender med å lene seg under svingen. Det er en indre (sentripetal) kraft, men for allmennheten som ikke er klar over den spesielle statusen treghet referanserammer vil trolig bruke bilen (som synes stor og solid, og derfor plausibelt) som en referanseramme og si " noe må skyve meg mot døren "i stedet for" døren skyver meg mot sentrum av sirkelen ".

På grunn av denne bruken av en ikke-treghets referanseramme, må allmennheten forklare en ekstra kraft for å forklare hvorfor gjenstander ser ut til å akselerere mot ytterdøren til bilen og passasjeren føler seg presset mot den. I en treghetsreferanseramme er det ytterdøren til bilen som presser inn på passasjeren og akselererer mot gjenstander som beveger seg fritt inne i bilen.

I hverdagen bruker vi noen ganger spesielle referanserammer for enkelhets skyld.

Vi sier at solen "kommer opp" om morgenen, i stedet for at jorden "roterer og bringer solen til syne". Dette er fordi det er praktisk for mennesker å bruke en ikke-inertial, men lett identifiserbar referanseramme. Det betyr ikke at folk virkelig tror at solen går i bane rundt en stasjonær jord. med flere gjenstander (stjerner, planeter osv.) som påvirker kroppens bevegelse, vil det faktisk bli veldig komplisert å legge inn alle de mange sentrifugalkreftene osv. vi måtte legge inn. Det ville være enklere å bruke en inertial referanseramme, og alt objekter som beveger seg relativt enkelt i forhold til det.

På samme måte kan vi lære å være sofistikerte rundt sirkelbevegelse. La allmennheten snakke om "sentrifugalkraft" da dette forenkler samtalen, men når du prøver å beregne ting, bruk en inertial referanseramme for å unngå smerte.

Selv tilsynelatende inertielle referanserammer kan ha uoverveid rotasjon i forhold til et større miljø

Jan Hudec i kommentarene nedenfor deflaterer briljant den ovennevnte kritikken av roterende referanserammer ved å påpeke at selv min begrepsmessige treghetsreferanseramme (jorden) faktisk roterer, slik at tyngdekraften som er målt er lavere enn den ville være for et plan som beveger seg på samme måte over en ikke-roterende jord, dvs. er dempet av en sentrifugalkomponent. Ouch!

Og selvfølgelig roterer jorden rundt solen, og solen rundt galaksen, etc:

  Store lopper har små lopper, på ryggen å bite dem, Og små lopper har mindre lopper, og så, ad infinitum.  

Så det er bare et spørsmål om hvor mye rotasjon man vil akseptere som en del av ens referanseramme. Mitt forslag er at når en spørsmålstaker føler seg forvirret som den opprinnelige plakaten var, er en god måte å bryte ned problemet å holde referanserammen utenfor rotasjonen som studeres , slik at den studerte rotasjonen fremstår som en rotasjon: i dette tilfellet vil den eneste akselerasjonen (og derfor kraften på det kretsende objektet) være sentripetal.

Dette har allerede blitt nevnt i en kommentar til et annet svar, men her er det igjen: https://xkcd.com/123/ Randall Munroe ser ut til å ha studert fysikk utover nivået på et førsteårs høyskolekurs.
@DavidK skal bemerkes at i tegneserien står det riktig skrevet "du vil føle sentrifugalkraft". Det sentrale konseptet er følelse.
* "Det betyr ikke at folk virkelig tror at solen kretser rundt en stasjonær jord." * - Klart du ikke har brukt mye tid på å lese YouTube-kommentarer, hehe.
@Federico _physics_ konseptet er å konstruere Newtons lover i en roterende referanseramme, som beskrevet i tegneseriens andre og tredje ramme. Det er ikke bare subjektiv følelse, men matematikken er utenfor det du får i vanlig populærvitenskapelig behandling.
Jeg tror dette er det beste svaret på grunn av diagrammet, men jeg er tilbakeholden med å oppstemme noe som sier "sentrifugalkraft er et feil [...] konsept" ubetinget (spesielt i stor fet skrift). Xkcd-tegneseriefolkene har koblet, har det riktig: det er et helt gyldig konsept, bare et som bare eksisterer i ikke-inertielle referanserammer.
"Teknisk ugyldige referanserammer" er like misvisende. Enhver referanseramme er like gyldig, teknisk og matematisk. Noen er litt mer komfortable, men det er ingeniørfag og ikke vitenskap.
@David Z, David K, Federico og MSalters (og Jason C!), Beklager ja du har rett, jeg har revidert ordlyden for å være mer diplomatisk. Det er bare at hjernen min ikke er stor nok til å takle ikke-treghetsreferanserammer, fordi alle de små, små tingene du må gjøre, ikke bare sentrifugalkrefter (og holde oversikt over hvilke krefter som virker på hva), men også Coriolis-krefter etc. Hodet mitt eksploderer 8-)
Jeg antar at det er bra nok for en oppstemning. Jeg synes fortsatt dette svaret er litt mer avvisende for ikke-inertielle referanserammer enn det burde være, men det er ikke unøyaktig lenger i den forstand at jeg trodde det var før.
Merk at i generell relativitetsteori tar referanserammer * i fritt fall * den spesielle plassen til treghetsreferanserammene til newtons mekanikk, og generell relativitet og tyngdekraft blir bare nok en treghetskraft.
Vær også oppmerksom på at vekt er en sum av tyngdekraften * og sentrifugalkraften * på grunn av jordens rotasjon. Fordi jordens referanseramme ikke er treghet.
@Jan Hudec - Strålende! Jeg hadde helt savnet dette. Legger til i svaret ...
Federico
2017-05-16 16:26:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Problemet med bildet du ser på er at både de faktiske og tilsynelatende kreftene vises.

Den virkelige kraften er den sentripetale (som igjen er bare den horisontale delen av løftekraften), den sentrifugale eksisterer ikke, er bare et "inntrykk" av den sentripetale, sett av en person som står i flyet (en ikke-inertial referanseramme).

> Flyet flyr i en sirkel fordi sentripetalkomponenten trekker flyet mot sentrum av svingen, sentrifugalkraften er bare det en person i flyet føler, men er ikke en faktisk styrke som virker på flyet, det er en representasjon av tregheten til flyet (og personen inne).
så, et personlig mannskap vil ane at "tvang", ikke sant?
@XF-91 ja, enhver person inne i flyet
tusen takk. Et siste spørsmål: Så i en treghets referanseramme (Jorden i første tilnærming) er de eneste kreftene som finnes løft, vekt og sentripetal forcé, ikke sant. Takk igjen
@XF-91 sentripetal kraft (ingen aksent) er en komponent av løft, ikke en uavhengig styrke, jeg vil forbedre svaret.
@XF-91 de eneste kreftene er aerodynamiske krefter (vanligvis spaltet som løft og drag) og vekt. Ingenting annet virker på flyet, og dermed eksisterer ingen andre krefter.
Obligatorisk XKCD: xkcd.com/123
En ramme der sentrifugalkraften eksisterer (som nevnt i XKCD-tegneserien) må rotere i forhold til treghetsrammen. Det vil si at den eneste måten å legitimt anta en sentrifugalkraft er hvis du allerede har antatt at flyet snur.
Jeg vet at skolene underviser i tilsynelatende krefter, men navngivningen er misvisende og bedre unngås. Igjen, se Newtons tredje.
@Jenc I alle fall kan du ikke skrive sentrifugalkraften og sentripetalkreftene som om de virker ** på samme objekt ** fordi de ikke er det. Sentrifugalkraften virker på flyet og sentripetalkraften i luften. Hvis begge handlet på flyet, ville flyet virkelig være i balanse og ikke snu.
@MichaelKarnerfors Jeg er glad for at vi er enige om alle disse punktene.
Alternativt, når du gjør matematikken i referanserammen til planet, er sentrifugalkraften _nøyaktig_ den som hindrer flyet i å dreie seg (siden flyet ikke kan dreie i sin egen ramme). For å svare på spørsmålet: flyet dreier seg faktisk ikke hvis du vurderer sentrifugalkraften, fordi det betyr at du har valgt å bruke sin egen referanseramme.
Jeg tok feil, ovenfor kommentaren trukket tilbake. Sentripetal- og sentrifugalkrefter kan ikke eksistere samtidig i samme referanseramme.
Siden en passasjer føler både sentrifugalkraften og vekten når flyet tar svingen, øker den normale kraften som utøves av flyet på den i svingen sammenlignet med når flyet er horisontalt?
@XF-91 ja, de ville føle seg tyngre. Slå opp "g-faktor" eller "lastfaktor"
sentrifugalkraften er ikke et inntrykk av sentripetalkraften, men av den roterende referanserammen. Sentripetalkraften tillater bare at den roterende referanserammen er relevant ved å holde flyet stille i det.
@Federico: Oppsummerende for å lukke spørsmålet -> I en analyse som bruker en treghetsreferanseramme, vil vi i diagrammet over krefter trekke heisen og vekten, mens vi for en passasjer som befinner seg inne i flyet bare viser vekten og sentrifugalkraften . Dette er så?
@XF-91 nesten. For passasjeren må du fremdeles vurdere kraften som setet gir, som omtrent tilsvarer heisen.
En annen forklaring er at sentripetal kraft bare definerer kraften som kreves for å bevege seg i en sirkel med en viss hastighet og radius.
@Federico:, men hvis vi vurderer den aerodynamiske heisen i tillegg til vekten og sentrifugalkraften, har vi den samme situasjonen som i begynnelsen er det ingen nettokraft som virker på passasjeren (vektløshetssituasjon). Er det ikke nettopp sentrifugalkraften som gir denne skyveeffekten av setene på passasjeren?
@XF-91 passasjeren går ingen steder w.r.t. flyet, ikke sant? eller flyr bort fra setet?
@Federico: Beklager, jeg glemte den normale kraften som setet utøver på passasjeren (i dette tilfellet skal det ikke inkludere heisen, ikke sant?). Jeg lager et rot :)
@XF-91 og jeg sa "omtrent tilsvarer heisen" Jeg sa ikke "det er heisen". ja, du bør gå for å prate.
Problemet er ikke at bildet blander "ekte" og "tilsynelatende" krefter, problemet er at det viser kreftene slik de eksisterer i referanserammen til flyet, hvor det faktisk * ikke dreier *. Vekten er * også * og * treghet * (dvs. "tilsynelatende") kraft; i Newtonian mekanikk delvis (det er en sum av tyngdekraften og sentrifugalkreftene på grunn av rotasjon og kretsing av jorden), generelt relativitetsteori (fordi generelt relativitetsteori tar referanserammer i fritt fall den spesielle rollen som treghetsreferanserammer og tyngdekraften blir en treghetskraft også).
David K
2017-05-16 18:41:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Diagrammet er ikke et riktig kraftdiagram i treghetsreferanserammen.

I inertialreferanserammen er den horisontale kraften på flyet ubalansert. Dette får flyet til å akselerere i retning av netto horisontal kraft, vinkelrett på flyretningen, og dette kurver banen til flyet.

Loven om "lik og motsatt reaksjon" betyr ikke at hver kraft på hvert objekt er balansert til enhver tid. Hvis styrkene alltid var balanserte, ville ingenting bevege seg. Flyet kunne ikke forlate parkeringsplassen, enn si å bli luftbåren og snu.

Fysikere anser noen ganger ikke-treghetsrammer der det faktisk er en sentrifugalkraft på flyet som vist For å konstruere en slik referanseramme antar imidlertid fysikeren at referanserammen roterer i forhold til en treghetsreferanseramme. Under en sving er referanserammen festet til flyet en slik referanseramme, men bare fordi flyet snur.

Med andre ord, kreftene vist i figur kan ikke alle eksistere i en treghetsreferanseramme, og kan ikke eksistere i referanserammen til et fly som flyr rett (uten å snu), men de gjør alle i ikke-inertial referanse til et fly som snur. Uansett hvordan du ser på det, må en horisontal komponent av løft ved å banke flyet være knyttet til en sving.

Jenc
2017-05-16 18:27:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Løft og vekt virker på flyet. Hvis vektorsummen av løft og plan ikke er null, vil flyet akselerere.

Når flyet bankes:

  • heisen er ikke loddrett
  • heisen er ikke parallell med vekten
  • summen av løft og vekt er ikke null
  • summen av løft og vekt har en horisontal komponent (sentripetal force)
  • centripetal force får planet til å dreie

Begrepet sentrifugalkraft eksisterer bare i en roterende referanseramme. Derfor er tegningen med sentripetal- og sentrifugalkrefter som virker i samme referanseramme, feil.

flyet er ikke et lukket system.
Nei, men luftrommet er (så langt det gjelder de aktuelle kreftene).
Jeg har problemer med definisjonen din av "lukket system" da
Du kan gi dem navn.
et lukket system er et system som ikke kan samhandle med noe utenfor det. luft samhandler med alt rundt det.
Det ser ut til at det lukkede systemet ditt er for lite. La den være stor nok.
La oss [fortsette denne diskusjonen i chat] (http://chat.stackexchange.com/rooms/58841/discussion-between-federico-and-jenc).
Carlo Felicione
2017-05-16 17:44:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det enkleste og beste svaret på spørsmålet: Et fly kan ikke!

Vel ...... med noen få unntak:

Blimps og luftskip dreier med en rorinngang akkurat som deres nautiske fettere gjør.

Fly kan dreies med bare rorinnganger også, og derved skape en sentripetal komponent av skyvekraften. Denne typen sving er langt fra effektiv, men ikke praktisk for konvensjonell manøvrering.

Husk også at sentrifugalkraft er en reaksjon som flyet og dets beboere opplever på sentripetalbelastningen fra den horisontale heiskomponenten. Det påføres ingen ekstern sentrifugalkraft på flyet som trekker den mot svingen som i diagrammet.

Jeg tror det du sier er at et fly ikke praktisk talt kan snu uten bank. Men jeg tror OP spør om en bankdreining og hevder at kraftdiagrammet indikerer at det heller ikke vil fungere.


Denne spørsmålet ble automatisk oversatt fra engelsk.Det opprinnelige innholdet er tilgjengelig på stackexchange, som vi takker for cc by-sa 3.0-lisensen den distribueres under.
Loading...