[803] Airfoil

Title Text:This is a fun explanation to prepare your kids for; it’s common and totally wrong. Good lines include “why does the air have to travel on both sides at the same time?” and “I saw the Wright brothers plane and those wings were curved the same on the top and bottom!”

Origin:https://xkcd.com/803/

https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/803:_Airfoil

在第一个面板中,飞机围绕机翼移动的飞机机翼的横截面图显示了机翼工作的共同教导,因为机翼顶部的空气必须更快地行进以“跟上”空气流过底部的翼。该理论认为,由于机翼顶部的空气行进得更快,因此伯努利原理必须在机翼上方形成一个压力较低的区域;这导致升力(即机翼升起),因为机翼下方的较高压力(用厚的“向上”箭头表示)将其推升超过机翼上方的低压。这就是Lenhart小姐在下一个小组中所教导的教学内容。

事实证明,这显然是对电梯如何真正创造的过度简化。因为那时学生会问一个特别富有洞察力的问题:为什么,如果理论是真的,飞机会颠倒飞行吗? (如果简单的翼型理论允许飞机停留在空中,那么颠倒飞行应该可以逆转压力 – 将飞机向下推并导致飞机坠毁。)Lenhart小姐想到了这一点并且显然没有答案。

最后一组小组提出了Lenhart小姐的三个潜在回应,因为他们意识到她的理论被证明是错误的:

在右边,Lenhart小姐意识到,也许她用来解释翼型如何工作的模型是错误的(或者,至少,太简单了)。她对此很好奇,并建议这是一个需要进一步探索的领域,并鼓励进行额外的学习 – 实际上是奖励学生的洞察力。似乎Lenhart小姐采取了正确的做法,因为它在843年晚些时候出现:误解她希望她的学生一般避免任何常见的误解。标题文本还提到这是一个常见的误解,它实际上是维基百科上常见的物理误解列表中首次提到的。

在错误的小组中,Lenhart小姐出于明显的尴尬,完全避免了这个问题,简单地说它很复杂(并暗示这些问题超出了学生的理解范围)。这种方式继续讨论你希望是正确的,后来在1731年被使用:错了。

在非常错误的小组中,Lenhart小姐不仅没有回答这个问题,而且还试图分散他们的注意力(甚至惩罚他们提出这样一个有洞察力的问题 – 请注意,在这个小组中,Lenhart小姐握紧了拳头,表示愤怒)告诉孩子们圣诞老人不是真实的,但事实上他真的是他们的父母 – 如果他们仍然相信圣诞老人(除了让他们分散他们所问的问题之外),这显然会让孩子感到苦恼指出老师无知的严厉惩罚。当然,大多数年龄足以被教导飞机机翼周围气流的孩子应该太老了,不能相信圣诞老人。然而,如果她只是想告诉他们一些关于飞机的事情,她甚至可以在很早的成绩中画出这幅画,这使得圣诞老人的技巧变得有效。

标题文本提出了重新思考关于翼型如何产生升力的共同理论的其他原因。它指出:(1)认为空气必须在相同的时间内穿过翼型的两侧是荒谬的,并且(2)莱特兄弟飞机的机翼在机翼的两侧弯曲相同的量(实际上并不是真的; Wright Flyer的翅膀是凹的,就像拱门一样),这意味着空气穿过机翼所需的距离并不是创造升力的决定性因素。

条带是正确的,注意到电梯是一个比Lenhart小姐提出的简单理论复杂得多的过程。虽然伯努利原理的作用(即压力的差异)不能完全打折扣,但这里的理论过于简单。作为最初的问题,正如标题文本所暗示的那样,机翼顶部的空气没有理由被迫“跟上”机翼底部的空气。实际上,正如下图所示,在机翼下方的空气穿过时,机翼顶部的空气不仅行进了整个机翼顶部的长度(距离可能比机翼顶部的距离更远)机翼下方的距离,由于其形状),但往往是额外的距离。升力可能更有用地描述为由空气偏转引起的,尽管这种解释仍然没有解释对称的机翼如何工作(至少是由于“迎角”的变化引起的影响)以及飞机如何飞行上下翻转。关于电梯的维基百科文章提供了更详细的解释。它实际上解释了这两个问题。它解释了在零迎角时,对称的机翼不会产生升力(尽管其他因素可能会产生其他轻微向上的力,例如上升气流,飞机的形状以及发动机相对于发动机的角度。它还解释了不对称(或“弧形”)机翼可以调整迎角以补偿并仍然产生升力。

最后,在一般意义上回答第二个小组中的问题:大多数飞机不能长时间颠倒。虽然许多特技飞机可以承受具有负g力的倒飞,但是其他一些飞机只能暂时实现倒立姿态,并且正在经历正g力。通常这样做的原因不是机翼,其功能完全正常颠倒(尽管有时效率较低),但发动机在这种情况下可能无法获得燃油或机油。还必须注意的是,如果忽略迎角,则可移动的控制表面将是无用的。在给定足够高度的情况下,几乎任何飞机都可以进行滚筒滚动或副翼滚动(波音707原型曾经这样做过,协和飞机也是如此)。

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Categories