Какое давление воздуха при скорости
Содержание статьи
Давление воздуха на квадратный сантиметр
Какое давление на квадратный сантиметр оказывает ветер, при скорости 150 км/ч?
Калькулятор давления ветра (Wind Load Calculator) можно найти в www.engineeringtoolbox.com . Там же приведены соответсвующие формулы Газодинамики. Подставив в калькулятор плотность воздуха (1.2 кг/м³), скорость ветра 41.6 м/сек (что соответствует 150 км/час), получим ответ: около 1038 Па, или 1038 Н/м², или 0.1 Н/см². Но эти расчеты являются приближенными так как не учитывают взаимодействие отраженного потока воздуха с набегающим ветром. Результатом этого является образование ударной волны, фронт которого замедляет и отклоняет набегающий на объект ветер, создавая эффект «обтекания» объекта ветром, что в свою очередь уменьшает давление ветра. Эффект этот зависит от скорости ветра и незначителен, при малых скоростях (меньше 100 км/час).
3 · Хороший ответ
Почему появляется вибрация на скорости 80-100 км/ч?
Вибрация может появится по множеству причин, и каждая из них это любая подвижная деталь в автомобиле. Сразу последствий, скорее всего, не будет, но в будущем это может аукнуться. Вплоть до того, что поедите на трех колесах, а Ваше четвертое будет в лобовухе встречной машины. Сервис и ТО — наше все. Безопасность превыше всего.
1 7 · Хороший ответ
Вертикально бросили мяч со скоростью 20м/с на какую высоту он поднимется g=10м/с?
Тело, брошенное вертикально вверх, достигает максимальной высоты в тот момент, когда его скорость обращается в ноль.
Hmax = ((v0) ^ 2) / (2g) = (20 м/с ) ^2 / (2 * 10 м/с^2) =( 400 м^2/с^2 ) / 20 м/с^2 = 20 м.
Максимальная высота, на которую поднимется тело равна 20 метрам.
1 · Хороший ответ
Почему на на спидометре обычных автомобилях скорость
220км/ч, если максимальная разрешенная скорость 110 КМ/ч ?
Потому как на собственном автомобиле можно ездить не только по городским и федеральным трассам, но и по гоночным трекам, которых даже в нашей стране огромное множество, начиная от аэродромов и заканчивая трассами формулы 1.
4 · Хороший ответ
Почему рекорд скорости на горных лыжах (255км/ч) выше скорости свободного падения (240км/ч)?
Откуда эта цифра? Скорость свободного падения на Земле ограничивается сопротивлением воздуха, и если снизить это сопротивление, то возрастёт и максимальная скорость. Нет единой максимальной скорости свободного падения на Земле, она зависит от поперечной площади поверхности тела и его массы, то есть от сопротивления воздуха. На небесных телах без атмосферы это никакой роли не играет, что было продемонстрировано на Луне и на уроках физики в школе. И ещё вот тут.
Взгляните, на первом фото — парашютист в свободном падении. Ему выгодно увеличить площадь соприкосновения, чтобы не набирать слишком большую скорость
На втором — горнолыжник, который ставит рекорд скорости:
Как видно, площади их тел в поперечном соприкосновении с воздухом разнятся в два или три раза. Плюс, у горнолыжника очень обтекаемый костюм. Это и играет решающую роль, поэтому вполне реально набрать скорость выше 250 км/ч.
P. s. Феликс Баумгартнер во время своего знаменитого прыжка из стратосферы развил скорость больше тысячи километров в час (около 1300, не помню теперь), преодолев в свободном падении скорость звука.
Источник
Атмосферное давление.
Атмосферное давление обуславливается весом воздуха. 1 м³ воздуха весит 1,033 кг. На каждый метр поверхности земли приходится давление воздуха силой 10033 кг. Под этим подразумевается столб воздуха высотой от уровня моря до верхних слоев атмосферы. Если сравнить его со столбом воды, то диаметр последнего имел бы высоту всего 10 метров. То есть, атмосферное давление создается собственной массой воздуха. Величина атмосферного давления на единицу площади соответствует массе воздушного столба, находящегося над нею. В результате увеличения воздуха в этом столбе происходит рост давления, а при уменьшении воздуха — падение. Нормальным атмосферным давлением считается давление воздуха при t 0°С на уровне моря на широте 45°. В этом случае атмосфера давит с силой 1,033 кг на каждый 1 см² площади земли. Масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм. На этой взаимосвязи и измеряется атмосферное давление. Оно измеряется в миллиметрах ртутного столба или миллибарах(мб), а так же в гектопаскалях. 1мб = 0,75 мм рт.ст., 1 гПа = 1 мм.
Измерение атмосферного давления.
Атмосферное давление измеряется с помощью барометров. Они бывают двух типов.
1. Ртутный барометр представляет собой стеклянную трубку, которая запаяна сверху, а открытым концом погружена в металлическую чашу с ртутью. Рядом с трубкой крепится шкала, показывающая изменение давления. На ртуть действует давление воздуха, которое своим весом уравновешивает столбик ртути в стеклянной трубке. Высота ртутного столба меняется при изменении давления.
2. Металлический барометр или анероид представляет собой гофрированную металлическую коробку, которая герметично закрыта. Внутри этой коробки находится разреженный воздух. Изменение давления заставляет колебаться стенки коробки, вдавливаясь или выпячиваясь. Эти колебания системой рычагов заставляют стрелку перемещаться по шкале с делениями.
Самопишущие барометры или барографы предназначены для записи изменений атмосферного давления. Перо улавливает колебание стенок анероидной коробки и чертит линию на ленте барабана, который вращается вокруг своей оси.
Каким бывает атмосферное давление.
Атмосферное давление на земном шаре изменяется в широких пределах. Его минимальная величина — 641,3 мм рт.ст или 854 мб была зарегистрирована над Тихим океаном в урагане «Ненси», а максимальная — 815,85 мм рт.ст. или 1087 мб в Туруханске зимой.
Давление воздуха на земную поверхность изменяется с высотой. Среднее значение атмосферного давления над уровнем моря — 1013 мб или 760 мм рт.ст. Чем больше высота, тем меньше атмосферное давление, так как воздух становится все более разреженным. В нижнем слое тропосферы до высоты 10 м оно снижается на 1 мм рт.ст. на каждые 10 м или на 1 мб на каждые 8 метров. На высоте 5 км оно меньше в 2 раза, 15 км — в 8 раз, 20 км — в 18 раз.
В связи с перемещением воздуха, изменением температуры, сменой времени года атмосферное давление постоянно меняется. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня. В течение года из-за холодного и уплотненного воздуха зимой атмосферное давление имеет максимальную величину, а летом — минимальную.
Атмосферное давление постоянно меняется и распределяется по поверхности земли зонально. Это происходит из-за неравномерного прогревания Солнцем земной поверхности. На изменение давления влияет перемещение воздуха. Там, где воздуха становится больше, давление высокое, а там, откуда воздух уходит — низкое. Воздух, прогревшись от поверхности, поднимается вверх и давление на поверхность понижается. На высоте воздух начинает охлаждаться, уплотняется и опускается на близлежащие холодные участки. Там возрастает атмосферное давление. Следовательно, изменение давления обуславливается перемещением воздуха в результате его нагревания и охлаждения от земной поверхности.
Атмосферное давление в экваториальной зоне постоянно понижено, а в тропических широтах — повышено. Это происходит из-за постоянно высоких температур воздуха на экваторе. Нагретый воздух поднимается и уходит в сторону тропиков. В Арктике и Антарктике поверхность земли всегда холодная, а атмосферное давление повышено. Его обуславливает воздух, который приходит из умеренных широт. В свою очередь в умеренных широтах из-за оттока воздуха формируется зона пониженного давления. Таким образом, на Земле существуют два пояса атмосферного давления — пониженный и повышенный. Пониженный на экваторе и в двух умеренных широтах. Повышенный на двух тропических и двух полярных. Они могут немного смещаться в зависимости от времени года вслед за Солнцем в сторону летнего полушария.
Полярные пояса высокого давления существуют весь год, однако, летом они сокращаются, а зимой, наоборот, расширяются. Круглый год области пониженного давления сохраняются близ Экватора и в южном полушарии в умеренных широтах. В северном полушарии все происходит по-другому. В умеренных широтах северного полушария давление над материками сильно повышается и поле низкого давления как бы «разрывается»: сохраняется оно только над океанами в виде замкнутых областей пониженного атмосферного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, где заметно повысилось давление, образуются зимние максимумы: Азиатский (Сибирский) и Северо-Американский (Канадский). Летом поле пониженного давления в умеренных широтах северного полушария восстанавливается. При этом над Азией формируется обширная область пониженного давления. Это — Азиатский минимум.
В поясе повышенного атмосферного давления — тропиках — материки нагреваются сильнее океанов и давление над ними ниже. Из-за этого над океанами выделяют субтропические максимумы:
- Северо-Атлантический (Азорский);
- Южно-Атлантический;
- Южно-Тихоокеанский;
- Индийский.
Несмотря на крупномасштабные сезонные изменения своих показателей, пояса пониженного и повышенного атмосферного давления Земли — образования довольно устойчивые.
Источник
Сравнительная таблица единиц измерения давления
Единицы измерения давления или механического напряжения — это величины, применяемые в механике.
Предлагаем ознакомиться со справочной информацией, которая поможет перевести исходные данные показателей величины давления в нужные единицы измерения.
Эта систематизированная подсказка станет надёжным и практичным помощником, и не придётся держать в голове базовые, наиболее применяемые единицы измерения давления и их соотношения.
Не так давно Российская Федерация изменила базовые единицы измерения, поэтому наша таблица будет актуальной и для новичков, и опытных специалистов, чтобы легко переводить кгс/см2 в МПа, кгс/см2 в кПа и т.д.
Таблица единиц измерения давления
3. Миллиметр ртутного столба (внесистемная единица измерения давления) иногда называется «торр» (русское обозначение — торр, международное — Torr) в честь Эванджелисты Торричелли):
4. Микрон ртутного столба (дольная единица измерения равная 10−3 торр, то есть допуск отклонений от заданного размера):
5. Миллиметр водяного (или водного) столба (внесистемная единица измерения давления):
- русское обозначение: мм вод. ст. или мм H2O ;
- международное: mm H2O.
6. Атмосфера (внесистемная единица измерения давления, приблизительно равная атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана).
Атмосфера физическая (нормальная, стандартная) :
7. Килограмм-сила на сантиметр квадратный, килограмм-сила на метр квадратный :
- русское обозначение: кгс/м2 или кГ/м2 ;
- международное: kgf/m2 или kgF/m2.
8. Дина на сантиметр квадратный :
- русское обозначение: дин2 , международное обозначение: dyn2
- русское обозначение: Б ; международное: B или Ba.
9. Фунт-сила на дюйм квадратный :
10. Пьеза (тонно-сила на метр кв. , стен на метр кв. — исключены из современных технических стандартов :
- русское обозначение: пз ; международное: pz .
Данная публикация носит исключительно ознакомительный характер, подбор датчиков сопряжен со множеством факторов. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для правильного подбора оборудования.
Подписывайтесь на наш канал, чтобы не пропускать новые публикации.
Источник
Источник
Соперник ветра
Вот с каким противником автомобиль имеет дело. Приопустим стекло, подставим ладонь ветру — ощутимо давит? Если менять угол, под которым ладонь атакует ветер, можно обнаружить и вертикальную силу — как на крыле самолета.
Силы вертикального и поперечного направлений, дестабилизирующие машину, важны не меньше сопротивления. Кому понравится автомобиль, на 250 км/ч выходящий из-под контроля! Он должен быть устойчивым, не рыскать, не «соскальзывать» в поворотах, при порывах бокового ветра, разъезде со встречной машиной, въезде в тоннель и т. п. Да еще иметь просторный салон при небольших габаритах и при этом отвечать эстетическим требованиям дизайнеров! Полностью рассчитать его обтекаемость, заранее все увязать, увы, невозможно. Машину доводят в аэродинамической трубе, затрачивая огромные деньги.
Между тем, мода заставляет людей покупать сомнительные «прибамбасы», влияющие на аэродинамику. Сечение псевдокрыла часто совсем не похоже на крыльевой профиль: нарисовавший его дизайнер думал только об изяществе линий! К счастью, большинство «жертв рекламы» быстрее 160-180 км/ч не ездит — и действие какого-нибудь безграмотного «антикрыла» мало ощутимо. Если же автомобиль быстроходнее, неосторожные игры с аэродинамическими предметами чреваты печальными последствиями.
Даже серьезные фирмы не застрахованы от ошибок. Помните первые шаги » Ауди ТТ»? Не сразу его «научили» крепко держаться за дорогу. Но у такой фирмы побольше возможностей устранять промахи, чем у частного владельца — у него в списке «расходных материалов» может оказаться жизнь.
Вычислить прижимающую силу крыла не просто: не владея основами этой науки, автомобилисты, случается, спорят до третьих петухов. Поэтому приведем простой пример из параллельной области техники. У бомбардировщика В-1В площадь крыла 181 м2. Взлетный вес — 216 тонн. Самолет сверхзвуковой, но взлетает-то при скорости меньше 300 км/ч. Значит, каждый квадратный метр крыла несет груз в 1,2 тонны. Но некоторые спортивные автомобили ездят и быстрее, — так что их обтекатели, спойлеры, антикрылья инженеры «доводят» весьма дотошно. Хорошее антикрыло площадью всего треть квадратного метра способно создать прижимающую силу в четыре центнера, а то и больше.
Но иной «гонщик» может купить высокоэффективное антикрыло, а поставить его неправильно — например чрезмерно вынесет назад. На высоких скоростях передняя ось машины разгружается, автомобиль может стать неуправляемым. Утешает, что зачастую «крыло» помещают в зону срыва («аэродинамическую тень» кузова), где оно практически не работает.
ЗАКОН «КВАДРАТА»
К счастью для загадочной русской души автомобилей, делающих 300 км/ч, у нас мало. Зато хватает тех, которым по плечу 180-200. А мысль о том, что «обвешанный» автомобиль на такой скорости может не послушаться руля, иные головы никогда не посещает. Зря что ли деньги уплачены на зависть соседям!
«Проколы» обтекаемости заявляют о себе громко лишь на высоких скоростях. Силы сопротивления воздуха растут пропорционально квадрату скорости потока — V2. Ведь затормаживая поток (например, плоским щитом, как на рис. 2), мы переводим его кинетическую энергию в дополнительное статическое давление. При плотности воздуха 1,3 кг/мз повышение давления от торможения потока («скоростной напор») составит 1,3.V2/2=0,65V2 Н/м2.
Чтобы определить силу давления потока на щит (то есть аэродинамическое сопротивление), остается лишь умножить полученное давление на площадь щита S.
Допустим, S=1,8 м2 (лобовая площадь сопротивления «Жигулей»). Тогда скоростям 50, 100, 150 и 200 км/ч соответствуют силы сопротивления 226, 903, 2031 и 3611 Н — закон «квадрата». Удвоив скорость,учетверяем силу.
Кстати, определение величины S (рис. 1) — не самая простая задача. Делают это с очень высокой точностью на лазерном стенде.
Квадратичная зависимость аэродинамической силы от скорости потока порой вводит нас в заблуждение. Например, проехав по маршруту туда и обратно со скоростью 90 км/ч, вы забыли о слабом (20 км/ч) ветре, дующем вдоль трассы. Но в одном случае поток бьет в лоб машине со скоростью 70 км/ч, а в другом — 110 км/ч! Силы сопротивления пропорциональны квадрату скорости, а мощность на ведущих колесах — кубу. В итоге средний расход топлива больше, чем при скорости 90 км/ч в штиль. Ни дать ни взять — бензин, унесенный ветром!
Управляя автомобилем, объективно оценить силу и направление ветра, дующего над дорогой, трудно. Общее правило: встречный ветер отнимает больше, чем «дает» попутный той же силы.
НЕ ТОЛЬКО «ЦЕ-ИКС»
Только ли скоростным напором определяется аэродинамическая сила? Оказывается, нет! Огромную роль играет форма тела, подставленного потоку (рис. 2). Встретив щит, воздух не станет бесконечно скапливаться перед ним (а) — он пойдет в обход препятствия, образуя за ним вихри (б). Дополнительные движения струй требуют затрат энергии, и аэродинамическое сопротивление плоского щита намного (примерно на 17%) больше того, что дало полное торможение потока! Значит, для получения истинных сил сопротивления следует умножить полученные раньше значения на 1,17. Вот этот коэффициент, учитывающий форму тела, называют коэффициентом аэродинамического сопротивления — Сх. Одно из наиболее удобообтекаемых тел — удлиненная «капля», для которой Сх=0,04.
Каков же Сх реального автомобиля? Даже у самых непритязательных начала ХХ века — около 0,8. У символа советской эпохи — «Жигулей» — получше: 0,52-0,53. Для сегодняшнего дня многовато.
А вот результаты продувок в аэродинамической трубе НТЦ ВАЗа автомобилей «десятого» семейства: 2110 — 0,33, 2111 — 0,36, 2112 — 0,34. Это на уровне очень приличных зарубежных машин данного класса. Правда, «обмылки» некоторым не нравятся. Но законы движения воздуха-то всюду одни и те же! Считаясь с ними, непросто создать внешне оригинальную машину. А если не очень считаться?
В России до сих пор популярны автомобили «самарского» семейства. После «классических» ВАЗов показалось, что стремительные «восьмерка» и «девятка» — огромный шаг вперед. На деле революции не получилось. Хотя Сх=0,47 все же меньше, чем 0,52, он гораздо выше, чем сегодня имеют небольшие машины «гольф-класса». Даже самая «навороченная» из «самар» — VAZ 2115 аэродинамически продвинулась недалеко: Сх=0,435. Впрочем, техника развивается: все больше появляется автомобилей, у которых отличная аэродинамика сочетается с броской внешностью.
Если кому-то любопытно, для чего мы вспомнили о Сх, заметим: фактическое сопротивление «десятки» (даже с учетом большей, чем у «классики», лобовой площади) при одинаковых скоростях на 33-34% ниже, чем у «Жигулей». Отсюда улучшение скоростных и динамических показателей.
ПО КИРПИЧИКУ
А из чего складывается величина Сх?
Первое — сопротивление давления или формы. Иногда это до 60% общих аэродинамических потерь. Поток, бьющий «в лоб» автомобиля, несколько уплотняется, затем струи расходятся. Позади «сольются» не сразу — здесь видна зона общего срыва с мелкими завихрениями воздуха. Движению машины препятствует повышенное давление воздуха спереди и пониженное сзади.
В некоторых случаях по краям скоса задней части кузова индуцируются мощные вихревые «трубки» (рис. 3): они еще больше понижают статическое давление и существенно увеличивают потери. Сделать плавно спускающуюся (в подражание крыльевому профилю) «корму» — нереально, особенно для автомобилей малых классов. Один из способов борьбы с вредными вихрями — преднамеренный срыв потока, например небольшим спойлером (как на фото 1, 2 и рис. 4). Шлейф срыва (темный «мешок» на фото) отнимает меньше энергии, чем мощные вихри. На небольших автомобилях такой прием используют особенно часто.
К сопротивлению формы можно отнести потери при обтекании выступающих деталей — зеркал, брызговиков, приоткрытого люка и т. д. Навешивая на машину модные прибамбасы, обув ее в широкие шины и т. п., Сх недолго увеличить процентов на 15.
Обладая некоторой вязкостью, воздух «прилипает» ко всем поверхностям машины — а этот тонкий слой частично притормаживает соседние и т. д. В результате потери от трения воздуха могут достигать 20% общих. Это справедливо, по крайней мере, для автомобилей с малым Сх — особенно немытых. Но владельцы УАЗа, КамАЗа, или «Хаммера» могут быть спокойны: эта техника к грязи индифферентна.
Наконец, есть внутренние потери, вызванные необходимостью охлаждать двигатель, тормоза, вентилировать и отапливать кузов.
Специалисты-аэродинамики изучают и множество других вопросов. Например, как ведет себя машина в условиях косого обдува (при боковом ветре): насколько устойчива, управляема и т. д. Важно также, какие силы действуют на кузов в вертикальном направлении, какие моменты относительно осей они создают. Ни на каких скоростях подъемная сила кузова не должна разгружать колеса — автомобиль не самолет, его задача надежно двигаться по дороге. Поэтому стремятся упорядочить воздушные потоки снизу автомобиля (от них зависит до 15% общего сопротивления). Не обойтись без аэродинамики при доводке машины с точки зрения экономичности, при выборе передаточных чисел трансмиссии и так далее. Не гнушается наука и мелкими вопросами вроде правильной работы «дворников», рационального отвода дождевой воды, уменьшения шума от стоек, уплотнителей и т. п. Перечень задач можно продолжать…
Рис. 1. Площадь лобового сопротивления S — то же, что площадь проекции машины на поперечную плоскость.
Рис. 2. Полное торможение потока плоским щитом без учета других видов движения воздуха — «а», реальная картина — «б».
Характер обтекания современного кузова. За багажником — «организованный» шлейф срыва. Больших вихрей нет.
Небольшой спойлер над задним стеклом обеспечил чистый, без лишних вихрей, срыв потока у универсала.
Рис. 3. Образование мощных вихрей — явление нежелательное. Увеличивает разрежение за «кормой» автомобиля и сопротивление воздуха, снижает нагруженность задней оси.
Продувка модели грузовика.
Рис. 4. Характерные аэродинамические элементы. Спойлер (интерцептор) — щиток той или иной формы, выдвинутый в поток воздуха с целью его срыва. За спойлером, в шлейфе срыва, давление воздуха снижено. Спойлер под передним бампером, ограничивая «продувку» кузова снизу, одновременно увеличивает нагрузку на переднюю ось. Очень логичен в паре с антикрылом над крышкой багажника, как у зеленой машины. Спойлер под задним бампером, срывая поток, может свести к минимуму образование мощных вихрей. Аналогично работает спойлер на перегибе крыши над задним стеклом красного автомобиля. А вот «мухобойка», срывая поток на капоте, понижает здесь давление. Эффект — уменьшение нагрузки на переднюю ось.
Важно понимать, что сочетание спойлера на задней кромке крыши и антикрыла над багажником лишено смысла. В шлейфе срыва антикрыло работает не лучше, чем парус в полный штиль. Хорошо еще, что вреда от него нет. Так что и в «украшательстве» надо знать меру!
Специалистам-аэродинамикам случается исследовать законы обтекания и живых объектов.
Источник