测量空气阻力.docxVIP

实验二、测量空气阻力实验目的1、测量空气阻力与风速的关系； 2、测量空气阻力与面积的关系； 3、了解空气阻力与物体外形间的关系。实验仪器①风机；②相同截面积的不同形状的物体；③三个圆盘；④扇形测力计；⑤精密压力计；⑥软管；⑦压力探头；⑧测量用小车；⑨导轨；⑩吊钩和固定支架。 图1 实验装置 图2.测力计测定风阻实验原理物体处在气流中时，气流所施加的平行与气流方向的阻力Fw称为空气阻力。它与空气的流速v、物体垂直流速方向的横截面积及物体外形有关。用公式表述如下：Fw=Cw.. · ·v2 ·A物体的外形即由阻力系数Cw描述。A=物体的与气流速度垂直方向上的截面积ρ=空气的密度=1.23Kg m-3实验中用测力计测定风阻，风速的测量是靠配上标尺的精密压力计。该压力计是用于测量压力的，将其两端通过软管与压力传感器相连后（见下图2），压力计左端的通路测量的是总的压力，右端的通路测的是静压，标尺标定的是这两个压力的差。ΔP = Ptotal - Pstat = Pdyn （Pstat = 静压 Pdyn = 动压）根据伯努利方程 Pstat + ρ v2 = Ptotal得出：ΔP = Ptotal - Pstat = Pdyn = ρ v2这样按一定的比例在标尺上即可直接标定出风速。空气阻力与风速的关系是通过对同一个物体（圆盘），测定不同的风速下的数据得到的。只对风速与空气阻力间的关系感兴趣，其它参数当作常量。风速通过动压的测量来确定，阻力由测力计测出。空气阻力与面积的关系的测定 只对空气阻力与截面积间的关系感兴趣，其它参数当作常量，其值不需要知道。由测力计测出阻力，三个圆盘面积值的比例关系为1：2：4。空气阻力与物体外形间的关系 通过对具有相同横截面面积形状不同的各物体所受的空气阻力的实验测定，最终确定阻力系数Cw。v及动压Pdyn=ρv2由压力传感器确定，使用一测力计测出Fw，Cw可由Fw、A、ρ和v或Fw、A和Pdyn推算出。由公式（1）可推出Cw = 或 Cw = 思考题下表所示是各形状的阻碍物理论阻尼系数，将其与实际测量值相比，并分析产生差别的原因。阻碍物Cw(Theory)圆盘1.15球0.45半球形壳体1.33流线型钝尾物体0.06流线型尖端物体0.243注意事项1、在风机的进风口和出风口附近不要放置杂物，以免产生危险或损坏器件。2、压力计为玻璃器件，要避免机械碰撞。3、压力计内的红色液体为特制有毒液，不可饮用或接触，工作时不可让其从压力计中流出；如果手与其接触，应立即洗手。配合实验：伯努利悬浮球演示仪；空气粘性飞盘；机翼压差演示目的：通过实验了解流体的伯努利方程的应用，并了解飞机机翼因上下压差产生升力的原理。实验原理：1伯努利方程表述为：对于由不可压缩、非粘滞性流体流线组成的流线上的各点，其压力和单位体积的机械能（动能势能）之和为常数，即对于流线上的任意点，均有下式成立： 其中p为压力，v为流速，为流体密度，h为相对高度，g为重力加速度。另外根据流体的连续性原理，在一个流管中，流体的横截面S与流速v间有关系：所以当高速气流在飞机机翼上下两经过时，因机翼上方凸起，气流经过的横截面S较小，故气体的相对流速较大；而机翼下部呈凹形，气流经过的横截面S较大，气体的相对流速较小。根据伯努利方程，流速大的地方气体的压力较小；流速小的地方气体的压力较大，所以这就使飞机的机翼上下产生压差，形成了向上的升力。飞机机翼的翼剖面又叫做翼型，一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。当气流迎面流过机翼时，流线分布情况如图。原来是一股气流，由于机翼地插入，被分成上下两股。通过机翼后，在后缘又重合成一股。由于机翼上表面拱起，使上方的那股气流的通道变窄。根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知，机翼上方的流速比机翼下方的流速大，因而机翼上方的压强比机翼下方的压强小；也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。由此可说明实验中的现象。操作方法：本实验装置上有一个机翼模型，把气源打开对着机翼吹风即可进行飞机机翼压差升力的演示。注意事项：实验时须适当选择气源与机翼的距离和角度，并注意在必要时在机翼中间的滑杆上涂一些钟油以减小滑杆与机翼模型的摩擦力。