Задачи › Оценки, размерность и подобие

Размерный анализ давления на крыло

  1. Размерный анализ давления на крыло

    «Бельчонок» 2023/24, 7 кл.
    4/10

    Исследуя измерения, можно изучить связь между физической величиной и другими физическими величинами, за исключением некоторого (безразмерного) числового фактора. Это исследование называется размерным анализом. Основой этого метода являются основные единицы измерения, а именно стандартные единицы длины, массы и времени. Единицы измерения любых других физических величин практически всегда могут быть определены в терминах (комбинациях) этих основных единиц.

    Пусть самолёт летит в атмосфере со скоростью \(v\) относительно атмосферы, плотность которой равна \(\rho\). Давление воздуха на крыло самолёта пропорционально плотности и скорости, что можно записать так: \(p = k\,\rho^{a} v^{b}\), где \(k\) — безразмерный коэффициент; \(a\) и \(b\) — некоторые числа. Определите, чему равны \(a\) и \(b\).

    В вариантах 2 и 3 — другие формулы: подъёмная сила \(F = k\rho^a v^b L^c\) крыла длиной \(H\) и шириной \(L\) и скорость звука \(v = k\,p^a \rho^b\) (здесь не сверено).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Выпишите размерности давления, плотности и скорости через \(\text{кг}\), \(\text{м}\), \(\text{с}\) и приравняйте показатели степеней при каждой единице.

    Ответ

    \(a = 1\), \(b = 2\).

    Решение

    Размерности: \([p] = \dfrac{\text{кг}\cdot\text{м}\cdot\text{с}^{-2}}{\text{м}^2} = \text{кг}\cdot\text{м}^{-1}\cdot\text{с}^{-2}\), \([\rho] = \text{кг}\cdot\text{м}^{-3}\), \([v] = \text{м}\cdot\text{с}^{-1}\). Уравнение размерностей: \[\text{кг}\cdot\text{м}^{-1}\cdot\text{с}^{-2} = \left(\text{кг}\cdot\text{м}^{-3}\right)^{a}\left(\text{м}\cdot\text{с}^{-1}\right)^{b}.\] Сравнивая показатели: по килограммам \(a = 1\); по метрам \(-1 = -3a + b\); по секундам \(-2 = -b\). Итого \(a = 1\), \(b = 2\), то есть \(p \sim \rho v^2\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи