Задачи › Уравнение Бернулли, истечение жидкости

Современные машины Формулы 1

  1. Современные машины Формулы 1

    «Старт в науку» 2023/24, 11 кл.
    4/10

    Современные машины Формулы 1 имеют днище в форме тоннеля Вентури, нижняя часть которого образована полотном гоночной трассы. Схематично тоннель Вентури в разрезе представлен на рисунке, поток воздуха обозначен стрелкой. Оцените прижимную силу, действующую на машину Формулы 1, едущую по прямой со скоростью \(80\) м/с. Высота от верхней точки днища до асфальта на машине \(a = 40\) см, а перепад высот на днище равен \(h = 20\) см. Площадь низкой части тоннеля Вентури считайте равной \(S = 1{,}5\) м\(^2\), изменение ширины пренебрежимо малым, а тоннель Вентури изолированным от боковых потоков воздуха за счёт аэродинамики. Плотность воздуха примите равной \(1{,}2\) кг/м\(^3\).

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Запишите уравнение Бернулли для воздуха под днищем и над трассой вне тоннеля и закон сохранения массы для потока в узкой части тоннеля: как связаны скорости воздуха там и здесь?

    Ответ

    \(F = 7680\) Н.

    Решение

    Считая воздух несжимаемым, запишем уравнение Бернулли и закон сохранения массы: \[\Delta P = \frac{\rho}{2}\left(v'^2 - v^2\right), \qquad v\,a\,l = v'\,(a-h)\,l ,\] где \(a\) — высота верхней точки днища до поверхности трассы, \(v\) — скорость воздуха вне тоннеля, \(v'\) — скорость в узкой части. Тогда \[\Delta P = \frac{\rho}{2}\,v^2\left(\left(1-\frac{h}{a}\right)^{-2} - 1\right).\] Прижимная сила для машины будет равна \[F = \Delta P\,S = \frac{\rho v^2 S}{2}\left(\left(1-\frac{h}{a}\right)^{-2} - 1\right) = 7680~\text{Н}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи