Magnusův efekt

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 17. září 2021; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Magnusův jev [1]  je fyzikální jev, ke kterému dochází, když kapalina nebo plyn proudí kolem rotujícího tělesa . Vzniklá síla působící na těleso a směřující kolmo ke směru proudění. To je výsledkem kombinovaného působení takových fyzikálních jevů, jako je Bernoulliho jev , a vytvoření hraniční vrstvy v médiu kolem proudnicového objektu.

Rotující objekt vytváří v prostředí kolem sebe vírový pohyb. Na jedné straně objektu se směr víru shoduje se směrem proudění kolem a v souladu s tím se rychlost média z této strany zvyšuje. Na druhé straně objektu je směr víru opačný než směr proudění a rychlost média se snižuje. Díky tomuto rozdílu otáček vzniká tlakový rozdíl, který generuje příčnou sílu ze strany rotujícího tělesa, na které je směr otáčení a směr proudění opačný, na stranu, na které se tyto směry shodují. [2] Tento jev je často využíván ve sportu, viz např. speciální střely: top spin a back spin , suché listí ve fotbale nebo hop-up systém v airsoftu .

Účinek poprvé popsal německý fyzik Heinrich Magnus v roce 1853 .

Vzorec pro výpočet síly

Ideální tekutina

I když kapalina nemá žádné vnitřní tření ( viskozita ), lze vypočítat efekt zdvihu.

Nechte kouli být v proudu ideální tekutiny, která po ní běží. Rychlost proudění v nekonečnu (v jeho blízkosti je samozřejmě zkreslená) . Abychom simulovali rotaci koule, zavedeme cirkulaci rychlosti kolem ní. Na základě Bernoulliho zákona lze získat, že celková síla působící v tomto případě na míč je rovna:

To ukazuje, že:

  1. celková síla je kolmá na proudění, to znamená, že odporová síla proudění ideální tekutiny působící na kuličku je nulová ( D'Alembertův paradox );
  2. síla, v závislosti na poměru směrů oběhu a rychlosti proudění, je redukována na zvedací nebo spouštěcí sílu (za předpokladu, že přímka pohledu směřuje horizontálně).

Viskózní kapalina

Následující rovnice popisuje potřebné veličiny pro výpočet vztlaku generovaného rotací koule ve skutečné tekutině:

kde:

- zdvihací síla ;  je hustota kapaliny; je rychlost koule vzhledem k médiu; je příčná plocha koule;  je koeficient vztlaku .

Koeficient vztlaku lze určit z grafů experimentálních dat pomocí Reynoldsova čísla a rotačního koeficientu (( průměr úhlové rychlosti)/(2 lineární rychlost)). Pro rotační poměry od 0,5 do 4,5 se koeficient zdvihu pohybuje od 0,2 do 0,6.

Aplikace

Větrné turbíny

Větrný generátor „vzduchového rotoru“ je připoutané zařízení, které stoupá s heliem do výšky 120 až 300 metrů. [3]

Turboplachty na lodích

Od 80. let 20. století Cousteau Alsion fungoval se sofistikovanou turboplachetnicí využívající Magnusův efekt.

Od roku 2010 je nákladní loď E-Ship 1 v provozu s jednoduššími rotačními plachtami Antona Flettnera .

V roce 2017 je na trajektu Viking Grace instalována rotorová plachta využívající Magnusův efekt [4] .

Pneumatika

Používá se v airsoftu v hop-up systémech pro zvýšení dosahu střely.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Magnusův efekt  // Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
  2. ↑ Magnusův efekt  // Lille - Mammalogie. - M  .: Sovětská encyklopedie , 1938. - ( Velká sovětská encyklopedie  : [v 66 svazcích]  / šéfredaktor O. Yu. Schmidt  ; 1926-1947, v. 37).
  3. ↑ Podivná loď pro vítr // altenerg.ru, 29.09.2009
  4. ↑ Výletní trajekt Viking Grace instaluje turboplachetu pro hybridní využití větrné energie / Maritime Herald, 27. ledna 2017

Literatura

Odkazy