Скорость ветра над крышей дома равна 25 какая дополнительная

Ветровую доску флюгера Вильда закрепили. С какой силой на неё давит ветер, дующий со скоростью 14 м/с? Плотность воздуха составляет 1,22 кг/м 3 , ответ приведите в ньютонах и округлите до десятых.

Ветер и измерение его скорости

Поток воздуха, который движется параллельно земной поверхности, мы называем ветром. Он возникает вследствие неравномерного распределения атмосферного давления и направлен от зоны высокого давления к зоне низкого давления. Главной причиной возникновения ветров на Земле является разница в температуре и плотности воздуха над разными областями её поверхности. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и в пространстве скорость и направление ветра также постоянно меняются.

Скорость ветра на метеостанциях большинства стран мира измеряют на высоте 10 м над уровнем земли и усредняют за 10 мин. Простым устройством для определения направления ветра является флюгер. Приборами, предназначенными для измерения скорости ветра, служат разнообразные анемометры, в которых применяются чаши или пропеллеры, способные вращаться. Флюгер-анемометр Г.-И. Вильда — простейший прибор, позволяющий одновременно определить направление и скорость ветра. О силе ветра или его скорости судят по отклонению ветровой доски. Отклонение ветровой доски под действием ветра замечают по номеру штифта (рис. 2). На рис. 1 представлены значения для отклонений доски размером 150 мм × 300 мм и массой 200 г.

Какой дует ветер, умеренный или очень крепкий, важно знать не только морякам, идущим под парусом, но и всем жителям Земли. Так, МЧС крупных городов предупреждает об опасности нахождения в сильный ветер под рекламными щитами, потому что ветер способен повалить такой щит.

Силовое воздействие потока воздуха плотностью ρ пропорционально динамическому давлению: Так в аэродинамике называют удельную кинетическую энергию воздушного потока. Но ветер тормозится прямоугольным щитом площадью S и обтекает его. Поэтому инженеры предлагают для такого щита рассчитывать силу давления ветра по формуле Очевидно, что если ветер усиливается от лёгкого до умеренного, то сила давления может возрасти в 10 раз. Зная скорость ветра, можно рассчитать силу давления, максимальный опрокидывающий момент, действующий на щит, а значит, и требуемую прочность крепежа конструкции.

Уровней погодной опасности, различаемых по цветам, выделяют (от безопасного к опасному) четыре: зелёный, жёлтый, оранжевый и красный. Скорость ветра — один из параметров, характеризующих этот уровень. В Москве в 2018 г. объявляли «жёлтый» уровень опасности при усилении ветра до 12 м/с, при скорости 5—10 м/с с порывами до 15 м/с. При ветре 13—18 м/с, а также 12—15 м/с с порывами до 20 м/с объявляли «оранжевый» уровень. Будет ли объявлен «жёлтый» уровень опасности в Москве, если по шкале Бофорта дует свежий порывистый ветер? Ответ обоснуйте.

Скорость свежего ветра может чуть превышать 10 м/с, в порывах его скорость увеличивается. Поэтому может быть объявлен «жёлтый» уровень опасности.

Скорость ветра над крышей дома равна 25 какая дополнительная

Недавно в теленовостях показывали, как во время урагана на Дальнем Востоке ветер срывает двускатную крышу с пятиэтажного дома, который стоит поперёк направления ветра. Вначале край крыши с подветренной стороны слегка приподнимается над чердаком, а потом вся крыша поворачивается вокруг другой стороны и улетает. Перечислите и объясните физические явления и закономерности, которые привели к подобному результату.

1. Если сильный ветер проникает в чердачное помещение, например, через щели между стенами дома и краем кровли, то давление воздуха на чердаке повышается по сравнению с давлением воздуха, обтекающего крышу сверху.

2. Кровля обычно достаточно лёгкая, и даже небольшое повышение давления под ней может оторвать её крепления от дома, и она приподнимается и поворачивается, открывая мощный приток воздуха внутрь чердака.

3. Из-за торможения потока воздуха под крышей импульс, переносимый потоком, уменьшается. Это происходит вследствие действия силы реакции со стороны кровли на воздушный поток. По третьему закону Ньютона снизу на кровлю со стороны потока действует сила давления, которая резко увеличивается при возрастании притока воздуха под крышу. В результате этого крыша продолжает подниматься и поворачиваться поперёк ветра, ещё больше увеличивая площадь, на которую действует дополнительная сила давления воздуха.

4. В дальнейшем оставшиеся точки крепления крыши к дому обрываются, и она под напором ветра улетает.

Урок 76/21. ЗНАЧЕНИЕ РАБОТ Н.Е. ЖУКОВСКОГО В РАЗВИТИИ АВИАЦИИ

Цель урока: применить получение при изучении гидродинамики знания к объяснению принципа действия пульверизатора, карбюратора, крыла самолета. Дать представление о лобовом сопротивлении.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование:

План урока: 1. Вступительная часть 1-2 мин.

3. Ответы на вопросы 15 мин.

4. Закрепление 10 мин.

5. Задание на дом 2-3 мин.

II. Опрос фундаментальный: 1. Гидростатика. 2. Уравнение неразрывности. 3. Уравнение Бернулли.

1. Цилиндрический сосуд высотой Н полностью заполнен жидкостью. На какой высоте h необходимо пробить маленькое отверстие, чтобы дальность полета струи была максимальной?

2. Если скорость ветра над вашим домом равна 25 м/с, то какая сила действует на крышу площадью 250 м 2 ?

3. Определите мощность воздушного потока, набегающего на электропоезд, который движется со скоростью 108 км/ч, если площадь лобовой поверхности 10 м 2 . Перед предметом, быстро перемещающимся в воздухе, создается область повышенного давления (молекулы не успевают разлететься в стороны). Это давление равно атмосферному давлению.

1. Почему, спускаясь на лодке по реке, плывут посредине реки, а, поднимаясь, стараются держаться берега?

2. Почему пламя свечи всегда заостряется кверху?

3. Почему в устьях рек образуются мели и острова?

4. Как выгоднее самолету взлетать: по ветру или против ветра?

5. Альбатрос поднимается от поверхности воды, где скорость ветра меньше, вверх, где скорость ветра значительно выше. Почему ему это удается сделать без усилий?

6. Судно получило большую пробоину в боковой подводной части. В какую сторону оно начнет перемещаться вследствие этого?

7. В каком направлении нужно придать вращение мячу, чтобы увеличить дальность его полета?

8. Почему рифленый резаный мяч отклоняется сильнее, чем гладкий?

9. Почему иногда из отверстия прохудившегося шланга вода не вытекает, а, наоборот, в отверстие засасывается воздух?

10. Почему полет пушечного ядра был неустойчив, и его траектория сильно отличалась от расчетной траектории?

11. Можно ли изготовить прибор, который бы измерял «силу выдоха»?

12. В трубке с сужением течет вода. В ней находится пузырек воздуха. Как изменится его диаметр при прохождении узкой части трубы?

13. Как удерживается в полете воздушный змей? Зачем ему приделывают хвост?

14. Зачем в центре купола парашюта делают отверстие?

15. Почему при выпуске воды из ванны над сливным отверстием образуется воронка, а иногда и воздушный канал?

16. Как должна измениться мощность насоса, чтобы он стал перегонять через узкое отверстие в единицу времени вдвое большее количество воды?

17. Предложите конструкцию прибора для измерения скорости ветра.

III. Подъемная сила крыла самолета. При взаимодействии плоского крыла с потоком воздуха возникает подъемная сила и сила сопротивления. Угол, под которым воздух дует на крыло, называется углом атаки. Оптимальный угол атаки для плоского крыла лежит в пределах от 2 до 9 0 .

— аэродинамическое качество.

Аэродинамическое качество выпуклого крыла значительно больше, чем плоского.

Путь воздуха сверху крыла больше, чем снизу, следовательно, сверху скорость воздуха больше. Это приводит к появлению разницы давлений и возникновению дополнительной подъемной силы.

Задача. Чему равна подъемная сила крыла, обусловленная эффектом Бернулли, если площадь крыла равна 50 м 2 , а скорость потока воздуха над крылом и под ним равны соответственно 320 и 290 м/с?

Дополнительная информация: Основная часть крыла неподвижна относительно фюзеляжа, а на задних крыльях устанавливают небольшие дополнительные крылышки-закрылки (руль высоты), руль поворота – на вертикальном оперении. Наклонить самолет вправо или влево можно с помощью элеронов, которые расположены на концевых частях основных крыльев самолета. При углах атаки 50 – 60 0 точка приложения суммарной аэродинамической силы совпадает с центром масс самолета, при меньших углах – находится выше центра масс (задирает нос самолета), при больших углах – ниже центра масс (опускает нос самолета). Самолет Су-27 достигает некоторого максимального угла атаки и возвращается в исходное состояние («Кобра»).

Почему падает давление при течении жидкости по трубе постоянного сечения (демонстрация)? Р₁= Р₂ + F_с/S. Почему за книгой, обдуваемой потоком воздуха, давление меньше (демонстрация)? Возникновение силы сопротивления. Зависимость силы сопротивления от скорости, размеров и формы тела (демонстрация).

Дополнительная информация: Лобовое сопротивление для тела сферической формы в ламинарном потоке: F_c =k , где k = 6∙πr , r – радиус сферы, – коэффициент вязкости. При увеличении скорости тела сопротивление возрастает. При наличии турбулентности лобовое сопротивление пропорционально .

Центрифуга и осаждение частиц. Примеры: осаждение частиц на дне океана, осаждение красных кровяных телец.

F _а = F_т = F_c = k , ma = F_т – F_a –F_c, a = 0, .

IV. Задачи:

1. Самолет массой т поднимается с постоянной скоростью V по прямой, угол наклона который к горизонту α. Сопротивление воздуха при движении пропорционально квадрату скорости: F_c = kV 2 (коэффициент известен). Найдите силу тяги двигателя и подъемную силу (она направлена перпендикулярно скорости).

2. Дым от лежащей сигареты в начале поднимается ровной струйкой, а затем, набрав скорость, начинает клубиться. Оцените значение критической скорости потока, если длина ламинарного следа составляет около 10 см. Примите, что нагретый воздух легче холодного на 20%. Изменением температуры в процессе движения пренебречь.

3. На корпусе вентилятора имеются надписи: «W=2000 Вт, 60 м 3 /мин». Площадь выходного отверстия вентилятора 200 см 2 . Считая кинетическую энергию упорядоченного движения, приобретаемую воздухом, полезной найдите КПД использования энергии, получаемой вентилятором из электрической сети.

4. Чему равна установившаяся скорость всплытия воздушного пузырька радиусом 1 мм, в масле вязкостью 0,2 Па и с плотностью 900 кг/м 3 ?

1. Сильный ветер вздымает высоко над землей легкие предметы (сухие листья, бумагу и.д.). Почему?

2. Как получить в футболе «резаный мяч»?

3. Почему нарушается равновесие весов, если подуть под одну из чашек?

4. Почему вращающийся диск летит дальше камня при прочих равных условиях?

5. Почему флаг «полощется» на ветру?

6. Можно ли на парусной яхте в безветренную погоду перебраться на другой берег, если нет ни весла, ни двигателя?

7. При каком условии самолет может лететь «вверх колесами»?

8. Если с помощью ложки привести во вращение чай в стакане, то чаинки быстро соберутся в центре чашки. Почему?

9. Что произойдет с глубиной погружения шарика, плавающего в стакане с водой, если стакан начнет с ускорением двигаться вверх?

10. Почему в сырую погоду спуск на парашюте значительно медленнее, чем в сухую погоду?

11. Почему мяч (резиновый шарик), брошенный без начальной скорости с некоторой высоты, то подскакивает выше, то ниже, но не выше того уровня, с которого он брошен?

12. Почему над ямой в быстрой реке лед подтаивает, образуя круги диаметром до нескольких метров?

13. Правда ли, что над формированием каждого вихря (циклона, смерча) трудится вся атмосфера планеты?

V.

1. Подготовиться к выполнению контрольной работы № 7.

2. Два очень сильных и «совершенно одинаковых» спортсмена по прогнозам специалистов должны были победить в шоссейной гонке на 100 км с одинаковым временем. Но, увы, один из них пришел к финалу позже. Как потом выяснилось, к ободу заднего колеса его велосипеда злоумышленники прикрепили гайку массой 5 г. На сколько, по вашему мнению, отстал пострадавший?

3. Предложите способ измерения диаметра отверстия у иглы медицинского шприца с помощью транспортира, измерительной линейки и секундомера.

4. Оцените время вытекания воды из заполненной ванны.

5. Исследуйте зависимость между объемом дробинки и скоростью ее движения в трубке с водой.

6. Открыв кран и пустив воду, пронаблюдайте, как происходит превращение ламинарного потока в турбулентный поток.

7. Чем меньше радиус смерча, тем больше скорость его вращения. Почему? Если радиус смерча уменьшится в 10 раз, то во сколько раз возрастет его скорость; плотность; энергия; сила, действующая на 1 м 2 вблизи его стенки?

8. Почему тяжело груженый плот плывет по реке быстрее, чем легкий?

9. Чайка над морем, в сносящем потоке воздуха, не двигая крыльями, может висеть над одной точкой поверхности. Ветер ее не сносит. Почему?

«Наблюдать, изучать, работать»

М. Фарадей