4.3.1 运动的相对性原理在线视频

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力学与生活课堂

这一讲呢 我们学习

运动的相对性原理

风洞

第一个就是我们先给大家介绍一下了运动的相对性原理

实际上了运动的相对性原理呢 在伽利略的时候呢

就提出来了

它的内容呢是

所有的力学定律

在惯性参考系中

都是相同的

也就是说

同样的力学定理

在不同的惯性参考系里面了

得到的结果了

是一致的

如果说我们把这一个

相对性原理呢 引申到我们

空气和物体的这个相互作用上

那么了就是

不管是静止的物体

物体静止

空气运动

还是空气运动

那个空气静止物体运动

两个的相互作用了

是一样的

那么 由这一个原理出发

那么我们说了

只要空气和物体的相对运动的速度了相同

那么 物体和空气的

相互作用力

或者说 物体所受到的气动力

是完全一样的

这就是说 我们说了

相对性原理的内容

而这一个原理是怎么来的呢？

就是伽利略了

有一次

在坐着船

船运行的这一个速度呢 还比较高

他发现了有一个小孩儿从船头跳到船尾

从船尾跳到船头

结果呢 伽利略发现

这跳的时候过程都一样 用的时间了

也基本上呢 相差无几 而跳的过程中呢 每一次跳了

也基本上都是一样的

然后呢 他就提出这一个了

运动的

相对性原理

就是同样的惯性参考系里边

最后呢 我们说了得出的结论还是一样的

就是在船上跳和在地面上跳

结果了

是一致的

那么 要运动的相对性原理呢

最大的一个应用了

就是风洞

我们根据这一个原理呢

建立这一个了风洞

可以啦 为我们研究

空气动力学

或者是飞机的这一个运动了

提供了极大的这个便利

也就是在风洞里边 我们让这一个空气跑

然后呢 研究这一个了 飞机的这个受力情况

和在空中

让飞机跑

然后呢 去研究它

所得的结果还是一样的

所以说这一个运动 伽利略

运动的相对性原理 最大的成果了

就是风洞

那么 风洞的历史与组成我们这一块说一下啊 伽利略虽然提出了这一个

运动的相对性原理

这一个科学问题

但是呢 他没有解决这一个了

风洞的问题

而风动洞是什么呢？我们先看一下定义

风洞是能人工产生

和控制气流

就是能产生气流

能控制气流

模拟飞行器或者物体周围气体的流动

并且了可测量

气流对物体的作用

以及观察物理现象的一种

管道状实验设备

实际上呢 风洞了

就是一种管道状的了

实验设备

而这一种管道来 必须要具备这些功能

有气流

气流可控 并且可以测力

那么呢 它是空气动力学实验了 常用的

最有效的工具

你要学习空气动力学

掌握空气动力学要离开风洞

你出来做不了的

第一个风洞是那个英国人韦纳姆

于1869年到1871年

而建成的

并且测量了

物体和空气相对运动时所受到的阻力

实际上 这个风洞很简单

就是一个两端开口的木箱子

截面 是45.7cm×45.7cm

一个正方形的

长度只有3.05米

这样一个呢就是一个箱体

两端开口的箱体

这是吧 第一个风洞就世界上的第一个风洞

那么 莱特兄弟在发明飞机的时候呢

为了研究飞机的升力

以及的阻力

他们来也建了一个

风洞1900年的时候啊 莱特兄弟了 建了他们的第一个风洞

面积也比较小

就是了40.6cm×40.6cm

长度了 只有1.8米

当时呢他们呢

这一个气流了

速度也可以达到40

到56

千米每小时

也就是气流速度也就十几米

十几米

那么 1901年 莱特兄弟了 又建了一个

风速

每秒12米这风速跟前面的差不多

一个风洞

为他们研制飞机了

进行了相关的这一个实验

这个这莱特兄弟啊！

这个呢 就是莱特兄弟当年了

所建的这个风洞

有的很小的

现在呢 在博物馆里头了

也能够看到

这是一个复制品啊！

不是原物

那么风洞呢 我们说了

这是普朗特风洞的一个原理图

这是一个实际的风洞 当然这两个了

有一点的这个

扭转一下 两个就完全一致了

那么我们由这一个原理图呢 我们再给大家讲一下风洞的组成

风洞呢 主要有这么几部分来组成的组成第一个洞体

就是我们这一圈圈这个了

都是 属于风洞的洞体

还有驱动系统

驱动系统呢 就是一些了电动机

然后呢 风扇

等等 就是驱动空气

流动的系统

还有个测量系统

就是说啊 测控系统 测量控制系统

那么呢 需要测量

这一个受力啊

压强等等

那么需要

测量系统

那么实际上具体到某一个风洞了

我们说了 有目的不同

可能呢 略有区别

但是这几个系统了

在我们风洞的

研究过程中了

必须的 这一块知道就行了

第三个叫做风洞的分类

我们了解一下了 风洞是什么分类的？

由于研究目的的不同

分类方式了 也不同

我们这一块儿按照风洞的这一个

气体的流速 然后呢 我们对它

做一个分类

那么呢 低速风洞

低速风洞了

它的这一个就是

从字面上看 就是说

气流的速度比较低

什么时候呢才算低了就是

马赫数就是

音速

要小于0.4

也就是说

对应的每秒多少米就是大概是每秒

130米以下

那么音速 我们说每秒钟340米

0.4的话乘下来了

基本上呢就是了130米

这种风洞了

我们说了

成为了低速风洞

那么 低速风洞呢 我们说了

各种各样的形状了类别了 我们说不管

在工程里边

我们做实验的时候 大部分风洞

都属于

低速风洞的范围

它是小于每秒钟

130米

第二个叫高速风洞

高速风洞了 它的界定在什么呢？

每秒钟0.4到4.5倍的了马赫数

就是

每秒钟0.4就大于我们前面的0. 4

小于4.5倍的音速

这个风洞了 我们称之为高速风洞

而高速风洞里边儿又分成了三类

第一位了 是0.4到0.7

那么我们称为

亚声速

风洞

那么 还有一个0.7到1.5

这一个呢 我们称为跨音速风洞

然后呢 这一块儿大于这个1.5小于4.5

我们把他们称为超声速风洞

超声速风洞

这是一个

那么还有一个

前面叫高速风洞

还有一个超高速风洞

超高速风洞了 是马赫数

要大于这一个了

大于5

5以上的呢 我们把它叫超高音速

那么常规的呢超高音速风洞还有特殊的

比如说热冲风洞

还有呢这一个

叫什么

冰冻风洞要发生结冰

还有电弧风洞等等

完成一些特殊的

试验功能

那么 这个热冲风洞 它的这个马赫数可以达到

8到22

然后22的是我们应该的

研究的另外还有一些风洞

我们说我们国家建立风洞

据说啊！

速度了 可以达到30倍的

音速

30个马赫数

所以说呢 风洞的这一个速度了

越来越高

那么这时候呢 我们的相关的测量了 控制了

都会变得

越来越困难 还有高温风度

高温风洞那在几千度的

这一个环境下

然后呢 进行试验

那么第四个问题给大家介绍一下了 美国的这个实验风洞 我们看一看

很简单啊！

这一个呢 是研制波音777的时候

那么呢 我们说了 在这一个风洞里边呢

放了一个波音777

飞机的这一个模型

然后呢 用气流了去吹它

然后呢 我们研究了

飞机在飞行过程中了

所受到的各种的各样的力

这个呢是787

这个模型

在这一个呢 做这个升力实验的时候一个

图片

这个呢 是美国的航天飞机

航天飞机啊 这非常

著名的一个科学技术成果

那么直到现在

我们所有的航天器里面超过

这一个航天飞机的成果还是没有的

最先进的一个成果

航天飞机在研究之前了 你不能把航天飞机

放到这个太空里面 让它跑 我再试验

在风洞里面了

完成实验

主要成本了 相对来说很低

这两个呢 是汽车的这一个呢 风阻实验

这个我们看一看都很简单

这一块儿怎么做呢？

就是我在这一块儿用一个管子 然后再弄一些来

这个带颜色的烟雾之类的

然后呢 这个气流吹过去的时候呢

我通过观察这一个烟雾的轨迹形状

知道

这一个汽车来在高速行驶的时候呢

到底这个空气在汽车表面

这怎么动的

所以说呢 这一个呢 也是一样的

也是一样的

那么 这是在美国的风洞

我们国家的风洞

最先进的风洞

位于这个川西山区的绵阳那一块

这一块儿

中国空气动力发展研究中心

这一块的装备

亚洲最大的风洞群

也可以称得上世界上

最大的一个了

风洞群之一

那么在这一块呢 我们说它做了我们国家有关

航空

航天方面的所有的

风洞实验

几乎来都集中到它这儿的

这属于军工企业

军工企业

这是呢这一个

川西的这一个

风洞实验的那个

风洞实验室的

两个照片 两个照片 大家可以看一看

还有西南交通大学

他的这一个风洞呢

也是很有名的

所以呢 西南交通大学这一个风洞了 我们说了

1989年

就建成了

他这个风洞主要做什么呢？

桥梁

我们说每一个桥 现在呢

在建

施工之前了 一定要做风洞试验

不做的话 有可能呢

风一吹

把桥

就会吹垮了

还有一个呢 这个建筑物

高楼各种各样的建筑物呢 等等

另外 它有一个非常重要的西南交大

以铁路这一个

建设而闻名的

那么了就是

车辆的空气动力学实验

在它这做的

所以说呢 还有

就是防风

各种各样的防风

然后呢还有呢对大气环境的作用 环境动力学

需要做的实验

而且这个实验能力了

还是非常强的

还有一个吉林大学的这一个风洞实验

那吉林大学呢我们说来汽车

对它的长项

那么 在这个吉林大学的这个机电学院呢我们说了

就见了我们国家的这一个

专门做这个汽车的这个风洞实验的一个

实验室

那么 03年才开始了投入使用的

专业实验室

对汽车这是一个啦

的图片

还有汕头大学 汕头大学了

它建立这个风洞实验室

专门做这个高层建筑的

高层建筑我们知道这个高空的气流的速度了 还是比较大的

然后呢 为了研究他的这一个呢

在风里边的这一个呢

动力情况

那么我们说了 建立这一个

建筑用的这一个

高层建筑用的这一个了

风洞那么这一个呢 建的也比较早

1996年的

就实现验收了

当然 这个试验段的尺寸呢

跟实际的这个比起来了 要小很多

就是按比例缩小了

我们做风洞实验 不可能建一个 比如说

我们造这一个

波音777 你造那么大一个风洞

那不可能的

都是用模型

航天飞机了 也是用模型

来完成相关实验的

今天了

这一讲我们就到

谢谢大家