紙飛機不止是玩物,也是人類探索飛行原理的實驗樣本。
紙飛機的起源地被業界所能接受的推測是在中國,由於四大發明之一的紙為製作紙飛機提供了材料基礎,但能追溯到年代的紙飛機是西方在1909年製作。現代第一架實用意義的紙飛機是由約翰·K·諾斯羅普在1930年所製作的,他用紙飛機模擬測試來發現真實飛機的飛行原理。
紙飛機的飛行是基於什麼理論呢?接下來我們首先對紙飛機進行受力分析。
推力:扔紙飛機時手對它的推力(引擎)
阻力:飛機前進時,空氣與之相反的力
升力:由於前進,在主翼上產生向上的力
重力:紙飛機的全部重力
在客觀的受力前提下,基於伯努利原理、渦升力、慣性等物理現象支撐紙飛機的飛行原理。
伯努利原理
丹尼爾·伯努利在1726年提出了“伯努利原理”。這是在流體力學的連續介質理論方程建立之前,水力學所採用的基本原理,其實質是流體的機械能守恆。即:動能+重力勢能+壓力勢能=常數。其最為著名的推論為:等高流動時,流速大,壓力就小。
渦升力
三角翼的升力原理,扔出紙飛機時具有的動力,並且有一定的夾角,觸發機翼上產生環量,在環量的作用使得機翼下表面流體的速度低於上表面的流體速度,機翼下表面壓力高於上表面壓力,同時下表面的高壓氣流溢出至上表面,在下表面的流體運動到上表面時形成渦流對機翼上表面流體有一個加速並提高上表面流體速度,流體速度越快靜壓越低。這種渦升力與普通的升力共同構成了紙飛機的升力。
慣性
物質固有的力,是一種抵抗的現象,它存在於每一物體當中,大小與該物體相當,並儘量使其保持現有的狀態,不論是靜止狀態,或是勻速直線運動狀態。比如當你踢到球時,球就開始運動,這時因為這個球自身具有慣性,它將不停的滾動,直到被外力所制止,同理紙飛機亦然。
紙飛機原理運用:
1)在紙飛機機翼尾端適當的摺起弧角。
2)力求紙飛機在空氣中滑翔更久,就必須減低任何可形成阻力的可能性(非正式比賽,最好在做成紙飛機之後,用膠布把翼面上有重疊的紙張部位貼緊)
影響紙飛機的飛行因素:
1)飛機結構、紙張質料、機翼尾端弧角、機翼面積、飛機的重心、飛機的重量、投擲角度、投擲力量。
2)紙飛機構造上的要素有:翼、機頭較重(因升力作用在較後如機頭過輕不能平衡),整體重量適中,左右平衡,有尾翼或替代物。
紙飛機扔出後,可能出現下列幾種不平衡的偏向飛行及修正飛行的方法↓↓
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