luchtweerstand

hoi

wat heeft luchtdichtheid echt met luchtweerstand te maken?

*edit

sorry ik bedoel de luchtwrijving of is dat hetzelfde als luchtweerstand

[BlackWolf]

Weerstand en wrijving is in principe hetzelfde. Hangt af hoe erg je je erin verdiept. Maar goed, grotere dichtheid betekent meer moleculen in hetzelfde volume (of inhoud), wat dus betekent dat je meer massa per inhoud hebt, en heb je dus meer tegenwerkende kracht op een bepaald oppervlak en dus meer luchtweerstand.

In een simpel model geldt (lucht)wrijvingskracht ~ dichtheid van lucht/gas/vloeistof.

[Keith]

ratjeu schreef op 05-09-2006 @ 00:04 :
*edit

sorry ik bedoel de luchtwrijving of is dat hetzelfde als luchtweerstand

Nee, dat is niet hetzelfde. Wrijving wordt zoals het zegt veroorzaakt door het wrijven van dingen over elkaar. Luchtwrijving is dus enkel een onderdeel van luchtweerstand.

We gaan het even alleen hebben over lage snelheden, anders kan ik heel lang blijven typen.

Stel je voor dat er een continue stroom lucht over een vlakke plaat gaat. Deze stroom zal door de plaat niet worden afgebogen, maar omdat aan het oppervlak van de plaat en de lucht wrijving op elkaar uitoefenen zal de snelheid aan het oppervlak van de plaat nagenoeg nul zijn. Enkele milimeters van de plaat af is de stroom echter op z'n eigen snelheid. De invloed van wrijving op de luchtstroom is dus vrij klein.

Als je nou een ander voorwerp in een luchtstroom zet, bijvoorbeeld een vliegtuigvleugel waarvan de voorkant iets omhoog staat (hij staat dus achterovergeheld). Dan moet de lucht om de vleugel heen. Wat hier gebeurt is dat de lucht die de voorkant van de vleugel raakt wordt afgeremd en dus de druk wordt verhoogd. Deze lucht stroomt dan over het oppervlak van de vleugel, aan de bovenkant is de druk lager dan aan de onderkant. Als je al deze drukken integreerd over de oppervlakte van de vleugel, zie je dat er een grote kracht omhoog werkt en een kleine naaar achteren, lift en drukweerstand.

Tot slot kan je ook nog wave drag (vertaling?) hebben. Dit is bij een slechte aerodynamische stroming zoals bijvoorbeeld over een flatgebouw. Hier kan de lucht de lijnen van het gebouw niet volgen en aan de achterkant ontstaat een groot gebied van lucht die niet de stroming volgt maar turbulent is. Dit heb je zelf vast al wel eens gevoeld, het is ook waarom je jas zo wappert op de fiets, helaas zijn mensen ook niet heel aerodynamisch effectief en dus veroorzaken ook wij veel turbulente stroming. deze turbulente lucht heeft ook een lagere druk dan het geval zou zijn als de lucht wel de contouren zou volgen, en dit geeft dus ook weerstand.

Dit zijn geloof i kde drie belangrijkste componenten van de weestand.

Nou het effect van de dichtheid, die is eigenlijk alleszeggend. Omdat wrijving erg weinig invloed heeft op de algehele stroming wordt deze vaak genegeerd, dus al is de wrijving erg beinvloed door de dichtheid, heeft dat weinig invloed op je totale weerstand.

Voor de weerstand geldt bij een vliegtuigvleugel in feite:
D = 1/2ρV²SC_D
en bij een profiel (de doorsnede van een vleugel, dus een 2D object):
D' = 1/2ρV²cC_d
waarbij:
D = weerstand, drag;
D' = weestand per eenheid sapnbreedte, drag per unit span;
ρ = dichtheid, density;
V = snelheid van de vrijestroom lucht, freestream velocity;
S = oppervlakte van vleugel; wing surface area;
c = koorde (afstand voorkant vleugel tot achterkant), chord;
C_D = weerstandscoefficient vleugel, drag coefficient of wing;
c_c = weerstandscoefficient profiel, drag coefficient of airfoil.

Het invloed van de dichtheid LIJKT duidelijk. Maar dat is niet helemaal zo. De weestandscoefficienten zijn namelijk niet echt constant (ondanks de C/c). De weerstandscoefficienten zijn namelijk zelf afhankelijk van het Reynoldsgetal en het (vrijestroom) Machgetal.

Het (vrijestroom) Machgetal is gedefinieerd als (vrijestroom) snelheid gedeeld door de (vrijestroom) snelheid van geluid. De snelheid van geluid, a = wortel(γ*p/ρ ) waarbij γ een (ongeveer) constante is, voor lucht 1,4.

Het Reynoldsgetal is minder bekend, ik geloof dat de uitleg op http://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_number duidelijk genoeg is. Je ziet daar in ieder geval in de formule voor het getal weer de dichtheid tevoorschijn komen. Reynoldsgetallen hebben echter vooral een grote invloed bij wake drag. Het is namelijk erg bepalend voor of een stroom wel of niet het jusite pad blijft volgen.

Ik hoop dat ik het niet teveel uitwijd, maar ik ga nu in ieder geval proberen naar een concreet punt toe te werken. Terug naar het Machgetal:
M = V/a = V/wortel(γ*p/ρ ) = V*wortel(ρ )/wortel(γ*p)

Hier zie je dat een lagere dichtheid een lager Machgetal geeft.Dit is heel belangrijk voor de civiele luchtvaart (de Airbussen, Boeings etc.), omdat deze redelijk snel vliegen zitten ze gauw tegen Mach 1 aan. Zodra je bij Mach 1 in de buurt komt zul je merken dat er op bepaalde plaatsen op het vliegtuigen kleine schokgolfjes ontsaat (met het juiste licht kan je deze zelf zien, dus altijd aan de vleugel gaan zitten!) maar deze geven ook veel weerstand. Dus wil je eigenlijk op een snelheid vliegen waar je hier niet teveel last van hebt. Maar tegelijkertijd wil je wel zo snel mogelijk van A naar B. Dit is makkelijk gedaan door hogerop te gaan vliegen, waar de lucht minder dicht is, en je dus met een hogere snelheid onder Mach 1 kan blijven.

Dit is overigens niet de enige reden om zo hoog te vliegen, weerseffecten zijn om 10km over het algemeen veel minder wisselvallig en de ijlere lucht geeft sws al minder weerstand ook als je schokgolven buiten beschouwing laat.