Piłki w tunelu aerodynamicznym

  • Sprawdziliśmy w tunelu aerodynamicznym flyspot jak latają różne piłki
  • Żadna z nich nie zachowywała się stabilnie
  • Przeprowadzone symulacje wykazały, że niestabilność to naturalne zachowanie sfery
  • Doświadczenia pokazały, że odpowiednio mała i ciężka piłka może być stabilna

Wizyta w tunelu aerodynamicznym

Miałem niedawno okazję wybrać się do tunelu aerodynamicznego flyspot w Warszawie. Nie zrobiłem tam jednak tego co robią wszyscy odwiedzający: nie latałem. Spróbowałem natomiast sprawdzić jak w tunelu zachowają się piłki do koszykówki, siatkówki i tenisa. Chodziło o sprawdzenie, czy da się przewidzieć prędkość powietrza wystarczającą do uniesienia każdej z nich. Wyniki obliczeń jak i eksperymentów okazały się podobne i zbliżone do siebie dla wszystkich piłek. To znaczy, że stosunek masy do powierzchni przekroju musi być w nich podobny. Ciekawym problemem okazało się jednak niestabilność piłek w tunelu. Liczyliśmy, że zobaczymy pięknie lewitujące piłki, które będą stać praktycznie w miejscu. Nasze obserwacje były zgoła druzgoczące.

Piłki w tunelu aerodynamiczny

Żadna z badanych piłek nie była stabilna. Było to dla mnie co najmniej zaskakujące. Początkowo wiązałem to z niezbyt idealną sferycznością piłek i ich nieregularną powierzchnią. Sprawdziłem czy da się to jakoś wyjaśnić teoretycznie. Okazało się, że nawet najprostsze symulacje aerodynamiczne wykazują że niestabilność to naturalne zachowanie kuli w szybko poruszającym się płynie.

Symulacje aerodynamiczne

Spróbujcie sami posymulować: http://physics.weber.edu/schroeder/fluids/

Na tej stronie możecie wybrać kształt przeszkody i podstawowe parametry płynu. Sfera na początku symulacji będzie stabilna, ale po krótkim czasie zobaczycie przepływy nielaminarne, takie jak w pierwszej ilustracji. Strumienie powietrza po minięciu piłki spotykają się w pewnej odległości za nią, powodując powstawanie wirów i turbulencji.

Aerodynamika sfery

Okazuje się, że sfera nie jest najlepszym kształtem pod względem aerodynamiki. Na pewno wiedzieli o tym projektanci bomb lotniczych, rakiet i innych obiektów które musza szybko poruszać się w powietrzu czy wodzie. Zazwyczaj moają one kształt cygara z dołożonymi na końcu statecznikami. Na filmie zobaczycie jak w symulacji statecznik poprawia zachowanie sfery.

bomby lotnicze

Praktyka w tunelu

Wszelkie moje próby poprawienia stabilności piłek legły w gruzach. Niestety wiatr w tunelu jest tak duży, że żadna z moich tekturowo-plastikowych konstrukcji nie warta była nawet zamieszczenia na filmie. Okazało się jednak, że zmiana stosunku masy do powierzchni przekroju piłki ma ogromne znaczenie na stabilność piłki. Piłka tenisowa wypełniona ołowiem okazała się na tyle stabilna, że instruktorzy z flyspot byli w stanie grać nią w quidditcha!

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Możesz użyć następujących tagów oraz atrybutów HTML-a: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

By submitting this form, you accept the Mollom privacy policy.