Просмотр полной версии : Задача о самолете
rkhodjaev
20.01.2009, 14:02
Может быть решения различных логических задач поможет? Может я пишу не в тему, есть ли так извините. Мне сегодня одну задачку дали, долго думал и не смог решить. Прошу физиков и всех деятелей науки подсказать в каком направлении что искать.
Самолет (реактивный или винтовой) стоит на взлетной полосе с подвижным
покрытием (типа транспортера). Покрытие может двигается против
направления взлета самолета. Оно имеет систему управления, которая
отслеживает и подстраивает скорость движения полотна таким образом,
чтобы скорость вращения колес самолета была равна скорости движения
полотна. Вопрос: сможет ли самолет разбежаться по этому полотну и
взлететь?
сперва думал Да, потом нет....а дальше запутался :rolleyes:
Вопрос: сможет ли самолет разбежаться по этому полотну и
взлететь?
Не сможет. Подъемной силы нет, действующей на крылья, т.к. самолет не перемещается относительно окружающего его воздуха.
PS. я не физик. ;)
rkhodjaev
22.01.2009, 07:58
Jacky,
Не сможет. Подъемной силы нет, действующей на крылья, т.к. самолет не перемещается относительно окружающего его воздуха.
Я вчера знакомому звонил, он учится на летчика и сказал не сможет, так как нет силы тяжести.Но сомневался, говорит хотя точно не знаю, и попросил если узнаю информировать и его тоже ;)
самолет не перемещается относительно окружающего его воздуха.
А вот это можно более подробно....можно даже в через ПМ обсуждать.Спасибо за ответ.
Была эта задачка в одном из журналов.Физики все переругались,однозначного ответа так и не дали.Поэтому думаю,что и мы этого не узнаем,пока кто-нибудь реально не попробует сделать что-либо подобное(есть такая передача на ТВ"Разрушители мифов"-надо туда написать).
Поэтому думаю,что и мы этого не узнаем,пока кто-нибудь реально не попробует сделать что-либо подобное
Я конечно не физик. Но на основе своих инженерных знаний физики считаю, что если система идеальна (скорость дорожки - точно как в задаче), то самолет не взлетит, да. Не будет встречного потока воздуха, который необходим крыльям для создания подъемной силы. А вот с реальным макетом как раз могут быть проблемы из-за его неидеальности (хотя бы, ненулевое время от момента измерения текущей скорости колеса до момента разгона дорожки до такой же скорости).
он учится на летчика и сказал не сможет, так как нет силы тяжести.
Нет силы тяжести? Однако.
А вот это можно более подробно....можно даже в через ПМ обсуждать.
Да нет, я, в сущности, уже свои аргументы изложил, иных не имею. Разве что добавить можно, что подъемная сила возникает при определенных условиях при перемещении тела в потоке газа или жидкости. У нас в данном случае газ (воздух). Поскольку тело (конкретно крылья самолета) не перемещаются относительно воздуха, подъемная сила не возникает.
Посмотрите определения в любом учебнике физики, наверняка и в интернете это есть. В википедии какой-нибудь, например.
PS. выделил это обсуждение в отдельную ветку, т.к. к тренировке памяти всё же отношения не имеет эта задача.
Paul Kellerman
22.01.2009, 21:13
Эта задача - просто мегабоян :) Где только я не натыкался на нее за последние
5 лет, и везде ожесточенные споры :) Но я не поленюсь в N-ный раз свою точку
зрения изложить на этот безумно актуальный и практически значимый вопрос :)
Начнем с того, что самолет (винтовой или реактивный) очень сильно отличается
от автомобиля! Автомобиль движется за счет того, что двигатель через соответ-
ствующую трансмиссию приводит во вращательное движение колеса, а колеса
упираются в поверхность за счет силы трения, пропорциональной силы тяжести
и коэффициента трения. Колеса не проскальзывают при вращении (или почти не
проскальзывают). Колесо начинает вращаться и за счет сцепления с асфальтом
начинает перемещаться также и относительно асфальта. А самолет-то толкают
вперед не колеса! Они вообще нужны для того же, что и колеса у вагона поезда:
для снижения трения, чтобы локомотив меньше тратил сил на "таскание" вагона.
Также как вагоны тащит локомотив, самолет тащит вперед либо тяга, создавае-
мая вращением винта, либо толкает реактивная струя, и при условии, что шасси
достаточно хорошо смазаны они либо будут в "двойном" темпе вращаться, а точ-
нее в темпе, который будет "складываться" из движения вперед самолета относи-
тельно воздуха и движения транспортера назад относительно воздуха, но "двой-
ной" темп вращения колес запрещен условием задачи за счет некоей надуманной
системы подстройки скорости движения полотна, либо колеса помимо вращения
еще будут постоянно проскальзывать и тогда эта "подстройка" будет совершенна
неадкватна реальной скорости движения самолета относительно воздуха, и если
двигатели достаточные мощные и смогут преодолеть силу трения скольжения, то
самолет легко разгонится и улетит. Короче говоря, ключевая мысль: самолету не
нужно упираться колесами во что-то твердое, неподвижное, нескользкое, от чего
он мог бы отталкиваться и ехать. Его тянут вперед и разгоняют совсем иные силы.
ненулевое время от момента измерения текущей
скорости колеса до момента разгона дорожки до такой же скорости
Очень важное замечание. Действительно, на измерение и разгон полотна до
требуемой "противоположной" скорости тоже нужно время. Но на самом деле
даже при идеальной системе подстраивания (с мгновенной подстройкой ско-
рости полотна) самолет все равно улетит, с дымящимися от трения шасси :)
Похоже, тут вращающиеся колеса всё усложняют. Почему бы не поставить самолет на лыжи с сохранением всех прочих условий задачи?
Paul Kellerman
22.01.2009, 21:34
В случае лыж непонятно, как приспособить систему подстройки скорости течения,
а без подстройки задача упрощается совсем, и поэтому с колесами интереснее :)
На самом деле, как я понимаю смысл задачи, суть "подстройки" в том, чтобы удерживать самолет на месте.
Поэтому можно определить, что скорость встречного движения полотна должна попросту выводить "в ноль" ту скорость, которую этот самолет развил бы в каждый конкретный момент при данной тяге, если бы он стоял на обычной неподвижной взлетной полосе. Разумеется, скорость имеется в виду относительно наблюдателя, который находится рядом с этой самой неподвижной полосой. Но это как бы очевидно.
А замена колес на лыжи, думаю, вполне правомерна, т.к. в реальности самолеты могут взлетать и с лыж и с колес.
Я люблю упрощать. :)
Paul Kellerman
22.01.2009, 22:00
Нет, суть подстройки по условию задачи - "компенсировать" вращение колес и
это может удержать автомобиль, но никак не самолет. Если колеса проскальзы-
вают (а самолету в отличие от автомобиля абсолютно наплевать на это), тогда
"компенсация" не удержит самолет на месте. Он протащится, скользя, и улетит.
Замена колес на лыжи возможна по жизни, но некорректна для условий задачи.
Ммм, я бы сказал, что вариант с проскальзывающими колесами неинтересен. Если силы тяги будет достаточно для скольжения, причем с ускорением для развития необходимой подъемной силы на крыльях, то он улетит. Конечно.
Но я полагаю, что условия задачи проскальзывания не предусматривают.
PS. коллеги, а тут физики есть? Может кто-нибудь диссертацию пишет по этой теме, насчет самолета? :D
Кстати, почему-то при обсуждении этой задачи сразу делается допущение, что набегающий поток воздуха может создаваться только при движении самолета, то есть когда воздух неподвижен, а самолет, наоборот, движется. Однако двигатели самолета сами создают набегающий поток воздуха даже, если самолет неподвижен. Если самолет сверхлегкий, а двигатели сверхмощные, то самолет сможет оторваться от беговой дорожки.
mike_123
23.01.2009, 00:31
За счет чего взлетает самолет?
- За счет подъемной силы.
За счет чего возникает подъемная сила?
- За счет движения крыльев вперед, за счет чего создается разреженный потока воздуха (т.е. возникает разность давлений над крылом и под крылом) и сооответственно крыло тянет вверх. А за ним и весь самолет.
ТАк ведь?
Для того, чтобы подъемная сила была достаточной - нужно, чтобы самолет двигался вперед, относительно воздушного потока, с хотя минимальной бы своих характеристик скоростью.
Вообще говорят, что у летчиков понятие скорости - это скорость относительно воздушного потока, а не Земли.
=>
Если самолет сможет набрать скорость относ. воздушного потока => взлетит.
нет => нет
Теперь вопрос - как набрать эту скорость?
- оттолкнуться от чего нибудь.
От чего? От воздуха? от Земли?
Земля абсолютно скользкая и весь импульс по отталкиванию нашему вперед принимает и, по третьему закону ньютона - действие равно противодействию. Короче съедает.
Так? Весь ли?
Если весь - Значит не взлетит...
А если не весь, то почему не весь?
Мы отталкиваем воздух назад. Сами получаем импульс вперед. Куда он девается? НА толкание земли назад?? так она сама едет назад.
Похоже весь импульс уходит в трение.
А если трение идеальное? Тогда скорость бега Земли назад бесконечная...
Т.е. при трении -> 0 скорость будет -> бесконечности
Походу не взлетит
За счет чего возникает подъемная сила?
- За счет движения крыльев вперед
***
Вообще говорят, что у летчиков понятие скорости - это скорость относительно воздушного потока, а не Земли.
Если скорость не относительно земли, а относительно воздушного потока, то крыльям самолета не обязательно двигаться вперед относительно земли, достаточно двигаться вперед относительно воздушного потока, создаваемого двигателями.
mike_123
За счет чего взлетает самолет?
- За счет подъемной силы.
Все верно.
За счет чего возникает подъемная сила?
- За счет движения крыльев вперед
А вот это не совсем. За счет относительного движения самолета и воздушного потока. Здесь множество вариантов. Может самолет двигаться, а воздух - стоять, а может наоборот. А могут и тот и другой двигаться (что на практике и происходит). Главное, чтобы относительное движение потока воздуха и самолета превысило некоторую критическую величину, чтобы разности давлений над крылом и под крылом было достаточно, чтобы подъемная сила, обусловленная разностью этих давлений, превысила бы силу тяжести.
Вот поэтому и
Вообще говорят, что у летчиков понятие скорости - это скорость относительно воздушного потока, а не Земли.
Если самолет сможет набрать скорость относ. воздушного потока => взлетит.
нет => нет
Абсолютно верно.
Теперь вопрос - как набрать эту скорость?
- оттолкнуться от чего нибудь.
От чего? От воздуха? от Земли?
Теоретически можно еще воздушный поток ускорить каким-нибудь внешним супер-вентилятором или проходящим мимо тайфуном :) Но чтобы взлетел реальный пассажирский самолет нужно такой «ураганчик» - посильнее «Катрины. При этом нужно иметь в виду, что после взлета для продолжения полета самолет должен поддерживать эту относительную скорость относительно воздушного потока. Не получится поставить супер-мощный вентилятор напротив самолета, взлететь и благополучно полететь – как только самолет окажется вне «зоны действия» такого вентилятора, он благополучно упадет. Поэтому оказывается, что на практике набрать необходимую относительную скорость самолета и воздушного потока можно только разогнав самолет относительно земли на довольно большую скорость (сотни км\ч).
Так что ответ на задачу: теоретически самолет может взлететь, но даже теоретически у него мало шансов «полететь» - слишком много еще дополнительных условий нужно для такого полета. Практически же шансов даже взлететь мало. Кстати, об этом можно догадаться совершенно не владея физикой, а только лишь логикой. Зачем делают длиннющие взлетно-посадочные полосы (на них тратится значительная доля средств бюджетов аэропортов), зачем удлиняют полосы авианосцев (что делает их ужасно дорогими, а, главное!, менее маневренными и уязвимыми), если можно поставить транспортер и спокойно «с места» взлетать?
Добавлено через 6 минут 10 секунд
VAR
Кстати, почему-то при обсуждении этой задачи сразу делается допущение, что набегающий поток воздуха может создаваться только при движении самолета, то есть когда воздух неподвижен, а самолет, наоборот, движется. Однако двигатели самолета сами создают набегающий поток воздуха даже, если самолет неподвижен. Если самолет сверхлегкий, а двигатели сверхмощные, то самолет сможет оторваться от беговой дорожки.
Даже планеру трудно оторваться от земли без горизонтальной составляющей движения относительно земли.
Если самолет сверхлегкий, а двигатели сверхмощные, то самолет сможет оторваться от беговой дорожки
Думаю, можно с уверенностью сказать, что ни один современный гражданский и военный самолет такими техническими возможностями не располагает.
Добавлено через 34 минуты 14 секунд
Прочитал внимательно условие задачи:
Самолет (реактивный или винтовой) стоит на взлетной полосе с подвижным
покрытием (типа транспортера). Покрытие может двигается против
направления взлета самолета. Оно имеет систему управления, которая
отслеживает и подстраивает скорость движения полотна таким образом,
чтобы скорость вращения колес самолета была равна скорости движения
полотна. Вопрос: сможет ли самолет разбежаться по этому полотну и
взлететь?
Оказывается, в задаче еще не постулируется, что самолет стоит относительно земли. То есть спрашивается может ли он "разбежаться по полотну". То есть сможет ли система управления, "которая
отслеживает и подстраивает скорость движения полотна таким образом,
чтобы скорость вращения колес самолета была равна скорости движения
полотна" удержать нулевую скоростб самолета относительно земли. Как специалист по теории управления скажу, что информации из условий задачи не достаточно для ответа на этот вопрос. Почти все зависит от закона регулирования - как именно система управления изменяет скорость траспортера при изменении скорости вращения колес. Кроме того, оказывают влияние физические характеристики устройств в цепи управления: какова инерционность датчика и т.п. Если колеса самолета вращаются с постоянным ускорением (имеются в виду ведь угловое?), то возможно создать систему управления, которая не даст самолету сдвинутся с места более чем на несколько метров. Абсолютно удержать его неподвижно будет сложно, но не дать набрать большую скорость в одну сторону - легко :) Этого будет достаточно, чтобы 99,9% существующих самолетов не взлетели.
Team_Leader
23.01.2009, 09:41
Господа.
Мы тут забываем про один очень важный момент - т.н. эффект "аэроднамического экрана".
Начнем стого, что я полностью согласен с аргументами PavelAR.
Во вторых - Дело в том, что, даже если предположить, что удасться создать противожействие движению самолета движением транспортера - мы забываемоб аэжродинамических свойствах воздуха. Транспортер, движущийса относительно крыльев самолета все расно будет нагнетать встречный поток воздуха на крылья. При этом, при близком расположении крыльев над землей - подъемная сила значительно усилиться за счет экранного эффекта, то есть самолет поднимется в воздух или его давление на транспортер уменьшится на стоько, что позволит в любом случае начать колесам проскальзывать. Самолет начнет как инимум "прыгать" по полотну и постепенно все равно наберет скорость.
А нагнетание воздуха транспортером все равно начнется, так как самолет в любом случае разгонится до больших скоростей - следовательно и транспортер достигнет как минимум взлетной скорости.
Textilshik, транспортер не разгонится, т.к. не разгонится самолет, которому помешает разогнаться транспортер.
Да и движение воздуха, создаваемое транспортером, кажется на порядки ниже величины, необходимой для создания подъемной силы.
Textilshik
Ну допустим транспортеру удастся нагнать "встречный поток воздуха на крылья" достаточный, для возникновения подъемной силы, достаточной для преодоления силы тяжести, в чем лично я сильно сомневаюсь. Самолету удастся оторвать шасси от транспортера. При этом сразу же уменьшится его скорость относительно воздушного потока (чем выше от транспортера, тем меньше воздушный поток, им (транспортером) нагоняемый). В результате самолет тут же упадет назад на транспортер. Мгновенно сцепиться с полотном колесами он не сможет (да и скорость вращения самих шасси упадет). Пока он не сцепится - будет проскальзывание, в результате которого он (самолет) будет двигаться назад по полотну. Поэтому в результате этого падения его, скорее всего, отбросит назад. Как при этом "он постепенно наберет скорость" совершенно непонятно.
Теоретически можно еще воздушный поток ускорить каким-нибудь внешним супер-вентилятором.
Этим супер-вентилятором и являются двигатели самолета
VAR
Этим супер-вентилятором и являются двигатели самолета
Нет таких двигателей, чтобы заставить воздушные массы двигаться относительно самолета со скоростью несколько сотен километров в час :) Они горизонтальную то тягу при взлете обеспечивают на предельных мощностях :)
И если бы была возможность взлетать "с места", прямо создавая нужную для подъемной силы аэродинамическую обстановку с помощью двигателей, а не опосредованно с помощью их путем разгона самолета относительно земли, то авианосцы были бы куда более компактны, маневренны, и защищены, а самолеты можно было использовать как вертолеты с вертикальным взлетом :)
VAR
Нет таких двигателей, чтобы заставить воздушные массы двигаться относительно самолета со скоростью несколько сотен километров в час :) Они горизонтальную то тягу при взлете обеспечивают на предельных мощностях :)
Разве Вы не знаете, что в физических задачах есть любые двигатели :)
Chief CLMiS
23.01.2009, 19:49
Как указано в условии задачи и отметили некоторые участники дискуссии, задача разбивается на две подзадачи: разгон самолета и взлет. Просто часть участников пытается рассуждать что ли на "бытовом" уровне, привлекая свой жизненный опыт :). С разгоном проблем нет - импульс от двигателей почти полностью будет передаваться самолету. Со взлетом сложнее, так как в любом случае опираться всему самолету (а не только колесам) придется на движущуюся в обратном направлении поверхность транспортера (хотя многим кажется, что он при полете опирается на воздух, это не совсем верно, потому что через воздух самолет все равно опирается на землю). Дальше надобно расписать все силы и импульсы в системе. Реакция опоры на земле в данном случае будет направлена не перпендикулярно вниз, а под некоторым углом в направлении движения самолета. Т.е. и опираться он будет не на всю величину реакции опоры, а на величину нормальной составляющей данного результирующего вектора. Поэтому чтобы взлететь, ему надо, чтобы эта нормальная составляющая результирующего вектора была равна или больше подъемной силы, необходимой для взлета.
Добавлено через 3 часа 5 минут 28 секунд
Полагаю, что тангенс угла наклона этого результирующего вектора пропорционален соотношению ускорения самолета и ускорения свободного падения. Т.е. получается: 1) самолет может взлететь, если разогонится с любым ускорением до нужной ему для взлета скорости V (относительно неподвижного воздуха), а дальше перестанет разгоняться, просто поддерживая нужную скорость; когда ускорение упадет до нуля - он взлетит. 2) Самолет может взлететь с положительным ускорением, если при этом его скорость будет выше скорости V пропорционально соотношению ускорения самолета и ускорения свободного падения (в предположении линейной зависимости подъемной силы крыльев самолета от его скорости).
С разгоном проблем нет - импульс от двигателей почти полностью будет передаваться самолету.
Это только в том случае, если двигатель реактивный. Если реактивной тяги нет, разгона не будет.
И причем здесь сила реакции опоры? Самолету, чтобы взлететь нужно преодолеть собственную силу тяжести, как при этом будет направлена сила реакции опоры (которая, кстати, имеет вертикальную составляющую "вверх", противоположную силе тяжести).
Т.е. и опираться он будет не на всю величину реакции опоры, а на величину нормальной составляющей данного результирующего вектора.
Но эта самая "нормальная" вертикальная составляющая реакции опоры равна силе тяжести, в случае отсутствия подъемной силы. Когда появляется подъемная сила, но еще не достаточная для взлета (меньше силы тяжести), то эта самая вертикальная составляющая реакции опоры уменьшается на эту величину подъемной силы.
(в предположении линейной зависимости подъемной силы крыльев самолета от его скорости).
Там далеко не все так просто. Чем больше подъемная сила, тем больше и сопротивление воздушного потока движению самолета. Для оптимальных углов атаки (наивысшем аэродинамическом качестве) зависимость подъемной силы от скорости самолетов далеко нелинейна.
Chief CLMiS
27.01.2009, 18:03
Если реактивной тяги нет, разгона не будет
Реактивная тяга будет всегда - это же самолет. Порция воздуха (газов) вылетает в одну сторону, самолет получает импульс равный по модулю и противоположный по направлению.
самая вертикальная составляющая реакции опоры уменьшается на эту величину подъемной силы
Я имел в виду не реакцию опоры под колесом, а реакцию опоры всего самолета (точнее - всей поверхности самолета). Когда самолет не касается колесами подстилающей поверхности, он все равно на нее опирается.
зависимость подъемной силы от скорости самолетов далеко нелинейна
Если точнее - она квадратична.
На форуме физфака МГУ приведено одно вполне адекватное решение данной задачи http://www.dubinushka.ru/forums/lofiversion/index.php/t183-0.html
Chief CLMiS
Реактивная тяга будет всегда - это же самолет.
Далеко не каждый самолет имеет реактивную тягу, необходимую для взлета. Взлетать только засчет реактивной тяги очень неэкономично. Да это и не совсем характерно для самолета. Самолет может взлететь вообще без реактивной тяги - только засчет винтов. В задаче не говорится о наличии необходимой рективной тяги.
На форуме физфака МГУ приведено одно вполне адекватное решение данной задачи
Сила тяги ничем по условию задачи не ограничена, а сила трения имеет максимум, равный силе трения скольжения (МЮ на N).
Не бывает самолетов с неограниченной силой тяги.
Если МЮ не бесконечно, то, значит, взлетит. Как видите, транспортер пока вообще ни причем. Если на транспортере сделать зубчатое покрытие, а колеса превратить в шестеренки, то это эквивалентно бесконечному МЮ, и только в этом случае самолет НЕ ВЗЛЕТИТ.
Вот, а что мешает это сделать? Условие задачи?
Добавлено через 13 минут 39 секунд
Итак, по-моему, самое разумное "решение" этой задачи.
1. Самолет взлетит, если наберет необходимую скорость относительно воздуха.
2. Это вряд ли случится, если самолет будет покоиться относительно земли. То есть если система управления каким то образом будет справляться со своей целью (удерживать самолет неподвижно). Итак, если самолет покоится относительно земли, то он вряд ли взлетит. "Вряд ли" а не "совсем не взлетит" потому что существует теоретическая возможность взлететь "с места" если самолет окружить очень мощными вентиляторами, которые будут гнать мимо него воздух с необходимой для взлета скоростью.
3. Сможет ли система управления удержать самолет от набора скорости? При некоторых условиях сможет. Если сконструировать паркет так, чтобы сила трения скольжения превышала бы максимальную силу тяги самолета. Этого вполне можно добиться.
4. Из условий задачи однозначно не следует ни то, что самолет взлетит, ни то, что он не взлетит. Различные варианты уточнения этих условий (наличие рективной тяги, необходимого паркета и т.п.) приводят к различным вариантам этой задачи, имеющим разное решение.
Chief CLMiS
28.01.2009, 23:00
Самолет может взлететь вообще без реактивной тяги - только засчет винтов. В задаче не говорится о наличии необходимой рективной тяги.
Как вы помните, реактивная сила - сила реакции, то есть обратного действия. Все самолеты в конечном итоге приводятся в движение реактивной силой. Если самолет винтовой, то тогда винт направляет назад поток воздуха - возникает реактивная сила, направленная в противоположную сторону, т.е. влекущая самолет вперед. Наверное у многих применительно к авиации название "реактивный" ассоциируется исключительно с самолетами на реактивных двигателях. Сам же взлет возникает, и это очевидно, уже на ином эффекте, этот факт не оспаривается.
Не бывает самолетов с неограниченной силой тяги.
Естественно. Просто конкретное конечное значение в условии все-таки не задано.
Вот, а что мешает это сделать? Условие задачи?
Мне также кажется, что вариант рассмотрения перемещения колес-шестеренок по зубчатому покрытию может быть корректен, так как в этом случае колеса никогда не будут проскальзывать относительно покрытия, что полностью согласуется с условиями задачи.
Это вряд ли случится, если самолет будет покоиться относительно земли. То есть если система управления каким то образом будет справляться со своей целью (удерживать самолет неподвижно)
Целью системы управления не является удержание самолета неподвижным, она несколько иная, совсем не эквивалентная указанной вами, почитайте внимательнее условие - "...Оно имеет систему управления, которая отслеживает и подстраивает скорость движения полотна таким образом, чтобы скорость вращения колес самолета была равна скорости движения полотна". Про скорость самолета относительно воздуха и относительно земли не сказано.
существует теоретическая возможность взлететь "с места" если самолет окружить очень мощными вентиляторами,
Можно много чего еще придумать, чтобы таки заставить его взлететь :) Однако этого дополнительного источника энергии, очевидно, нет в условии задачи. Это только дальнейшее ветвление решений задачи - зачем оно? Попробуем разобраться хотя бы с вариантами, возникающими в данной имеющейся системе :)
Chief CLMiS
Как вы помните, реактивная сила - сила реакции, то есть обратного действия.
Нет, реактивная сила - это сила, образованная реактивной струей рабочего тела. Обусловлена законом сохранения импульса. Когда человек с лодки прыгает на берег - лодка движется в противоположном направлении благодаря этой самой реактивной силе. Рабочим телом является человек, а струей - его прыжок :) А вот сила, толкающая лодку при гребле веслами, совсем не реактивная. Она обусловлена не тем, что из лодки что то с определенной скоростью выходит, а механической работой человека веслами.
Все самолеты в конечном итоге приводятся в движение реактивной силой. Если самолет винтовой, то тогда винт направляет назад поток воздуха - возникает реактивная сила, направленная в противоположную сторону, т.е. влекущая самолет вперед.
Нет, в случае винтового самолета с поршневым двигателем тяга, как и у лодки с веслами обусловлена работой винта. Закон сохранения импульса и реактивная сила здесь совершенно не при чем. Поток воздуха, направляемый винтом назад (так же как поток воды, загребаемый веслами у лодки), не принадлежит самолету (в отличии от вылетаемой струи рабочего тела или человека, прыгающего с лодки). Следовательно и системы, которая распадается на части, которые движутся в разные стороны (чтобы выполнялся закон сохранения импулса) нет. Это принципиальное отличие реактивной тяги от тяги, создаваемой механической работой внутри самой системы (работой винта).
Наверное у многих применительно к авиации название "реактивный" ассоциируется исключительно с самолетами на реактивных двигателях. Сам же взлет возникает, и это очевидно, уже на ином эффекте, этот факт не оспаривается.
При взлете может участвовать только винтовая тяга, или только реактивная, а так же и та и другая одновременно (газотурбинные двигатели - наиболее распространенные). Преимущества винтовой тяги - экономичность, однако динамические характеристики хуже, и при больших скоростях малоэффективна, реактивная тяга, что и понятно, много "ест" рабочего тела.
Целью системы управления не является удержание самолета неподвижным, она несколько иная, совсем не эквивалентная указанной вами, почитайте внимательнее условие - "...Оно имеет систему управления, которая отслеживает и подстраивает скорость движения полотна таким образом, чтобы скорость вращения колес самолета была равна скорости движения полотна". Про скорость самолета относительно воздуха и относительно земли не сказано.
Любая система управления, как правило, имеет конкретный практический смысл. Какой практический смысл несет данная система управления, кроме как не удержать самолет на месте относительно земли? Какой смысл контролировать скорость движения полотна всоответствии со скоростью вращения колес?
Попробуем разобраться хотя бы с вариантами, возникающими в данной имеющейся системе
Ну вот я выдвинул, вроде бы, бесспорные утверждения. Есть еще что добавить\поспорить?:)
Chief CLMiS
29.01.2009, 22:13
Нет, реактивная сила - это сила, образованная реактивной струей рабочего тела.
Хорошо. В этой части согласен :) Просто в некоторых источниках приводятся озвученный мной вариант опеделения термина реактивная сила. Большинство же сходится на озвученном вами варианте.
Если реактивной тяги нет, разгона не будет.
Не верно и бездоказательно. Для данной конкретной задачи не важно, какой тип двигателя создаст самолету горизонтально направленную тягу. Она (тяга) никоим образом не связана ни с шасси, ни с подстилающим покрытием.
Любая система управления, как правило, имеет конкретный практический смысл.... Какой смысл контролировать скорость движения полотна всоответствии со скоростью вращения колес?
Как вы знаете, в любой области знаний (особенно это касается такой близкой вам науки как математика) существуют задачи, частично или в целом не имеющие практического смысла, но при этом не утрачивающие теоретическую ценность. Перевод задачи в данную плоскость угрожает переходу к обсуждению уже скорее философских, нежели физических вопросов :)
Какой практический смысл несет данная система управления, кроме как не удержать самолет на месте относительно земли?
Это ваши домыслы :) Цель системы управления ясно изложена в условии задачи.
Ну вот я выдвинул, вроде бы, бесспорные утверждения
Выходит, что они запросто могут быть оспорены :)
Chief CLMiS
Не верно и бездоказательно. Для данной конкретной задачи не важно, какой тип двигателя создаст самолету горизонтально направленную тягу. Она (тяга) никоим образом не связана ни с шасси, ни с подстилающим покрытием.
Почему не верно? То утверждение было высказано на Вашу фразу:
С разгоном проблем нет - импульс от двигателей почти полностью будет передаваться самолету
Такой разгон, при котором импульс от струи рабочего тела будет полностью передаваться самолету, возможен только с реактивным двигателем. Самолету действительно, в принципе, без разницы, реактивный двигатель будет или нет (хотя с реактивным двигателем шансов взлететь больше) - многое зависит от соотношения сил трения и тяги. Но для истинности Вашего утверждения необходимо наличие реактивного двигателя.
Как вы знаете, в любой области знаний (особенно это касается такой близкой вам науки как математика) существуют задачи, частично или в целом не имеющие практического смысла, но при этом не утрачивающие теоретическую ценность. Перевод задачи в данную плоскость угрожает переходу к обсуждению уже скорее философских, нежели физических вопросов
Тут не о том речь. Назначение системы управления полотном здесь очевидно - удержать самолет на месте, в противном случае имеем искусственный и надуманный смысл этой самой "системы управления" и задача, как минимум, теряет красоту. Решение задачи зависит от двух фактов: удастся ли самолету взлететь "сместа" и удастся ли полотну удержать самолет на месте. На первый вопрос ответ отрицательный. На воторой не достаточно условий. В принципе, можно сделать систему управления полотном, удовлетворяющую заданным условиям (поддержание скорости движения полотна, равным линейной скорости обода колеса) и способную удержать самолет на месте. Для мощного самолета придется зазубривать полотно, а шины делать в виде шестерен. А для "кукурузника", скорее всего, даже просто зарезиненой поверхности и обычного протектора шин хватит, чтобы сила трения превысила незначительную винтовую тягу.
Выходит, что они запросто могут быть оспорены
И что Вы видите спорного?
Chief CLMiS
30.01.2009, 19:12
Назначение системы управления полотном здесь очевидно - удержать самолет на месте, в противном случае имеем искусственный и надуманный смысл этой самой "системы управления" и задача, как минимум, теряет красоту.
Очевидность Вами объективно так и не аргументирована. Как раз при таком назначении системы управления, как удержание самолета на месте, потерялась бы как красота и неординарность задачи, так и сама необходимость дальнейшего ее решения. Предлагаю подход "красиво/не красиво" не применять, а опираться исключительно на физику явлений.
На первый вопрос ответ отрицательный.
Как было указано выше - утверждение пока не обосновано законами физики, только "лирикой" :)
Предлагаю вернуться к самому решению задачи, например, начать пошаговое ее решение с подключением остальных физически мыслящих участников форума. :)
Paul Kellerman
30.01.2009, 21:17
начать пошаговое ее решение
Господа! Вам реально больше заняться нечем? Сколько можно мусолить задачу?
Я прочитал ссылку http://www.dubinushka.ru/forums/lofiversion/index.php/t183-0.html, которую
любезно предоставил Chief CLMiS, там все четко, грамотно и строго физически
изложено, и даже показаны основные заблуждения спорящих и некорректности в
постановке самой задачи. А "лирику" флеймить на этом можно до бесконечности.
Chief CLMiS
Решение задачи зависит от двух фактов: удастся ли самолету взлететь "сместа" и удастся ли полотну удержать самолет на месте. На первый вопрос ответ отрицательный.
Как было указано выше - утверждение пока не обосновано законами физики, только "лирикой"
Как это не обосновано? Не один раз уже, по-моему, обосновано. Если самолет не наберет определенную скорость относительно воздуха - он не взлетит. Набрать такую скорость, оставаясь неподвижным относительно земли практически нереально (нужен мощный тайфун, либо окружить самолет мощными вентилляторами). По-моему, с этим мало кто спорит. Выдвигались идеи по поводу того, что самолет сам может создать нужный поток воздуха относительно себя своими же вентилляторами - и, все-таки, взлететь "сместа". Это вряд ли можно. В противном случае самолетам не нужны были длинные взлетные полосы, если бы они, как вертолеты, могли взлетать вертикально.
Очевидность Вами объективно так и не аргументирована. Как раз при таком назначении системы управления, как удержание самолета на месте, потерялась бы как красота и неординарность задачи, так и сама необходимость дальнейшего ее решения.
Почему? Тогда бы наоборот, задача бы сводилась к тому, сможет ли самолет взлететь "сместа" и имела красивое и однозначное решение. И не было бы столько трепа вокруг нее. И условий было бы вполне достаточно для решения.
Предлагаю подход "красиво/не красиво" не применять, а опираться исключительно на физику явлений
Почему это не применять? Не надо путать теплое с мягким. Если задача поставлена так, что система управления призвана удержать самолет от набора скорости - одна задача, назову ее задача №1. И вполне корректная и достаточная формулировка с точки зрения теории управления. Если она просто "глупо" "поддерживает скорость полотная равной линейной скорости обода шасси" (назовем это задачей №2), то с точки зрения теории управления данная фраза полное дилетантство. Не указано ни динамических характеристик объекта управления (например, очень важный коэффициент трения шасси о поверхность), ни закона регулирования (как именно поддерживается постоянной скорость полотна) - все это вносит неопределенность, "раздваивает" задачу - что, конечно, снижает ее красоту. И говорить о красоте задачи в данном случае вполне корректно. Потому что мы ставим задачу, а не решаем ее. И физика явлений тут совершенно не при чем. Мы еще не решаем задачу, а только ставим ее. Поэтому в этом контексте Ваше утверждение:
Предлагаю подход "красиво/не красиво" не применять, а опираться исключительно на физику явлений. вылядит немного странно. Представьте, люди придумывают задачу на олимпиаду по физике, и кто то из них говорит: "Предлагаю подход "красиво/не красиво" не применять, а опираться исключительно на физику явлений."
Chief CLMiS
Предлагаю вернуться к самому решению задачи, например, начать пошаговое ее решение с подключением остальных физически мыслящих участников форума
Строгое решение некорректно поставленной задачи не всегда возможно. В данном случае любая такая попытка будет вносить некоторые допущения, необходимые для однозначности решения, но не взодящие в условие задачи. Самое лучшее решение именно поставленной задачи - это те четыре пункта, что я написал выше.
Chief CLMiS
02.02.2009, 21:54
оставаясь неподвижным относительно земли
Не один раз уже, по-моему, обосновано.
Снова перечитал ваши посты, но так и не нашел физического обоснования, почему же самолет останется неподвижным относительно земли. Не затруднит ли Вас все-таки процитировать ФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ своего утверждения о неподвижности самолета, или это так и останется лирическими домыслами и философскими рассуждениями?
Не указано ни динамических характеристик объекта управления (например, очень важный коэффициент трения шасси о поверхность), ни закона регулирования (как именно поддерживается постоянной скорость полотна) - все это вносит неопределенность, "раздваивает" задачу - что, конечно, снижает ее красоту
Конечно же это не только не снижает, а лишь ее усиливает. Чтобы не казалось, что сия задача есть что-то банальное, в чем исходя из условия только " "глупо" поддерживается скорость полотна, равная линейной скорости обода шасси", рекомендую ознакомиться с задачами, составленными и собранными Петром Леонидовичем Капицей для студентов Московского Физико-технического института http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/KAPITZA/KAPQUEST.HTM и его предварительным комментарием к ним. В нем (комментарии) в доступной форме изложены причины, по которым такие задачи ставятся зачастую именно в такой форме.
Chief CLMiS
Снова перечитал ваши посты, но так и не нашел физического обоснования, почему же самолет останется неподвижным относительно земли. Не затруднит ли Вас все-таки процитировать ФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ своего утверждения о неподвижности самолета, или это так и останется лирическими домыслами и философскими рассуждениями?
Вы понимаете разницу между утверждениями:
"Самолет не разгонится" и "Если самолет не разгонится, то он не взлетит"?
Теперь физическое обоснование того, что он может не взлететь (но не доказательство того, что из условий задачи непремено следует, что самолет не взлетит): если не будет проскальзывания между шасси и дорогой, то самолет не сможет набрать скорость. Это как заставить набрать скорость самолет с лыжами вместо шасси при бесконечной силе трения.
Конечно же это не только не снижает, а лишь ее усиливает. Чтобы не казалось, что сия задача есть что-то банальное, в чем исходя из условия только " "глупо" поддерживается скорость полотна, равная линейной скорости обода шасси", рекомендую ознакомиться с задачами, составленными и собранными Петром Леонидовичем Капицей для студентов Московского Физико-технического института http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/KAPITZA/KAPQUEST.HTM и его предварительным комментарием к ним. В нем (комментарии) в доступной форме изложены причины, по которым такие задачи ставятся зачастую именно в такой форме.
Во-первых, эти задачи Петра Леонидовича не претендуют на красоту формулировки. Они преследуют совсем другие цели - "тренировку в научном мышлении и вырабатывает в нем любовь к научным проблемам".
Во-вторых, формулировка нашей задачи в виде №1 гораздо лучше согласуется с соображениями Петра Леонидовича. Если сказать "существует система стабилизации самолета относительно земли, подстраивающая скорость движения полотна равной линейной скорости обода колеса", то студент задумается, какова должна быть такая система управления, и сможет ли она регулировать положение самолета без астатической ошибки (достаточной для набора скорости) и в каких случаях. В отличие от непонятно зачем данной "системы управления" с непонятной практической значимостью. Вот тут как раз студент будет рассматривать эту систему "как непонятную данность", которую надо принять как аксиому, что существенно сузит творческий поиск.
В-третьих, ни в одной из задач из списка Капицы я не нашел ни одной системы, ни одного механизма с непонятной с практической точки зрения "искусственной" целью.
В-четвертых, не надо путать "раздваивание" задачи вследствие недостаточности исходных данных, и неимение однозначного решения вследствие наличия научной проблемы.
Chief CLMiS
03.02.2009, 20:47
Не затруднит ли Вас все-таки процитировать ФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ своего утверждения о неподвижности самолета
Не смотря на подмену понятий при ответе
Теперь физическое обоснование того, что он может не взлететь
фраза
если не будет проскальзывания между шасси и дорогой, то самолет не сможет набрать скорость
также как и остальные до нее не является вообще никаким доказательством, а выражает лишь некоторое, пока не подтвержденное физически условие. И уж тем более оно не является доказательством неподвижности самолета.
Во-первых, эти задачи Петра Леонидовича не претендуют на красоту формулировки
Почему же должна претендовать на красоту формулировок задача, упомянутая в первом посте данной темы?
Вот тут как раз студент будет рассматривать эту систему "как непонятную данность", которую надо принять как аксиому, что существенно сузит творческий поиск
Как показала настоящая и иные доступные в сети дискуссии, точка зрения на условие задачи сильно зависит от субъекта, решающего задачу. Одному "данность", исходя из условия, может быть однозначно понятна, другому - по каким-то причинам не понятна.
Chief CLMiS
также как и остальные до нее не является вообще никаким доказательством, а выражает лишь некоторое, пока не подтвержденное физически условие. И уж тем более оно не является доказательством неподвижности самолета.
Нет и не может быть доказательства подвижности или неподвижности самолета. Подвижность или неподвижность самолета однозначно не следует из условий. Если тяга превысит силу трения, шасси начнут проскальзывать - и самолет может набрать необходимую для взлета скорость, если тяга не сможет превысить силу трения - самолет не разгонится и не взлетит.
Chief CLMiS
05.02.2009, 10:19
Нет и не может быть доказательства подвижности или неподвижности самолета
Еще интереснее, т.к. ранее Вы утверждали, что
Как это не обосновано? Не один раз уже, по-моему, обосновано
Далее
Если тяга превысит силу трения, шасси начнут проскальзывать
Не забываем, речь идет о колесе, которое может не только проскальзывать, но и катиться. Какую из нескольких возможных сил трения Вы имеете в виду?
Chief CLMiS
Еще интереснее, т.к. ранее Вы утверждали, что
Я обосновывал утверждение, что существуют условия, непротиворечащие условиям задачи, при которых самолет может не взлететь, а не то, что из условий задачи однозначно следует, что он не взлетит.
Не забываем, речь идет о колесе, которое может не только проскальзывать, но и катиться. Какую из нескольких возможных сил трения Вы имеете в виду?
Силу трения качения, конечно.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0_%D0%BF%D1%80% D0%BE_%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%82
saovu
В целом, все правильно написано. Только не упомянут вариант с зубчатым сцеплением колеса с полотном, который в принципе тоже не противоречит широкому условию задачи. В этом случае самолет вряд ли взлетит.
Jacky
PS. коллеги, а тут физики есть? Может кто-нибудь диссертацию пишет по этой теме, насчет самолета?
Самолет\АВИАЦИОННЫЙ ФОРУМ на AVIA_RU - Задачка взлетит-не взлетит.htm
Задачка эта была впервые рассмотрена всеми нами любимым архитектором – конструктором Джеромом Мерри, малоизвестным за пределами своей родины США, что, однако, не помешало ему создать много интересных конструкций, в том числе и авиационных. Например, поворотные коридоры аэропорта "Шереметьево-2" сконструированы им же. Пассажиры попадают из зала ожидания прямо в самолет, ничего не зная об этом замечательном американском авиаконструкторе.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ.
Приведенный текст задачи является переводом с английского, и содержит фразу «скорость вращения колес самолета была равна скорости движения полотна», которая трактуется по-разному участниками форумов. С точки зрение физики фраза построена неверно, а с точки зрения технических специалистов – это простое жаргонное выражение, обозначающее, что колесо катится по ленте практически без проскальзывания.
При взлете самолета с неподвижного транспортера проскальзывание будет порядка 1%. Движение ленты транспортера навстречу самолету в подавляющем большинстве случаев только увеличит проскальзывание – значит, система должна поддерживать нулевую скорость ленты транспортера все время для минимизации проскальзывания. Взлет самолета с неподвижной ленты транспортера не отличается от взлета с обычной взлетно-посадочной полосы.
Ответ: самолет может взлететь.
vBulletin® v3.8.8, Copyright ©2000-2025, vBulletin Solutions, Inc. Перевод: zCarot