Cara Menghitung Gaya Angkat

Apakah Anda sedang mempelajari penerbangan burung yang mengepakkan sayapnya untuk naik ke langit atau naiknya gas dari cerobong asap ke atmosfer, Anda dapat mempelajari bagaimana benda mengangkat diri melawan gaya gravitasi untuk mempelajari lebih baik tentang metode ini "penerbangan."

Untuk peralatan pesawat dan drone yang terbang di udara, penerbangan juga bergantung pada mengatasi gravitasi sebagai perhitungan kekuatan udara terhadap benda-benda ini sejak Wright bersaudara menemukan invented pesawat terbang. Menghitung gaya angkat dapat memberi tahu Anda berapa banyak gaya yang dibutuhkan untuk mengirim benda-benda ini ke udara.

Benda-benda yang terbang di udara harus berhadapan dengan kekuatan udara yang diberikan terhadap diri mereka sendiri. Ketika benda bergerak maju melalui udara, gaya hambat adalah bagian dari gaya yang bekerja sejajar dengan aliran gerak. Lift, sebaliknya, adalah bagian dari gaya yang tegak lurus terhadap aliran udara atau gas atau cairan lain terhadap objek.

Pesawat buatan manusia seperti roket atau pesawat menggunakan persamaan gaya angkat

untuk gaya angkatL, koefisien angkatC_L, massa jenis bahan di sekitar bendaρ("rho"), kecepatanvdan daerah sayapSEBUAH. Koefisien angkat meringkas efek dari berbagai gaya pada benda di udara termasuk viskositas dan kompresibilitas udara dan sudut tubuh sehubungan dengan aliran membuat persamaan untuk menghitung angkat banyak lebih sederhana.

Para ilmuwan dan insinyur biasanya menentukanC_Lsecara eksperimental dengan mengukur nilai gaya angkat dan membandingkannya dengan kecepatan benda, luas sayap dan massa jenis bahan cair atau gas yang dibenamkan benda. Membuat grafik lift vs. jumlah (v² A)/2akan memberi Anda garis atau kumpulan titik data yang dapat dikalikan denganC_Luntuk menentukan gaya angkat dalam persamaan gaya angkat.

Metode komputasi yang lebih maju dapat menentukan nilai koefisien angkat yang lebih tepat. Ada cara teoretis untuk menentukan koefisien lift. Untuk memahami bagian dari persamaan gaya angkat ini, Anda dapat melihat turunan dari rumus gaya angkat dan bagaimana koefisien gaya angkat dihitung sebagai akibat dari gaya-gaya udara ini pada suatu benda yang mengalami gaya angkat.

Untuk menjelaskan banyak sekali gaya yang mempengaruhi benda yang terbang di udara, Anda dapat menentukan koefisien angkatC​_L sebagai

untuk gaya angkatL, luas permukaanSdan tekanan dinamis fluidaq, biasanya diukur dalam pascal. Anda dapat mengubah tekanan dinamis fluida menjadi rumusnya

​mendapatkan​

di manaρadalah densitas fluida dankamuadalah kecepatan aliran. Dari persamaan ini, Anda dapat mengatur ulang untuk mendapatkan persamaan gaya angkat.​

Tekanan fluida dinamis dan luas permukaan yang bersentuhan dengan udara atau fluida keduanya juga sangat bergantung pada geometri benda di udara. Untuk benda yang dapat didekati sebagai silinder seperti pesawat terbang, gaya harus merentang keluar dari badan benda. Jadi, luas permukaan adalah keliling benda silinder dikalikan tinggi atau panjang benda, memberikan AndaS = C x h​.

Anda juga dapat menginterpretasikan luas permukaan sebagai produk dari ketebalan, jumlah luas dibagi dengan panjang,untuk, sehingga, ketika Anda mengalikan ketebalan kali tinggi atau panjang objek, Anda mendapatkan luas permukaan. Pada kasus iniS = t x h​.

Rasio antara variabel luas permukaan ini memungkinkan Anda membuat grafik atau mengukur secara eksperimental perbedaannya untuk mempelajari how pengaruh gaya di sekitar keliling silinder atau gaya yang bergantung pada ketebalan bahan. Metode lain untuk mengukur dan mempelajari benda-benda di udara menggunakan koefisien angkat ada.

Ada banyak cara lain untuk mendekati koefisien kurva angkat. Karena koefisien angkat harus terdiri dari banyak faktor berbeda yang memengaruhi penerbangan pesawat, Anda juga dapat menggunakannya untuk mengukur sudut yang mungkin diambil pesawat terhadap tanah. Sudut ini dikenal sebagai angle of attack (AOA), diwakili olehα("alpha"), dan Anda dapat menulis ulang koefisien lift

Dengan ukuran iniC_Lyang memiliki ketergantungan tambahan karena AOA, Anda dapat menulis ulang persamaan sebagai

dan, setelah menentukan gaya angkat secara eksperimental untuk satu AOA spesifik, Anda dapat menghitung koefisien angkat umum C_L. Kemudian, Anda dapat mencoba mengukur AOA yang berbeda untuk menentukan nilaiC_L0danCL​_​α​ akan sangat cocok.Persamaan ini mengasumsikan bahwa koefisien lift berubah secara linier dengan AOA sehingga mungkin ada beberapa keadaan di mana persamaan koefisien yang lebih akurat mungkin lebih cocok.

Untuk lebih memahami AOA tentang gaya angkat dan koefisien angkat, para insinyur telah mempelajari bagaimana AOA mengubah cara pesawat terbang. Jika Anda membuat grafik koefisien angkat terhadap AOA, Anda dapat menghitung nilai positif kemiringan, yang dikenal sebagai kemiringan kurva angkat dua dimensi. Namun, penelitian telah menunjukkan bahwa setelah beberapa nilai AOA,C​_​L​ nilai menurun.

AOA maksimum ini dikenal sebagai titik berhenti, dengan kecepatan dan maksimum yang sesuaiC_Lnilai. Penelitian tentang ketebalan dan kelengkungan material pesawat telah menunjukkan cara menghitung nilai-nilai ini ketika Anda mengetahui geometri dan material dari objek di udara.

NASA memiliki applet online untuk menunjukkan bagaimana persamaan angkat berdampak pada penerbangan pesawat. Ini didasarkan pada kalkulator koefisien angkat, dan Anda dapat menggunakannya untuk mengatur nilai kecepatan yang berbeda, sudut yang ditembus udara yang diambil objek sehubungan dengan tanah dan luas permukaan yang dimiliki objek terhadap material di sekitar pesawat. Applet bahkan memungkinkan Anda menggunakan pesawat bersejarah untuk menunjukkan bagaimana desain rekayasa telah berevolusi sejak tahun 1900-an.

Simulasi tidak memperhitungkan perubahan berat benda di udara karena perubahan di area sayap. Untuk menentukan efek apa yang akan terjadi, Anda dapat melakukan pengukuran nilai permukaan yang berbeda area akan memiliki gaya angkat dan menghitung perubahan gaya angkat yang akan dimiliki area permukaan ini these sebab. Anda juga dapat menghitung gaya gravitasi yang dimiliki massa yang berbeda menggunakan W = mg untuk berat karena gravitasi W, massa m dan konstanta percepatan gravitasi g (9,8 m/s²).

Anda juga dapat menggunakan "penyelidik" yang dapat Anda arahkan di sekitar objek di udara untuk menunjukkan kecepatan di berbagai titik di sepanjang simulasi. Simulasi juga terbatas bahwa pesawat didekati menggunakan pelat datar sebagai perhitungan cepat dan kotor. Anda dapat menggunakan ini untuk memperkirakan solusi persamaan gaya angkat.