КП: Эффект Магнуса — различия между версиями
(→Формулировка задачи) |
(→Общие сведения по теме) |
||
Строка 25: | Строка 25: | ||
Эффект Магнуса - образование подъемной силы, действующей на вращающееся тело при обтекании его потоком жидкости или газа, широко использующейся в спорте, баллистике, летательных аппаратах и кораблях. <ref>[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D1%83%D1%81%D0%B0 Сила Магнуса]</ref> | Эффект Магнуса - образование подъемной силы, действующей на вращающееся тело при обтекании его потоком жидкости или газа, широко использующейся в спорте, баллистике, летательных аппаратах и кораблях. <ref>[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D1%83%D1%81%D0%B0 Сила Магнуса]</ref> | ||
− | Данный эффект возникает в результате разности давлений (в соответствии с законом Бернулли<ref>[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%91%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%83%D0%BB%D0%BB%D0%B8 Уравнение Бернулли]</ref>) на стенках | + | Данный эффект возникает в результате разности давлений (в соответствии с законом Бернулли<ref>[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%91%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%83%D0%BB%D0%BB%D0%B8 Уравнение Бернулли]</ref>) на стенках объекта из-за разных скоростей движения воздуха. Возникающий дисбаланс заставляет объект отклоняться. |
== Решение == | == Решение == |
Версия 22:23, 2 июня 2015
А.М. Кривцов > Теоретическая механика > Курсовые проекты ТМ 2015 > Эффект Магнуса
Курсовой проект по Теоретической механике
Исполнитель: Шварёв Николай
Группа: 09 (23604)
Семестр: весна 2015
![](http://mech.spbstu.ru/images/thumb/9/92/Magnus_force.svg/450px-Magnus_force.svg.png)
Содержание
Аннотация проекта
Данный проект посвящен изучению эффекта Магнуса, возникающего в различных видах спорта, а также использующегося в баллистике, летательных аппаратах и кораблях.В ходе работы над проектом были рассмотрены траектории полета мяча и цилиндра в зависимости от различных начальных параметров (радиуса, динамической вязкости среды, плотности воздуха, линейной и угловой скорости). Программа написана на языке JavaScript с использование библиотеки Three.js.
Формулировка задачи
Построение и исследование математической модели движения объекта (в нашем случае - футбольного мяча и цилиндра), получение уравнения его движения и построение траектории в трехмерном пространстве с учётом различных внешних факторов, влияющих на движение, таких как сила сопротивления воздуха и эффект Магнуса.
Общие сведения по теме
![](http://mech.spbstu.ru/images/0/0a/PiXHK4A.gif)
Эффект Магнуса - образование подъемной силы, действующей на вращающееся тело при обтекании его потоком жидкости или газа, широко использующейся в спорте, баллистике, летательных аппаратах и кораблях. [2]
Данный эффект возникает в результате разности давлений (в соответствии с законом Бернулли[3]) на стенках объекта из-за разных скоростей движения воздуха. Возникающий дисбаланс заставляет объект отклоняться.
Решение
Силу сопротивления воздуха будем считать с помощью закона Стокса[4]:
, где
- сила Стокса,
- радиус мяча,
- динамическая вязкость среды,
- скорость мяча.
Силу Магнуса примем вида[5]:
, где
- сила Магнуса,
- плотность воздуха,
- радиус мяча,
- относительная скорость мяча,
- угловая скорость мяча.
Применив метод Эйлера, получим формулы для нахождения скорости и координаты мяча:
Реализация алгоритма:
Обсуждение результатов и выводы
Разработанный алгоритм был реализован в среде программирования Javascript с использование библиотеки Three.js. Была построена траектория движения и произведены эксперименты, результаты которых находятся в таблице ниже:
5 | 0 | 5 | 0 | 0 | -5 | 2.4644 | 5 | 0 | -5 | 3.2022 | 0 | 0 | -10 | 4.8584 | 5 | 0 | -10 | 5.4070 |
10 | 0 | 5 | 0 | 0 | -5 | 4.9289 | 5 | 0 | -5 | 5.4903 | 0 | 0 | -10 | 9.9168 | 5 | 0 | -10 | 9.6552 |
15 | 0 | 5 | 0 | 0 | -5 | 7.3934 | 5 | 0 | -5 | 7.6860 | 0 | 0 | -10 | 14.5751 | 5 | 0 | -10 | 13.6855 |
20 | 0 | 5 | 0 | 0 | -5 | 9.8578 | 5 | 0 | -5 | 9.7909 | 0 | 0 | -10 | 19.4335 | 5 | 0 | -10 | 17.4784 |
где
, , - начальные линейные скорости, , , - начальные угловые скорости, а - полученное смещение по оси .
Скачать отчет:
Скачать презентацию: