Ilmanvastuksen laskukaavat ja purjeiden teho

Onko tämä kaava ihan oikein, laitoin laskentataulukkoon 10m2 suoran levyn, ilmanvastuskerroin `1.

Ja ensin nopeudeksi 10m/s, vastus = 1000 N

20m/s, vastaus = 4000 N

30m/s, vastus = 9000 N

40m/s, vastus = 16000 N / 9,81 = 1630 kg

Eli Kuorma-auton pinta-ala on aika lähellä tuota 10m2

Joten jos ajatellaan että sen vastuskerroin on 1, niin 80 kilometrin nopeudessa ilmanvastus olisi ~ 4937 N eli noin 500 kiloa....

Jolloin ilmanvastuksen voittamiseen kuluu noin 110 Kw tehoa?

Ja kun ilmanvastuskerroin on vaikkapa 0,4, nuo luvut kerrotaan 0,4 ja pinta-ala vaikuttaa suoraan pinta-alan verran, eli 5m2 luvut on puolet pienempiä?

Taasko jankutat tuosta samaa - sinulla on paha päähänpinttymä!

Miten sinua niillä viime autokaupoillasi huijattiin, miksi et sitä kerro?

Anonyymi kirjoitti:

Onko tämä kaava ihan oikein, laitoin laskentataulukkoon 10m2 suoran levyn, ilmanvastuskerroin `1.

Ja ensin nopeudeksi 10m/s, vastus = 1000 N

20m/s, vastaus = 4000 N

30m/s, vastus = 9000 N

40m/s, vastus = 16000 N / 9,81 = 1630 kg

Eli Kuorma-auton pinta-ala on aika lähellä tuota 10m2

Joten jos ajatellaan että sen vastuskerroin on 1, niin 80 kilometrin nopeudessa ilmanvastus olisi ~ 4937 N eli noin 500 kiloa....

Jolloin ilmanvastuksen voittamiseen kuluu noin 110 Kw tehoa?

Ja kun ilmanvastuskerroin on vaikkapa 0,4, nuo luvut kerrotaan 0,4 ja pinta-ala vaikuttaa suoraan pinta-alan verran, eli 5m2 luvut on puolet pienempiä?

Lue lisää

110 Kw tehoa

se on muuten kW

Anonyymi kirjoitti:

Taasko jankutat tuosta samaa - sinulla on paha päähänpinttymä!

Miten sinua niillä viime autokaupoillasi huijattiin, miksi et sitä kerro?

Ketä on huijattu autokaupoissa, ei minua ainakaan?

Anonyymi kirjoitti:

Ketä on huijattu autokaupoissa, ei minua ainakaan?

Nim. kolli maat tori sanoi että häntä. Autonvalmistajat siis huiputtavat.

Sitä ei saisi sanoa kun hän vaatii heti poistoa.

Tuossa ilmaiset asian selkeästi, mutta miten paljon ilmantiheydellä yleensäkin on merkitystä, lienee tuota 1,25/2 voi käyttää ellei ole tarvetta alkaa hifistelemään.
Paljonko se tiheys yleensä vaihtelee?

Anonyymi kirjoitti:

Tuossa ilmaiset asian selkeästi, mutta miten paljon ilmantiheydellä yleensäkin on merkitystä, lienee tuota 1,25/2 voi käyttää ellei ole tarvetta alkaa hifistelemään.
Paljonko se tiheys yleensä vaihtelee?

Lue lisää

Vakiopaineessa p ilman tiheys on kääntäen verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan. Mitä kuumempaa sitä harvempaa.

pV=nRT

Kun tyypillisesti lämpötila Suomessa vaihtelee -30C...+30C välillä niin tuosta tulee luokkaa 20% eroa ilman tiheydelle talven kovalla pakkasella tai kesän helteellä

Ilmanpaine pienenee liikuttaessa korkeammalle joten vakiolämpötilassa ilman tiheys pienenee samassa suhteessa. Kilometri ylöspäin pudottaa paineen arvoon 90% alkuperäisestä.

Tuuli on purjeelle ehtymätön luonnonvara kunnes se loppuu. Jos joutuu tyveneen ilmanalaan, pitää käynnistää moottori.

Muuhun kuin myötätuuleen purjehtimiseen käytettävän purjeen vetotehon kaavat ovat kaiken kaikkiaan kaikkea muuta kuin yksinkertaisia. Purjevenepurjeen ideahan on se, että sen muoto ohjaa ilmavirtaa niin että suojan ja tuulen puolen ilmavirran nopeuserot luovat purjeeseen tuulen suuntaisen voiman lisäksi tuon voiman kanssa 90 asteen kulmassa olevan voiman, nosteen. Noste on vielä purjehdittaessa tosituulen kulmassa 90 merkittävin eteenpäin vievä voima.

Myötätuuleen purjehdittaessa tuulen suuntainen komponentti on merkittävin, jolloin tuo ilmanvastuksen laskentakaava alkaa antaa oikeita tuloksia. Purjeiden 'ilmanvastuskerroin' on silloin luokkaa 1,6.

Tarkempaa yleistajuista kuvausta purjeen toiminnasta löytyy esimerkiksi Wikipediasta:
https://en.wikipedia.org/wiki/Forces_on_sails

Purjeen teho riippuu siitä missä koordinaatistossa sitä lasketaan. Yleisesti voiman aikayksikössä tekemä työ on voiman integraali matkan suhteen, ja teho taas on työ aikayksikköä kohti.
Purjeveneen kulkema matka sen omassa koordinaatistossa on aina nolla, joten tehokin on nolla.
Jos taas halutaan välttämättä käyttää epäloogista koordinaatistovalintaa jossa vesi alussa paikallaan, siirtää purje veneeseen ilmasta positiivisen tehon kun vene liikkuu. Mutta koska energia tulee ilmasta eikä purjeesta, ei kyse ole purjeen tehosta, vaan ilman tehosta. Mutta voiman laskenta tehon laskemiseksi on epäloogista täysin turhaan. Voimahan riippuu ilman nopeudesta purjeen suhteen eikä epäloogisen koordinaatiston suhteen.
Veneen oma koordinaatisto on tässäkin paljon loogisempi, kun kaikki tarvittavat nopeudet ovat tällöin veneen ja siten koordinaatiston suhteen.

Anonyymi kirjoitti:

Purjeen teho riippuu siitä missä koordinaatistossa sitä lasketaan. Yleisesti voiman aikayksikössä tekemä työ on voiman integraali matkan suhteen, ja teho taas on työ aikayksikköä kohti.
Purjeveneen kulkema matka sen omassa koordinaatistossa on aina nolla, joten tehokin on nolla.
Jos taas halutaan välttämättä käyttää epäloogista koordinaatistovalintaa jossa vesi alussa paikallaan, siirtää purje veneeseen ilmasta positiivisen tehon kun vene liikkuu. Mutta koska energia tulee ilmasta eikä purjeesta, ei kyse ole purjeen tehosta, vaan ilman tehosta. Mutta voiman laskenta tehon laskemiseksi on epäloogista täysin turhaan. Voimahan riippuu ilman nopeudesta purjeen suhteen eikä epäloogisen koordinaatiston suhteen.
Veneen oma koordinaatisto on tässäkin paljon loogisempi, kun kaikki tarvittavat nopeudet ovat tällöin veneen ja siten koordinaatiston suhteen.

Lue lisää

Käsite "purjeen teho" tarkoittaa yleensä sitä, paljonko purje kykenee muuttamaan tuulen tehoa veneen kulkuun tarvittavaksi tehoksi.
Purje itse ei kehitä mitään tehoa, eikä koordinaatiston valinta vaikuta mitenkään asiaan.

Ilmailupuolella asia on ilmaistu termillä 'liitosuhde', koska siipi tuottaa vain (nosto) voiman, osallistumatta liikkeen suuntaiseen tehostukseen.

Myös purjeen ns. liitosuhde on ratkaisevassa osassa, eli ne, jotka osaa trimmata 'kankaat', menee kovempaa.

Anonyymi kirjoitti:

Käsite "purjeen teho" tarkoittaa yleensä sitä, paljonko purje kykenee muuttamaan tuulen tehoa veneen kulkuun tarvittavaksi tehoksi.
Purje itse ei kehitä mitään tehoa, eikä koordinaatiston valinta vaikuta mitenkään asiaan.

Ilmailupuolella asia on ilmaistu termillä 'liitosuhde', koska siipi tuottaa vain (nosto) voiman, osallistumatta liikkeen suuntaiseen tehostukseen.

Myös purjeen ns. liitosuhde on ratkaisevassa osassa, eli ne, jotka osaa trimmata 'kankaat', menee kovempaa.

Lue lisää

Edelleen propulsioteho, tulipa se sitten purjeista, potkurista, taikka suihkumoottorista, on voima kertaa nopeus. Ja edelleenkin nopeus riippuu täysin siitä missä koordinaatistossa se mitataan.

Esimerkki: kävelet lähiliikenteen bussin käytävää takapenkiltä kohti takaovea, kun bussi kulkee kadulla nopeudella 15 m/s. Kiihdyttäessäsi käytät voimaa 100N verran. Paljonko on propulsioteho?
Bussin lattian suhteen vastaus on 100 N * (kävelynopeutesi lattian suhteen, jollain hetkellä 1 m/s) joten propulsioteho tässä koordinaatistossa on 100 Wattia.
Kadun pinnan suhteen vastaus on 100N * 16 m/s = 1600 Wattia. Vinkki nopeutesi onkin nyt 16 m/s kadun pinnan suhteen.

Propulsioteho on siis samaan aikaan sekä 100 W että 1600 W, riippuen koordinaatistovalinnasta.

Täysin sama pätee purjeveneeseen, senkin nopeus riippuu täysin siitä minkä suhteen nopeutta mitataan. Se voi olla vaikkapa 2m/s veden suhteen, 3 m/s pohjan suhteen ja 0 m/s kyseisen veneen suhteen, ja 30 m/s vastaantulevan moottoriveneen suhteen.

Kannattaisi kerrata peruskoulun fysiikan oppimäärä havaintokoordinaatistojen suhteen, jollei tätäkään osaa. Siellä asia kuitenkin kaikille peruskoululaisille opetetaan. Otsikkona on "suhteellinen nopeus", mikä on klassisen mekaniikan peruskäsitteitä. Jos olet käynyt lukionkin, niin siellä asia vielä kerrataan Yliopistotasolla asia oletetaan jo niin itsestäänselvyydeksi ettei enää tarvitse kerrata, jos joku ei osaa niin parempi reputtaa kurssi ja jättää opinnot kesken, niin kyseinen henkilö ei turhaan enää kuluta oppilaitoksen voimavaroja.

Anonyymi kirjoitti:

Käsite "purjeen teho" tarkoittaa yleensä sitä, paljonko purje kykenee muuttamaan tuulen tehoa veneen kulkuun tarvittavaksi tehoksi.
Purje itse ei kehitä mitään tehoa, eikä koordinaatiston valinta vaikuta mitenkään asiaan.

Ilmailupuolella asia on ilmaistu termillä 'liitosuhde', koska siipi tuottaa vain (nosto) voiman, osallistumatta liikkeen suuntaiseen tehostukseen.

Myös purjeen ns. liitosuhde on ratkaisevassa osassa, eli ne, jotka osaa trimmata 'kankaat', menee kovempaa.

Lue lisää

Liitosuhde on nostovoiman ja vastuksen suhde, eikä se liity tehoon yhtään mitenkään.
Nostovoima ja vastusvoima ovat molemmat yhden ja saman voimavektorin toisiaan vastaan kohtisuoria komponentteja. Ja se voimavektori on aerodynaaminen voima, kun kyse on lentokoneesta, jossain muualla kuten purjeveneessä se voi olla myös hydrodynaaminen voima.

Anonyymi kirjoitti:

Muuhun kuin myötätuuleen purjehtimiseen käytettävän purjeen vetotehon kaavat ovat kaiken kaikkiaan kaikkea muuta kuin yksinkertaisia. Purjevenepurjeen ideahan on se, että sen muoto ohjaa ilmavirtaa niin että suojan ja tuulen puolen ilmavirran nopeuserot luovat purjeeseen tuulen suuntaisen voiman lisäksi tuon voiman kanssa 90 asteen kulmassa olevan voiman, nosteen. Noste on vielä purjehdittaessa tosituulen kulmassa 90 merkittävin eteenpäin vievä voima.

Myötätuuleen purjehdittaessa tuulen suuntainen komponentti on merkittävin, jolloin tuo ilmanvastuksen laskentakaava alkaa antaa oikeita tuloksia. Purjeiden 'ilmanvastuskerroin' on silloin luokkaa 1,6.

Tarkempaa yleistajuista kuvausta purjeen toiminnasta löytyy esimerkiksi Wikipediasta:
https://en.wikipedia.org/wiki/Forces_on_sails

Lue lisää

"Purjevenepurjeen ideahan on se, että sen muoto ohjaa ilmavirtaa niin että suojan ja tuulen puolen ilmavirran nopeuserot luovat purjeeseen tuulen suuntaisen voiman lisäksi tuon voiman kanssa 90 asteen kulmassa olevan voiman, nosteen."

Noste on Archimedeen lain mukainen aero- tai hydrostaattinen voima. Siis väliaineen tiheys kertaa kappaleen tilavuus kertaa painovoiman kiihtyvyys = syrjäytetyn väliaineen painno. Se pitää vappupallot, kuumailmapallot ja ilmalaivat ilmassa.

Nostovoima taas on aero- tai hydrodynaamisen voiman alkuperäistä virtaussuuntaa vastaan kohtisuora komponentti. Eikä liity nosteeseen lainkaan.

"Noste on vielä purjehdittaessa tosituulen kulmassa 90 merkittävin eteenpäin vievä voima."
Ei ole. Nostovoima on ainoa tosituulen kulmassa 90 astetta vaikuttava voimakomponentti, jolla on edes komponentti eteenpäin.
Suhteellisen tuulen kulmassa 90 astetta, noste suuntautuu suoraan eteenpäin, mutta silloin tosituulen kulma >> 90 astetta.

Anonyymi kirjoitti:

"Purjevenepurjeen ideahan on se, että sen muoto ohjaa ilmavirtaa niin että suojan ja tuulen puolen ilmavirran nopeuserot luovat purjeeseen tuulen suuntaisen voiman lisäksi tuon voiman kanssa 90 asteen kulmassa olevan voiman, nosteen."

Noste on Archimedeen lain mukainen aero- tai hydrostaattinen voima. Siis väliaineen tiheys kertaa kappaleen tilavuus kertaa painovoiman kiihtyvyys = syrjäytetyn väliaineen painno. Se pitää vappupallot, kuumailmapallot ja ilmalaivat ilmassa.

Nostovoima taas on aero- tai hydrodynaamisen voiman alkuperäistä virtaussuuntaa vastaan kohtisuora komponentti. Eikä liity nosteeseen lainkaan.

"Noste on vielä purjehdittaessa tosituulen kulmassa 90 merkittävin eteenpäin vievä voima."
Ei ole. Nostovoima on ainoa tosituulen kulmassa 90 astetta vaikuttava voimakomponentti, jolla on edes komponentti eteenpäin.
Suhteellisen tuulen kulmassa 90 astetta, noste suuntautuu suoraan eteenpäin, mutta silloin tosituulen kulma >> 90 astetta.

Lue lisää

Purjeessa, jonka paksuus on muutama milli, ilmavirtauksen nopeus on suunnilleen sama molemmilla puolilla, ja purjeeseen kohdistuu voimaa kun ilmavirtauksen nopeutta tai suuntaa muutetaan.

Nesteillä ja kaasuilla voima muodostuu vain paineena, joko dynaamisena tai staattisena, ja on aina positiivista ja kohtisuoraan pintaa vasten, joten ns. nostovoiman kokonaiskomponentin suunta ja suuruus riippuu purjeen suunnasta, painejakaumasta ja muodosta, ei tuulen suunnasta.

Anonyymi kirjoitti:

Purjeessa, jonka paksuus on muutama milli, ilmavirtauksen nopeus on suunnilleen sama molemmilla puolilla, ja purjeeseen kohdistuu voimaa kun ilmavirtauksen nopeutta tai suuntaa muutetaan.

Nesteillä ja kaasuilla voima muodostuu vain paineena, joko dynaamisena tai staattisena, ja on aina positiivista ja kohtisuoraan pintaa vasten, joten ns. nostovoiman kokonaiskomponentin suunta ja suuruus riippuu purjeen suunnasta, painejakaumasta ja muodosta, ei tuulen suunnasta.

Lue lisää

"Kokonaiskomponentti", heh heh.
Tuon pahemmin pihalla Fysiikasta ei voi enää olla.

Anonyymi kirjoitti:

Purjeessa, jonka paksuus on muutama milli, ilmavirtauksen nopeus on suunnilleen sama molemmilla puolilla, ja purjeeseen kohdistuu voimaa kun ilmavirtauksen nopeutta tai suuntaa muutetaan.

Nesteillä ja kaasuilla voima muodostuu vain paineena, joko dynaamisena tai staattisena, ja on aina positiivista ja kohtisuoraan pintaa vasten, joten ns. nostovoiman kokonaiskomponentin suunta ja suuruus riippuu purjeen suunnasta, painejakaumasta ja muodosta, ei tuulen suunnasta.

Lue lisää

Maailmassa ei ole ainuttakaan purjetta, minkä paksuus olisi muutama milli. Kaikki ovat alle millin, jo osa alle millin kymmenesosan paksuisia.
Ilmavirtauksen suunta muuttuu ainoastaan painegradientin vaikutuksesta, minkä olemassaolo edellyttää paine-eroa purjeen eri puolella. Paine-ero ja eri suuruinen virtausnopeus ovat toisistaan riippuvaisia, mikä on seurausta Bernoullin laista, mikä puolestaan energian säilymislain sovellus virtausdynamiikkaan, eikä siten päde tilanteisiin jossa energiaa lisätään ta vähennetään virtaukseen, kuten potkureilla tai turbiineilla tehdään.
Kun purjeen toimintaa tarkastellaan veneen havaintokoordinaatistossa, on Bernoullin laki täysin pätevä, koska purje on silloin paikallaan, eikä tee työtä.

Anonyymi kirjoitti:

Maailmassa ei ole ainuttakaan purjetta, minkä paksuus olisi muutama milli. Kaikki ovat alle millin, jo osa alle millin kymmenesosan paksuisia.
Ilmavirtauksen suunta muuttuu ainoastaan painegradientin vaikutuksesta, minkä olemassaolo edellyttää paine-eroa purjeen eri puolella. Paine-ero ja eri suuruinen virtausnopeus ovat toisistaan riippuvaisia, mikä on seurausta Bernoullin laista, mikä puolestaan energian säilymislain sovellus virtausdynamiikkaan, eikä siten päde tilanteisiin jossa energiaa lisätään ta vähennetään virtaukseen, kuten potkureilla tai turbiineilla tehdään.
Kun purjeen toimintaa tarkastellaan veneen havaintokoordinaatistossa, on Bernoullin laki täysin pätevä, koska purje on silloin paikallaan, eikä tee työtä.

Lue lisää

Hölö hölö.

Olen itse purjehtinut pellavapurjeilla, joiden paksuus on yli 3 mm, ja purjeeseen muodostuva paine-ero on dynaamisen paineen ja coanda- ilmiön yhteisvaikutus.
Bernoullin lait käsittelevät siirretyn fluidin määrää painetta ja nopeutta, eivät sitä, kuinka ne on tuotettu.
Ilmavirran nopeuden muutos noudattaa Bernoullin kaavoja, virtauksen suunnan muutos ei ole osa Bernoullin teoriaa.