ベルヌーイの定理と揚力 ― ベンチュリ管(A)と翼(B)
仮定: 理想流体・非圧縮性・定常流(粘性・摩擦損失なし → 出口の圧力は入口に戻る)。ρ=1.2 kg/m³(空気相当)。色は圧力係数 Cp:暖色=高圧、寒色=低圧。迎え角はゼロ揚力線から測る(α<0 で揚力は下向き)。粒子の画面上の速さは実際の流速に比例。
仮定: 理想流体・非圧縮性・定常流(粘性・摩擦損失なし → 出口の圧力は入口に戻る)。ρ=1.2 kg/m³(空気相当)。色は圧力係数 Cp:暖色=高圧、寒色=低圧。迎え角はゼロ揚力線から測る(α<0 で揚力は下向き)。粒子の画面上の速さは実際の流速に比例。
非圧縮の流れでは、どの断面でも単位時間に流れる体積が同じなので A₁v₁ = A₂v₂(連続の式)。断面が細い喉部では流速が大きくなり、流線(白い線)の間隔も詰まります。
エネルギー保存から P + ½ρv² = 一定(ベルヌーイの定理)。速い喉部では静圧 P が最も低くなり、マノメータの液柱が最も低く、色も寒色になります。管が再び広がると流速が戻り、摩擦を無視した理想流体では圧力も入口と同じ高さまで回復します。
翼まわりの流れは、ジューコフスキー翼型のポテンシャル流(クッタ条件で循環 Γ を決定)を計算して描いています。前縁の下面側によどみ点ができ、上面に沿う流れは加速して低圧(寒色)、下面は比較的遅く高圧になります。圧力差が揚力 L′ = ρv₀Γ を生み、翼の後ろでは流れが下向きに曲げられます(空気を下へ押した反作用が揚力)。
同時に放出した粒子の列(黄色の線)を見ると、上面側の粒子は下面側の粒子より先に後縁を通過して先へ進みます。「上下の粒子が後縁で同時に到着する(等時間説)」は誤りです。迎え角を負にすると循環の向きが逆になり、揚力は下向きになります。