Cirka 1779 upptäckte och identifierade engelsmannen George Cayley de fyra krafterna som verkar på ett tyngre flygande fordon: lyft, drag, vikt och drivkraft - vilket revolutionerade strävan efter mänsklig flygning. Sedan dess har förståelsen för aerodynamiken som möjliggör flygning kommit långt, vilket gör resor till olika länder snabbare och enklare och tillåter även utforskning utanför jorden också.

Men det betyder inte att dessa fyra styrkor förstods så snart de identifierades. Det har funnits ett antal olika teorier om hur lift fungerar, av vilka många nu är kända för att vara felaktiga. Tyvärr finns de mest använda felaktiga teorierna fortfarande på encyklopedier och utbildningswebbplatser, vilket gör att eleverna känner sig förvirrade bland all denna motstridiga information.

I den här artikeln kommer vi att utforska tre huvudteorier om lyft som är felaktiga, och sedan förklara den korrekta lyftteorin med hjälp av Bernoullis princip och Newtons tredje lag av rörelse.

Bernoullis ekvation

Bernoullis ekvation - ibland känd som Bernoullis princip - säger att en ökning av hastigheten hos en vätska sker samtidigt med en minskning av trycket på grund av energibesparing. Principen är uppkallad efter Daniel Bernoulli, som publicerade denna ekvation i sin bok Hydrodynamica 1738:

där P är tryck, är densitet, v är hastighet, g är acceleration på grund av tyngdkraften och h är höjden eller höjden.

Newtons tredje lag

Newtons tredje lag av rörelse, å andra sidan, fokuserar på krafter och säger att varje kraft har en lika och motsatt reaktionskraft. De två teorierna kompletterar varandra, men på grund av antaganden och missförstånd om arten av hur dessa principer fungerar, realiserades en klyftan mellan anhängare av Bernoulli och Newtons lagar.


Här är tre av de viktigaste teorierna om lyft som nu är kända för att vara felaktiga.

"Equal Transit" -teori

"Equal Transit" -teori, även känd som "Longer Path" -teorin, säger att eftersom aerofoils är formade med den övre ytan längre än botten, har luftmolekyler som passerar över toppen av aerofoil längre att röra sig än under. Teorin säger att luftmolekylerna måste nå bakkanten samtidigt, och för att göra det måste molekylerna som går över vingens övre resa snabbare än molekylerna som rör sig under vingen. Eftersom det övre flödet är snabbare, är trycket lägre, vilket är känt av Bernoullis ekvation, och därmed bildar skillnaden i tryck över aerofoilen lyft.

Bild 1 - Teorin om "jämlik transit" (NASA, 2015) |

Medan Bernoullis ekvation är korrekt är problemet med den här teorin antagandet att luftmolekylerna måste möta vingens bakkant samtidigt - något som har motbevisats av experiment sedan dess. Den beaktar inte heller symmetriska aerofoils som inte har en kammare och som ändå kan producera hiss.

"Hoppa över sten" -teori

Teorin om "Hoppa över sten" är baserad på idén om att luftmolekyler träffar undersidan av en vinge när den rör sig genom luften, och att lyft är reaktionskraften för påverkan. Denna teori har fullständig utsikt över luftmolekylerna ovanför vingen och gör det stora antagandet att det bara är undersidan av vingen som producerar hissen, en idé som är känd för att vara extremt felaktig.

Figur 2 - "Hoppa över sten" -teori (NASA, 2015) |

"Venturi" -teori

"Venturi" -teorin bygger på idén att formen på aerofoil fungerar som ett Venturi-munstycke, som påskyndar flödet över vingens överdel. Bernoullis ekvation säger att en högre hastighet ger ett lägre tryck, så att det låga trycket över den övre ytan på aerofoil producerar hissen.

Bild 3 - "Venturi" -teori (NASA, 2015) |

Det huvudsakliga problemet med denna teori är att aerofoil inte fungerar som ett Venturi-munstycke eftersom det inte finns någon annan yta för att fullborda munstycket; luftmolekylerna är inte begränsade eftersom de skulle vara i ett munstycke. Det försummar också bottenytan på vingen, vilket antyder att tillräckligt med lyft kommer att produceras oavsett formen på den nedre delen av aerofoil. Detta är naturligtvis inte fallet.

Korrekta lyftteorier: Bernoulli och Newton

De felaktiga teorierna försöker alla tillämpa antingen Bernoullis princip eller Newtons tredje lag, men de gör fel och antaganden som inte överensstämmer med aerodynamikens natur.


Bernoullis ekvation förklarar att på grund av det faktum att luftmolekyler inte är nära bundna, kan de flyta och röra sig fritt runt ett objekt. Eftersom molekylerna själva har en hastighet associerad med dem, och hastigheten kan förändras beroende på var molekylerna är med avseende på objektet, förändras också trycket.

Bild 4 - Bernoullis princip (Learn Engineering, 2016) |

Luftmolekylerna närmast den övre ytan av aerofoil hålls nära ytan på grund av att det finns högre tryck i toppen av partiklarna i motsats till botten av dem, vilket tillför centrifugalkraften. Det höga trycket ovanför partiklarna pressar dem mot aerofoil, varför de förblir fästa vid den böjda ytan istället för att fortsätta på en rak bana. Detta kallas Coanda-effekten och verkar på luftflödet på aerofoilens undre yta på samma sätt. Den böjda avböjningen av luftmolekylerna skapar ett lågt tryck över aerofoil och ett högt tryck under aerofoil, och denna skillnad i tryck genererar hissen.

Bild 5 - Newtons tredje lag om rörelse (Learn Engineering, 2016) |

Detta kan också förklaras enklare med hjälp av Newtons tredje lag om rörelse. Newtons tredje lag säger att varje kraft har en lika motsatt reaktionskraft. När det gäller en aerofoil tvingas luftflödet nedåt av Coanda-effekten, vilket avleder flödet. Så luftmolekylerna bör trycka aerofoilen i motsatt riktning med lika stor storlek, och att reaktionskraften är lyft.

Genom att helt förstå både Bernoullis princip och Newtons tredje lag kan vi sluta bli vilseledda av äldre och felaktiga teorier om hur lyft skapas.

Claire Miller 2017