Por que a explicação errada de que “o ar viaja por uma distância maior e cria um elevador” é tão popular?

A longa história é que tanto a terceira lei de Newton quanto o efeito de Bernoulli são duas maneiras diferentes de explicar o mesmo fenômeno. Equações precisas foram escritas para explicar ambas. A terceira lei de Newton, o ar sendo forçado para baixo e forçando o avião a subir, é na verdade o efeito de sustentação, embora não a causa. A causa de elevação é a mudança de pressão.

A falsidade que é ensinada é geralmente que as duas pequenas partículas de ar realmente se encontram no mesmo ponto rio abaixo no bordo de fuga da asa ao mesmo tempo. Isso é completamente falso. De fato, se você fosse realmente rastrear duas partículas de ar, uma acima da parte superior e outra na parte inferior, aquela que passa por cima da asa provavelmente chegará muito antes do que a da parte inferior! [Mesmo que a distância seja maior] Ele pega essa velocidade. Além disso, eles realmente não se encontram novamente depois disso.

A verdadeira relação crucial (que eu aprendi na minha aula de Aerodinâmica Avançada na ERAU usando o livro de John D. Anderson Intro to Flight ) é o teorema de Kutta-Joukowsky. Tomando o tempo para explicar isso para um aluno piloto privado provavelmente seria um desperdício de seu tempo e deles, mas vou resumir aqui de qualquer maneira para ser justo com a questão. Eu assumirei um fluxo incompressível porque depois de cerca de Mach .3 < começa a ficar mais complicado.

O teorema de Kutta-Joukowsky toma a integral dos tempos de velocidade o cosseno do ângulo incremental da distância ao longo da curva fechada. Esta é uma quantidade chamada circulação. A equação do elevador é então formada à medida que a elevação é igual a densidade (altitude basicamente) vezes a velocidade vezes a circulação. Então, se você realmente quer aprofundar aqui, é um artigo do MIT que explica teoria do fluxo potencial .

O que você vai descobrir é que a causa de sustentação está diretamente relacionada ao princípio de Bernoulli, na medida em que a mudança na pressão é o que cria a sustentação. No entanto não tem nada a ver com partículas encontrando-se no bordo de fuga porque elas nunca se encontram. Isso também não desconsidera a terceira lei de Newton: o elevador pode ser explicado dessa maneira, mas é o efeito da sustentação, não a causa real. E sim, como você mencionou, mesmo uma placa plana, por exemplo, pode criar um elevador quando inclinado em um túnel de vento.

    

Não faria sentido ensinar aos alunos como uma ala realmente funciona?

Não, na verdade não.

Pergunte a qualquer CFI (bom) e eles lhe dirão que há certos tópicos que um aluno realmente precisa entender corretamente. Exemplos:

• O que é uma abordagem estabilizada e como você voa uma? (Um número decepcionante de alunos me diz que significa manter a mesma velocidade no ar até o fim)
• Por que limpamos a área do suporte? (Você acha que isso seria simples demais para estragar tudo, mas houve mais alunos do que eu tenho dedos na mão do acelerador que não gritaram "claro!" até que eles já estivessem acionando o motor .)

E assim por diante.

Como uma asa realmente funciona não é um desses tópicos - as conseqüências de entender mal uma abordagem estabilizada são que você estraga tudo e seus aterrissagens são terríveis (ou até perigosos). As conseqüências do mal-entendido são que alguém perde a mão ou morre. As conseqüências de entender mal como uma asa gera sustentação são ... bem ... a asa continua voando de qualquer maneira.

Agora, se o aluno for engenheiro aeroespacial, precisará saber a história real, mas, para um piloto, pode continuar em sua ignorância por toda a carreira e nunca ser afetado negativamente (a menos que conheça um engenheiro aeroespacial em um bar e entrar em uma briga).

Para estender o ponto, eu mesmo digo aos alunos que, para corretamente entenderem o GPS, você precisa entrar na teoria da relatividade, mas para um entendimento funcional, mas incorreto, você pode pensar nisso como " DME no espaço ". É muito errado em vários níveis, mas é suficiente para satisfazer as necessidades dessa categoria de aluno - o mesmo que a explicação diferencial de pressão de asa.