VETROMOBIL - Svet fizike
Svet fizike

VETROMOBIL

by on Jul.15, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

IZ MOJE RADIONICE I LABORATORIJA

Cabric

VETROMOBIL 

Dr Branislav Čabrić, Prirodno-matematički fakultet, p. fah 60, 34000 Kragujevac

E-mail: bcabric@kg.ac.rs

 

Svakodnevno iskustvo pokazuje da brodić ispušten slobodno na vetru, odlazi u smeru vetra. Ako želimo da se brodić kreće uz vetar, potreban je unutrašnji pogon, motor, koji će preko propelera i vode delovati na brodić silom suprotnom od vetra. Da li je bez pogona moguće da se brodić kreće nasuprot vetru, koristeći energiju vetra? Pitanje je naizgled besmisleno; čini se da fizički zakoni to onemogućuju. Ipak, uz odredjene uslove to je moguće.

Potsetimo se prvo da brod na jedra može ploviti u susret vetru, iako ne i direktno protiv vetra, nego pod nekim uglom. Ovde dolazi do prelaza energije vetra u vodu pomoću jedara i kobilice. Istovetna je situacija i kod jedrilice na snegu, samo sada energija vetra prelazi na podlogu. Iz ovog saznanja može se odmah zaključiti, da će, u principu, kretanje protiv struje u jednom sredini biti moguće samo ako postoji neka druga sredina različite gustine, u koju će prelaziti energija iz prve sredine.

Godine 1975, S. Martin [1] je opisao brodić koji može ploviti direktno protiv struje vetra. B. L. Blackford je 1978. godine [2] objasnio fizičke principe kretanja tog brodića. Skica brodića data je na slici. 1. Brodić je uspešno konstruisan i ispitana su neka njegova svojstva.

9


Sl. 1. Skica brodića, koji se može kretati “direktno uz vetar”. Na istoj osovini nalaze se dva propelera efektivne površine A1 u vazduhu i A2 u vodi.

Kretanja brodića direktno nasuprot vetara može se razjasniti pomoću tri osnovna zakona mehanike: a) održanje energije, b) održanje količine kretanja i c) održanje mase [3]. Na sl. 2 prikazan je propeler (vetrenjača) u vazduhu, sa brzinom vetra V. Neka je površina prebrisana rotacijom propelera jednaka , a odgovarajući preseci aksijalno simetričnih ivičnih strujnica sa obe strane daleko ispred i iza propelera su A i A2 .

 10

Sl. 2. Uz izvođenje formule za snagu dobijenu iz vetra.

 

Pritisak na velikoj udaljenostima od propelera je P i P2 (P = P2), a ispred i iza propelera je Pu i Pd . Brzina vetra na velikoj udaljenosti ispred propelera je W, iza propelera je W , a na samom propeleru je W(1-a)  gde je 0<a<1  faktor smanjenja brzine vetra. Na osnovu zakona o održanju mase sledi:

11                                                                                                                                                                                                                                                     (1)

Primenom Bernulijeve jednačine za strujanje fluida:

21

 

na područje ispred i iza propelera dobijamo:

12                                                           (2)

 

13                                                              (3)

 

gde je ρ1 gustina vazduha. Iz jednačina (2) i (3) sledi jednačina za razliku pritiska

14

 

 

a iz nje jednačina za silu vetra na propeler

15                                                                                                                               4)

 

 

 

Iz zakona održanja količine kretanja proizlazi jednačina za silu vetra na propeler

 

16                                                                                                                                                     (5)

 

Koristeći jednačine (1), (4) i (5) izraz za silu dobija oblik

17                                                                                                                                                       (6)

 

Snaga dobijena iz vetra je

18                                                                                                        (7)

 

Iz uslova da je snaga maksimalna tj. ∂PW/∂a=0  nalazi se optimalna vrednost parametra aaopt=1/3 . Za koeficijent korisnog dejstva dobija se
19

 

 

gde je P0 snaga vetra ispred propelera. Praktično se može postići oko 60 % do 70 % od vrednosti 16/27, kod vrlo dobro napravljenih propelera.

 

LITERATURA

[1] Martin, S., Scientific American, 233, No. 12 (1975) str. 125.

[2] Blackford, B. L., American Journal of Physics, 46, No. 10 (1978) str. 1004.

[3] Kraš, F., Rubčić, A., Bespogonsko gibanje vozila direktno protiv struje vjetra ili vode, Mat. fiz list (Zagreb), br. 136 (1983-84) str. 10.

Share

Leave a Reply

Looking for something?

Use the form below to search the site:

Still not finding what you're looking for? Drop a comment on a post or contact us so we can take care of it!

preporučite nas

Share