Efekt Magnusa

Linie prądu płynu wokół obracającego i poruszającego się ciała

Teoretyczne i uzyskiwane drogą pomiaru wartości współczynnika siły nośnej

Rotorowiec E-Ship 1 z wirnikami

Efekt Magnusa – zjawisko polegające na powstawaniu siły prostopadłej do kierunku ruchu, działającej na obracający i poruszający się względem płynu (cieczy, gazu) walec lub inną bryłę obrotową.

Historia

Isaac Newton opisał efekt zmiany kierunku lotu piłek tenisowych i prawidłowo określił jego przyczynę. W 1742 roku Benjamin Robins, brytyjski matematyk, balistyk, badacz i inżynier wojskowy, wyjaśnił odchylenie trajektorii kul muszkietu. Jednak za odkrywcę efektu uważa się niemieckiego fizyka Heinricha Gustava Magnusa, który opisał to zjawisko w 1852 roku. Możliwość inwersji siły Magnusa przez zmianę warunków doświadczalnych, prędkości obrotowej czy nierówności ściany, ujawnił Lafay w 1910. W związku z pracami Prandtla w 1904 roku, dopiero w 1955 roku, Krahn połączył efekt Magnusa z lepkością i zjawiskiem warstwy przyściennej.

Wartość siły określa prawo Kutty-Żukowskiego, mówiące, że jeżeli nieściśliwy płyn opływa nieskończenie długi walec, którego oś jest ustawiona prostopadle do kierunku przepływu niezaburzonego, to na jednostkę długości walca działa siła nośna określona wzorem:

$F=\rho \cdot (V\times \Gamma )$

W pobliżu powierzchni obracającego się walca na skutek adhezji prędkość obwodowa cząsteczek płynu jest taka sama jak prędkość obwodowa walca i wynosi dla walca o promieniu ‘a’

$u=\omega \cdot a$

cyrkulacja prędkości będzie równa:

$\Gamma =\omega \cdot a\cdot 2\pi a$

a siła nośna:

$F_{L}={\frac {1}{2}}C_{z}\cdot \rho \cdot A\cdot V^{2}$

gdzie:

• $C_{z}$ – współczynnik siły nośnej,
• $\rho$ – gęstość płynu
• $V$ – prędkość płynu,
• $a$ – promień walca,
• $A$ – powierzchnia przekroju poprzecznego walca,
• $\Gamma$ – oznacza cyrkulację prędkości wzdłuż dowolnego konturu zamkniętego obejmującego jeden raz walec.

Zobacz też

• Rotor Flettnera

Linki zewnętrzne

Efekt Magnusa – wytłumaczenie zjawiska za pomocą symulacji komputerowych