Άνωση
ή άντωση (αγγλικά: buoyancy) ονομάζεται η συνισταμένη δύναμη που δέχεται ένα σώμα από το ρευστό μέσα στο οποίο βρίσκεται. Η άνωση έχει πάντα αντίθετη κατεύθυνση από το βάρος του σώματος.

Στατική άνωση
Η στατική άνωση (buoyancy) εκδηλώνεται όταν ένα σώμα βρεθεί εντός ρευστού, όπου το μέγεθός της ορίζεται απο την Αρχή του Αρχιμήδη κατά την οποία: «Κάθε σώμα βυθισμένο σε ρευστό δέχεται δύναμη ίση και αντίθετη με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει». Η Άνωση εκφρασμένη μαθηματικά δίνεται από τον τύπο: όπου:
  • ρ: πυκνότητα ρευστού
  • g: η επιτάχυνση βαρύτητας
  • V: όγκος βυθισμένου σώματος
Το σημείο εφαρμογής της άνωσης λέγεται κέντρο άνωσης ή κέντρο άντωσης και βρίσκεται στο κέντρο βάρους του εκτοπιζομένου υγρού, του λεγόμενου στη ναυπηγική εκτοπίσματος.
  • Όταν βάρος σώματος είναι μεγαλύτερο του βάρους του εκτοπίσματός του, τότε το σώμα βυθίζεται.
  • Όταν βάρος σώματος είναι μικρότερο του βάρους του εκτοπίσματός του, τότε το σώμα ανέρχεται.
  • Συνεπώς όσο μεγαλύτερο το βάρος του εκτοπίσματος από το βάρος του σώματος τόσο μεγαλύτερη και η άνωση που δέχεται το σώμα.
Αν το υγρό παρουσιάζει ελεύθερη επιφάνεια, τότε αν το βάρος του σώματος είναι μικρότερο του βάρους του εκτοπίσματός του, αυτό ανέρχεται στην επιφάνεια και μένει τόσο βυθισμένο όσο το βάρος του εκτοπίσματος καταστεί ίσο με το βάρος του σώματος, σ΄ αυτή τη περίπτωση λέγεται ότι το σώμα "επιπολάζει" για τα υγρά, "αιωρείται" για τα αέρια.
Η στατική άνωση του ύδατος επί των σωμάτων είναι αυτή που επιτρέπει τη ναυπήγησηπλοίων.Λόγω δε της στατικής άνωσης τα πλοία αν ζυγιστούν μέσα στο ρευστό που βρίσκονται ή κινούνται παρουσιάζουν μικρότερο βάρος του πραγματικού τους.
Παραδείγματα στατικής άνωσης
  • Ένα κομμάτι ξύλου επιπλέει στο νερό διότι η άνωση που δέχεται είναι μεγαλύτερη απο το βάρος του, λόγω του ότι η πυκότητα του είναι μικρότερη απο αυτήν του νερού. Αντιθέτως ένα κομμάτι χάλυβα δεν επιπλέει μιας και το βάρος είναι μεγαλύτερο απο την άνωση κάτι το οποίο οφείλεται στον γεγονός ότι η πυκνότητα του είναι μεγαλύτερη απο αυτή του νερού.
  • Ένας άνθρωπος επιπλέει στο νερό μόνον εφόσον βυθίσει και μέρος της κεφαλής του μιας και διαφορετικά δεν εκτοπίζει όγκο νερού, το βάρος του οποίου να είναι ίσο με το δικό του.
  • Ένα πλοίο επιπλέει, παρότι η πυκνότητα του υλικού κατασκευής του (χάλυβας) είναι μεγαλύτερη του νερού, εφόσον εκτοπίζει όγκο νερού που έχει βάρος ίσο ή μεγαλύτερο με το δικό του. Το υποβρύχιο έχει τη δυνατότητα να μεταβάλει το εκτόπισμά του με πλήρωση ύδατος ειδικών δεξαμενών που φέρει.
  • Το μεγαλύτερο ποσοστό των όγκων παγόβουνων (~90%) είναι βυθισμένο στο νερό, με ένα πολύ μικρό ποσοστό να βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια.
Δυναμική άνωση
Δυναμική άνωση (lift) έχουμε στην περίπτωση που το ρευστό μέσα στο οποίο είναι βυθισμένο το σώμα έχει ταχύτητα. Στην περίπτωση αυτή λόγο διαφοράς ταχυτήτων του ρευστού μεταξύ δύο πλευρών του σώματος δημιουργείται δύναμη που ωθεί το σώμα προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Προφανώς για να συμβεί κάτι τέτοιο το σώμα δεν θα πρέπει να είναι συμμετρικό ή αν είναι συμμετρικό θα πρέπει να περιστρέφεται και να περι-ρέεται ταυτόχρονα απο το ρευστό. Μαθηματικά η δυναμική άνωση εκφράζεται ως:
όπου:
  • CL : συντελεστής άνωσης (Lift coefficient)
  • ρ: πυκνότητα ρευστού
  • Α: επιφάνεια σώματος κάθετη στη ροή
  • U: ταχύτητα σώματος ως προς το ρευστό
Παραδείγματα δυναμικής άνωσης
  • Τα αεροσκάφη στηρίζονται σε αυτή την αρχή προκειμένου να απογειωθούν, να ανέρχονται, να κατέρχονται, και να διατηρούνται σε συγκεκριμένο ύψος κατά τη διάρκεια της πτήσης. Η διατομή των πτερυγίων τους είναι τέτοια ώστε στην κάτω πλευρά να αναπτύσσονται μεγαλύτερες ταχύτητες και κατά συνέπεια μικρότερες πιέσεις από ότι στην πάνω πλευρά, δημιουργώντας έτσι την άνωση.
  • Το «φάλτσο» της μπάλας κατά τη διάρκεια ενός χτυπήματος της στο ποδόσφαιρο. Καθώς η μπάλα ταξιδεύει στον αέρα (ρευστό) και περιστρέφεται ταυτόχρονα, δημιουργεί μια ζώνη με υψηλότερη ταχύτητα στην μια της πλευρά και μια ζώνη με χαμηλότερη ταχύτητα στην άλλη λόγω της περιστροφής της. Η διαφορά αυτή των ταχυτήτων συνεπάγεται διαφορά πιέσεων που ωθούν την μπάλα προς μια κατεύθυνση.
arximidis.jpg



Πλεύση


Μια ξύλινη βάρκα ή ένα πλοίο κατασκευασμένο από σίδερο επιπλέει στη θάλασσα, ενώ η σιδερένια άγκυρα βυθίζεται. Ένας σιδερένιος κύβος βυθίζεται στο νερό, αλλά επιπλέει στον υδράργυρο (εικόνα 4.28).
Πώς μπορούμε να εξηγήσουμε τα παραπάνω φαινόμενα; Πότε ένα σώμα βυθίζεται και πότε επιπλέει;
Ας θεωρήσουμε ένα σώμα το οποίο είναι ολόκληρο βυθισμένο σ' ένα υγρό. Στο σώμα ασκούνται δύο δυνάμεις. Το βάρος του και η μέγιστη άνωση. Το βάρος τείνει να κινήσει το σώμα προς τον πυθμένα, ενώ η άνωση προς την επιφάνεια. Υπάρχουν τρεις περιπτώσεις:
  • α) Το βάρος (w) του σώματος να είναι μεγαλύτερο από την άνωση (Α) (εικόνες 4.28α και 4.29α). Τότε η φορά της συνισταμένης δύναμης είναι προς τον πυθμένα. Το σώμα βυθίζεται. Αυτό συμβαίνει, όταν η πυκνότητα του σώματος είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του υγρού:

img
img
β) Η άνωση (Α) είναι ακριβώς ίση με το βάρος του σώματος (εικόνα 4.29β). Τότε το σώμα διατηρείται σε σταθερό βάθος, δηλαδή ούτε βυθίζεται, ούτε αναδύεται. Αυτό συμβαίνει όταν:
img
img
γ) Η μέγιστη άνωση (Α) είναι μεγαλύτερη από το βάρος (w) του σώματος (εικόνες 4.28β, 4.29γ). Τότε η φορά της συνισταμένης δύναμης είναι προς την επιφάνεια. Το σώμα κινείται προς την επιφάνεια και ένα μέρος του αναδύεται. Αυτό συμβαίνει όταν:
img
img
Καθώς μειώνεται όγκος του σώματος που είναι βυθισμένο στο υγρό, η άνωση που δέχεται ελαττώνεται. Σε κάποια θέση του σώματος η άνωση (Α') εξισώνεται με το βάρος του σώματος. Τότε, το σώμα επιπλέει:

  • Α'= W , Συνθήκη πλεύσης
  • Για να προβλέψουμε αν ένα σώμα επιπλέει ή βυθίζεται σ' ένα υγρό, συγκρίνουμε:
  • α) τη μέγιστη άνωση με το βάρος ή
  • β) τις πυκνότητες του σώματος και του υγρού (εικόνα 4.30). Ένα σώμα επιπλέει όταν:
  • ρ σώματος < ρ υγρού
Σύμφωνα με τη συνθήκη πλεύσης, αν αυξηθεί το βάρος ενός σώματος που επιπλέει σε υγρό, θα πρέπει να αυξηθεί και η άνωση. Επομένως, το σώμα θα πρέπει να βυθιστεί περισσότερο στο υγρό (εικόνα 4.31).
Αν θέλετε να επιπλέετε πιο εύκολα στο νερό, πρέπει να μειώσετε την πυκνότητά σας. Πώς; Αυξάνοντας τον όγκο ή μειώνοντας τη μάζα του σώματος σας. Επειδή είναι ιδιαίτερα δύσκολο να μειώσετε τη μάζα, χρησιμοποιείτε τα σωσίβια για να αυξήσετε τον όγκο σας. Τα σωσίβια έχουν μικρή μάζα και μεγάλο όγκο. Έτσι, όταν τα φοράμε, η «μέση» πυκνότητα* του σώματος μας μειώνεται και επιπλέουμε ευκολότερα.
Ο σίδηρος έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το νερό. Έτσι, μια συμπαγής σιδερένια σφαίρα βυθίζεται στο νερό. Ωστόσο, μια κοίλη (κούφια) σιδερένια σφαίρα ίδιας μάζας μπορεί να επιπλέει (εικόνα 4.32). Η κοίλη σφαίρα με την ίδια μάζα έχει μεγαλύτερο όγκο κι επομένως μικρότερη «μέση» πυκνότητα. Για τον ίδιο λόγο τα πλοία που είναι κατασκευασμένα από λαμαρίνες επιπλέουν στη θάλασσα.



pleysh.jpg




Πτήση

1.jpg











Αν δεν υπήρχε ο αέρας, δεν θα μπορούσαν να πετάνε τα αεροπλάνα με τίποτα.

Αρχικά, για να πάρουμε τα πράγματα με σωστή σειρά, ας δούμε όλες τις αεροδυναμικές πιέσεις-δυνάμεις που ασκούνται σε ένα αεροπλάνο.

Σε ένα αεροσκάφος υπάρχουν 4 δυνάμεις:

1)η δύναμη της ανύψωσης,είναι αυτή που ωθεί το αεροπλάνο προς τα πάνω, εξαιτίας της συμπεριφοράς του (πχ επιτάχυνση κατά την απογείωση και ρύθμιση των φτερών για απογείωση)


2)η δύναμη της αντίστασης,
είναι η δύναμη της αντίστασης του αέρα

3)η δύναμη της ώθησης, είναι η δύναμη που δίνει ο κινητήρας στο σκάφος για να επιταχύνει - κινείται

4)η δύναμη της βαρύτητας, είναι αυτή που δημιουργείται από το βάρος του αεροσκάφους.

2.jpg



Έτσι, για να καταφέρει ένα αεροσκάφος να πετάξει, θα πρέπει η δύναμη της ώθησης να είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη της αντίστασης του αέρα και η δύναμη της ανύψωσης μεγαλύτερη επίσης από τη δύναμη της βαρύτητας.
Τα φτερά του αεροπλάνου, δεν είναι επίπεδα. Είναι ελαφρώς καμπύλα, κατά τρόπο αεροδυναμικό.
Κατά την πτήση μας, ο αέρας περνάει πάνω και κάτω από κάθε φτερό.
Έτσι, τα φτερά έχουν μια ελαφρώς ανηφορική κλήση, ώστε να εξοστρακίζουν τον περισσότερο αέρα στο κάτω μέρος των φτερών, με αποτέλεσμα να δημιουργείται πίεση κάτω από τα φτερά.
Αυτή η πίεση ωθεί το αεροπλάνο να πάει προς τα πάνω. Είναι σαν να το πιάνουμε κάτω από τα φτερά και να το πιέζουμε προς τα πάνω.

3.jpg





Σκεφτείτε το έτσι απλά:
αυτό γίνεται γιατί κάτω από τα φτερά υπάρχει πολύς αέρας, και πάνω από τα φτερά, λίγος αέρας. Έτσι, ο πολύς αέρας, προσπαθεί να πάει επάνω να καλύψει το κενό του λίγου αέρα. Αλλά επειδή μεσολαβεί το φτερό, σπρώχνει και το φτερό προς τα επάνω.

Παράδειγμα:
Πάρτε ένα χαρτί και βάλτε το όπως στην παρακάτω εικόνα. Φυσήξτε όπως στην εικόνα και θα δείτε το φύλλο να σηκώνεται.


4.jpg





Αυτό συμβαίνει για τον ίδιο λόγο: φυσώντας από την πάνω μεριά, διώχνουμε στιγμιαία την πίεση του αέρα που υπάρχει από πάνω, με αποτέλεσμα η πίεση από κάτω να είναι μεγαλύτερη και να ωθεί το χαρτί προς τα πάνω!
Τώρα, στο αεροπλάνο, όσο περισσότερη επιτάχυνση για απογείωση αποκτήσει, τόσο πιο έντονα γίνεται αυτό, δηλαδή τόσο μεγαλύτερη πίεση δημιουργείται κάτω από τα φτερά και τόσο ελαχιστοποιείται η πίεση του αέρα από πάνω.
Έτσι αυξάνετε η δύναμη της ανύψωσης που αναφέραμε στην αρχή!
Βέβαια, παράλληλα όσο επιταχύνει το αεροπλάνο, τόσο μεγαλύτερη γίνεται και η αντίσταση του αέρα στο σκάφος.
Γι' αυτό το λόγο όλο το σκάφος έχει πλήρως αεροδυναμική μορφή, ώστε να ελαχιστοποιεί όσο γίνεται την αύξηση της αντίστασης του αέρα, κατά την επιτάχυνση και την κίνησή του.
Τώρα, για τον περαιτέρω χειρισμό του αεροπλάνου, εκμεταλλευόμαστε με παρόμοιο τρόπο τον αέρα είτε για να το στρίψουμε, είτε για να το ανεβοκατεβάσουμε, είτε για να το "φρενάρουμε".
Τώρα, κατά τη διάρκεια της πτήσης, όταν αποκτήσει το επιθυμητό ύψος, για να μη συνεχίσει να πηγαίνει κι άλλο επάνω, το πίσω μέρος των φτερών, παίρνει τέτοια κλήση, ώστε να ρυθμίσει την πίεση του αέρα που περνάει από τα φτερά: να την εξισορροπήσει εξίσου ίδια πάνω και κάτω από τα φτερά.


6.jpg

Έτσι, το αεροπλάνο πηγαίνει ευθεία (και δεν ανεβαίνει προς τα πάνω).
Αντίστοιχα, αν θέλουμε να κατέβει, το πίσω μέρος των φτερών αλλάζει κλήση, με αποτέλεσμα να χαλάει την ισορροπία της πίεσης πάνω και κάτω από τα φτερά: δημιουργεί μεγαλύτερη πίεση από πάνω και μικρότερη από κάτω από τα φτερά.
Έτσι εδώ γίνεται το αντίστροφο, ωθεί το αεροπλάνο να κατέβει.
Επίσης, για να στρίψει το αεροπλάνο με γύρσιμο, παίρνουν αντίστοιχες κλήσεις τα πίσω μέρη των φτερών, παίζοντας πάντα με την πίεση του αέρα, και πάει λέγοντας.

http://coolweb.gr/pos-petane-aeroplana/