Z

e sterowaniem lotu nie dawano
sobie rady bardzo d∏ugo. Próby
doÊwiadczalnego rozwiàzania

problemu spe∏z∏y na niczym. Zajmowa-
li si´ nim najwi´ksi myÊliciele, w∏àcznie
z Leonardem da Vinci, który poÊwi´ci∏
mu ponad 500 rysunków i 35 tys. s∏ów.
Najtrudniejsze okaza∏o si´ utrzymanie
statecznoÊci aerodynamicznej. Samolot
mo˝e bowiem pochylaç lub zadzieraç
nos, przechylaç si´ na boki i zmieniaç
kierunek, pozostajàc w tej samej p∏asz-
czyênie lotu. Sterujàc statkiem powietrz-
nym, trzeba kontrolowaç wszystkie te
trzy ruchy jednoczeÊnie.

Jak tego dokonaç, pokazali dopiero

dwaj najbardziej utalentowani badacze
amatorzy, jakich wyda∏y Stany Zjedno-
czone. Choç w przekonaniu wi´kszoÊci
ludzi byli oni po prostu „z∏otymi ràcz-
kami”, Wilbura i Orville’a Wrightów na-
le˝a∏oby raczej traktowaç jako utalen-
towanych naukowców. Jednym z ich
najwi´kszych osiàgni´ç by∏o u˝ycie
w rozpocz´tych w 1901 roku ekspery-
mentach tunelu aerodynamicznego ja-

NAUKOWIEC AMATOR

Shawn Carlson

Tunel aerodynamiczny

KARTONOWA
PROSTOWNICA ULOWA

PRZECIWWAGA

TEFLONOWA

TULEJKA

ZEWN¢TRZNA
DREWNIANA RAMA

OKNO

Z PLEKSI

RAMKA
Z SIATKÑ

WENTYLATOR

DRUCIANE
WIESZAKI

KARTONOWE PUDE¸KO

PLASTIKOWA TORBA
NA ÂMIECI

PLASTIKOWA

TORBA

NA ÂMIECI

PATYCZKI

OD LODÓW

ko precyzyjnego instrumentu badawcze-
go. Bracia Wright przeprowadzili z jego
pomocà tysiàce systematycznych pomia-
rów, dzi´ki czemu w rodzàcej si´ dopie-
ro dziedzinie aeronautyki uzyskano po
raz pierwszy naprawd´ wiarygodne da-
ne. Ich wysi∏ki wkrótce zaowocowa∏y –
dwa lata póêniej w Kitty Hawk w Karo-
linie Pó∏nocnej odnieÊli sukces.

Naukowcom amatorom tunele aerody-

namiczne wcià˝ umo˝liwiajà niezliczone
badania, i to nie tylko w aerodynamice.
Oczywiste, ˝e tunel aerodynamiczny po-
zwala doskonaliç projekty latawców, mo-
deli samolotów, ˝aglówek i samochodów
wyÊcigowych, tak aby uzyskiwa∏y lepsze
osiàgi. Pozwala jednak równie˝ na ba-
danie wszystkich zjawisk zwiàzanych
z oddzia∏ywaniem poruszajàcego si´ po-
wietrza. Na przyk∏ad mo˝na w nim ob-
serwowaç wzajemne oddzia∏ywanie wia-
tru i fal na powierzchni cieczy. Ekolodzy
mogà okreÊlaç, jak przebiega parowanie
wody z ró˝nych rodzajów gleby lub mie-
rzyç profil pr´dkoÊci wiatru nad na-
wierzchnià trawiastà, go∏à ziemià i asfal-
tem. W tunelu aerodynamicznym da si´
obserwowaç, jak z silnymi porywami wia-
tru zmagajà si´ owady lub gdy ustawi-
my go pionowo, okreÊliç pr´dkoÊç spa-

dajàcych kropli wody. Przy odrobinie wy-
obraêni mo˝na obroniç twierdzenie, ˝e
wykorzystanie tunelu aerodynamiczne-
go stwarza nieograniczone mo˝liwoÊci
badawcze.

W zbudowanym ostatnio na potrzeby

w∏asnych eksperymentów niedrogim tu-
nelu aerodynamicznym wykorzysta∏em
do nap´du strumienia powietrza domo-
wy wentylator. Sam tunel to d∏ugi karton
o wymiarach 30.5 x 30.5 x 122 cm. Dok∏ad-
ne parametry nie majà tu jednak znacze-
nia; najwa˝niejsze, aby pud∏o by∏o co naj-
mniej czterokrotnie d∏u˝sze ni˝ szersze.
Obserwacje u∏atwi pomalowanie wn´trza
tunelu b∏yszczàcà bia∏à farbà. Aby powie-
trze nie przenika∏o przez Êcianki, z ze-
wnàtrz nale˝y je pokryç dwiema warstwa-
mi farby lateksowej.

Okno przestrzeni pomiarowej wyko-

na∏em ze szk∏a organicznego. Powinno
byç prostokàtem 20 x 30 cm. Kszta∏t okna
nale˝y wytrasowaç na Êciance tunelu
(miejsce pokazano poni˝ej), a nast´pnie
wyciàç otwór no˝ykiem. Za otworem
umieszcza si´ nawoskowany papier i do-
ciska go kawa∏kiem drewnianej deski.
Kraw´dzie okna trzeba posmarowaç kle-
jem silikonowym, a nast´pnie wcisnàç
je w otwór, a˝ dotknie do drewna. Po-
∏àczenie trzeba uszczelniç na zewnàtrz
klejem silikonowym.

W celu usztywnienia tunelu nale˝y

wykonaç trzy ramy z listew drewnia-
nych dok∏adnie dopasowane do ze-
wn´trznych rozmiarów tunelu, nasunàç

TUNEL AERODYNAMICZNY zbudowany z kartonowego pud∏a

pozwala eksperymentatorom amatorom na pomiar

wielu ró˝nych wielkoÊci aerodynamicznych.

MICHAEL GOODMAN

74 Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 1998

Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 1998 75

je i przykleiç. Poziome listwy b´dà do-
datkowo usztywniaç konstrukcj´ i po-
s∏u˝à do zamocowania aparatury
pomiarowej.

Niektóre wentylatory domowe mo-

gà rozp´dziç strumieƒ powietrza na-
wet do 5 m/s. Dodanie Êcianek ogra-
niczajàcych wokó∏ wlotu tunelu (ilu-
stracja z prawej na dole) zwi´ksza pr´d-
koÊç strumienia powietrza (podobnie
jak zatkanie kciukiem cz´Êci otworu
wylotowego ogrodowego w´˝a spra-
wia, ˝e woda wyp∏ywa z wi´kszà
pr´dkoÊcià). Zmniejszenie przekroju
tunelu w obszarze pomiarowym, na
przyk∏ad o dwie trzecie, zwi´ksza
pr´dkoÊç powietrza w tym miejscu
niemal trzykrotnie. JeÊli potrzebne sà
wi´ksze pr´dkoÊci, trzeba si´ posta-
raç o wentylator wi´kszej mocy. W
handlu wentylatory sà na ogó∏ wypo-
sa˝one w czteropo∏o˝eniowy prze-
∏àcznik pr´dkoÊci. W celu uzyskania
precyzyjniejszej regulacji mo˝na go
zastàpiç w∏àcznikiem oÊwietlenia ze
Êciemniaczem. Do przymocowania do
obudowy wentylatora Êcianek zamyka-
jàcych pude∏ko z boku mo˝na u˝yç ela-
stycznej taÊmy klejàcej. Âwietnym
szczelnym r´kawem b´dzie rozci´ta do-
∏em plastikowa torba na Êmieci. Wystar-
czy jà naciàgnàç na pude∏ko i wentyla-
tor oraz przymocowaç taÊmà.

Wlotowi tunelu nadajemy kszta∏t, od-

ginajàc boczne zamykajàce pude∏ko
Êcianki i przymocowujàc je do wygi´te-
go w kwadrat drutu z dwóch wiesza-
ków na ubrania. Druciany kwadrat trze-
ba posmarowaç klejem epoksydowym,
a nast´pnie przykleiç do kartonowych
klap taÊmà, tak jak pokazano na rysun-
ku. Na utworzony wlot równie˝ nacià-
ga si´ torb´ na Êmieci, aby by∏ szczelny.
W pomieszczeniu, w którym pracuje
wentylator, b´dà si´ tworzyç zawiro-
wania. Niektóre z nich zostanà wcià-
gni´te do tunelu.

Do wyg∏adzenia strumienia powietrza

mo˝na u˝yç cienkiej i g´stej drucianej siat-
ki. Powinna byç rozpi´ta na drewnianej
ramce wsuni´tej we wlot tunelu. Kra-
w´dê ramki okleja si´ filcem, aby powie-

trze nie przep∏ywa∏o bokiem. Poniewa˝
chcemy mieç dost´p do wn´trza, ramki
nie mocujemy na sta∏e. Aby jednak pod-
czas przeprowadzania doÊwiadczeƒ nie
zmienia∏a pozycji, dobrze jest od Êrodka,
w odpowiedniej odleg∏oÊci od wlotu,
przykleiç do Êcian tunelu cztery patycz-
ki od lodów. W celu utrzymania równo-
miernego przep∏ywu powietrza podczas
doÊwiadczeƒ za obszarem pomiarowym
umieszcza si´ tzw. prostownic´ ulowà,
którà w naszym przypadku mogà byç
kartonowe przegródki.

Pr´dkoÊç powietrza wewnàtrz tune-

lu daje si´ mierzyç w najró˝niejszy spo-
sób, na przyk∏ad anemometrem kulo-
wym [patrz:

NAUKOWIEC AMATOR

,

Âwiat Nauki, styczeƒ 1996], anemome-
trem wiatraczkowym ze starej stacji me-
teorologicznej, manometrem lub ane-
mometrem ultradêwi´kowym. Prosty
pr´dkoÊciomierz mo˝na te˝ zbudowaç
z pi∏eczki pingpongowej, kàtomierza
i krótkiej bia∏ej nitki (powy˝ej). Kàt, jaki
b´dzie przyjmowaç nitka, zale˝y od
stosunku si∏y cià˝enia i aerodynamicz-
nego oporu pi∏eczki. Do okreÊlenia pr´d-

koÊci s∏u˝y podane na ilu-
stracji równanie. Obliczona
wartoÊç odpowiada pr´dko-
Êci z oko∏o 10-procentowà
dok∏adnoÊcià. Ze wzgl´du
na pewne subtelnoÊci dyna-
miki p∏ynów równanie obo-
wiàzuje tylko w zakresie od
0.5 do 40 m/s.

Pasjonaci lotnictwa b´dà

prawdopodobnie chcieli mie-
rzyç si∏y aerodynamiczne.
Aby okreÊliç wszystkie mo˝-
liwe si∏y i momenty, nale˝y

dokonywaç równoczeÊnie szeÊciu po-
miarów. Cz´sto jednak eksperymen-
tatorzy sà zainteresowani tylko jednà
wielkoÊcià, na przyk∏ad si∏à noÊnà na
skrzydle lub oporem na danej po-
wierzchni. Uk∏ad pokazany poni˝ej
pozwala na pomiar albo si∏y noÊnej,
albo oporu (jednak nie obu tych wiel-
koÊci jednoczeÊnie). Zamocowanie
modeli bokiem eliminuje z równania
grawitacj´.

Mierzàc si∏´ noÊnà, nale˝y zwi´k-

szaç mas´ przeciwwagi a˝ do chwili,
kiedy model po zwolnieniu nie zmie-
ni swego po∏o˝enia. WielkoÊç si∏y ae-
rodynamicznej na modelu b´dzie
okreÊlona wielkoÊcià przeciwwagi.
Przy pomiarze oporu przeciwwaga
daje moment równowa˝àcy moment
zwiàzany z oporem. Si∏a oporu jest
równa iloczynowi stosunku ramion
dzia∏ania si∏ (a : b) i ci´˝aru przeciw-

wagi. JeÊli nie mamy zestawu odwa˝-
ników, mo˝emy pos∏u˝yç si´ moneta-
mi (tabela). JeÊli nasze wymagania sà
wi´ksze, zajrzyjmy na stron´ WWW So-
ciety for Amateur Scientists, gdzie
przedstawiono bardziej skomplikowane
uk∏ady równowa˝àce. Dalszym krokiem
mo˝e byç próba elektronicznej rejestra-
cji pomiarów.

Bli˝sze informacje na temat przedstawio-

nego projektu lub innych projektów prze-
znaczonych dla naukowców amatorów
mo˝esz uzyskaç, piszàc do Society for Ama-
teur Scientists pod adresem: 4735 Claire-
mont Square, Suite 179, San Diego, CA
92117, USA. Mo˝na równie˝ zajrzeç na
stron´ WWW towarzystwa (www.the-
sphere.com/SAS), zadzwoniç pod numer
[phone] lub zostawiç wiadomoÊç pod
numerem [phone].

T∏umaczy∏

Ryszard Witkowski

d

v

DLA MA¸YCH WYCHYLE¡
θ = d/l

x

180/π STOPNI

l

KÑTOMIERZ

θ

v = 8.1√



tanθ

DLA PI¸KI PINGPONGOWEJ

PRZY PR¢DKOÂCI
STRUGI POWIETRZA
OD 0.5 DO 40 m/s

GDZIE d = PRZEMIESZCZENIE
W POZIOMIE
l = ODLEG¸OÂå OD PUNKTU
ZAMOCOWANIA
DO SPODU PI¸ECZKI

1

0

LINIJKA CENTYMETROWA

2

3

OKNO

ZW¢˚ENIE

OBCIÑ˚NIK

BLOCZEK

OBRACAJÑCA SI¢

TULEJKA

a

b

PROSTOWNICA

ULOWA

SI¸A CIÑ˚ENIA

PI¸KA PINGPONGOWA

zawieszona na nitce s∏u˝y do pomiaru

pr´dkoÊci strumienia powietrza.

W PRZYRZÑDZIE MIERZÑCYM OPÓR

do okreÊlenia si∏y aerodynamicznej

wykorzystuje si´ przeciwwag´

i element obrotowy.

MICHAEL GOODMAN

MICHAEL GOODMAN

NOMINALNA MASA I CI¢˚AR

MONET POLSKICH

NOMINA¸

MASA

CI¢˚AR

[g]

[N]

10 gr

2.51

2.46 x 10

–2

20 gr

3.22

3.16 x 10

–2

50 gr

3.94

3.87 x 10

–2

1 z∏

5.00

4.91 x 10

–2

2 z∏

5.21

5.11 x 10

–2

5 z∏

6.54

6.42 x 10

–2

JOHNNY JOHNSON