PDF《科别：物理科》

三、探讨车子外型与单位面积所受风压的相关性(使用第三种风洞) 由於之前所研究的是汽车外型与重量在风洞中的变化(即铅直方向的受力情形) ,而没 有探讨在水平方向上的受力情形,所以这个实验的目的即在探讨受试体在水平方向的 受力情形.经由前一个实验发现数幻飨缘闹饕蚴瞧的Ｐ偷闹亓刻(金属外

5 壳) ,所以就改换成塑胶模型的小汽车以求取更轻的重量.但是由於受风的有效面积太 小了,所以数膊幻飨.最后我们只好以保丽龙自行制作汽车模型.

(一)先探讨基本外型的风压(如:球体、立方体、蛋型) 1?实验方法 (1) 将球体、立方体、蛋型水平悬吊於风洞中,受力的情形用相机拍照, 用作图法量取角度(θ) . (2) 改变风扇的电压,重复动作(1) . (3) 利用三角函数的 tan 值和力图分析以求取物体所受的水平力. (tanθ= 对边/邻边=F 水平/重量 W,所以 F 水平=重量 W*tanθ) (4) 我们知道 P(压力)=F(力)/A(面积) ,所以 P(风压)=F 水平/A(有 效面积) (5) A(有效面积)为物体在铅直方向上的投影,所以 A(有效面积)=(物 体的横向面积*sinθ)+(物体的纵向面积*cosθ) ,其中θ为摆角. 2?实验时遭遇的困难 (1) 由於此次实验所测试的物体重量更轻,对於气流的稳定度要求更高, 所以第二种风洞无法使用,於是便著手改良成第三种风洞. (2) 一开始悬吊物体的方法是三点式,但是不稳定,容易旋转,最后使用 四点悬吊才能克服. 3?制作第三种风洞 (1) 经由不断的改良依然无法改进,最后经由询问汉翔航太公司藉由间接 的帮忙得知一般大型的汽车风洞的测试段有

8 个车身长,所以动手加 长测试段(加长 37cm) .加长的结果,果然使悬吊的物体更稳定. (2) 改良整流段.原本的整流段是由小吸管平整的填充,现在将整流段作 成四角锥形,凸起的那面面向测试段. (3) 经由这二个部分的改良 , 使悬吊的物体比之前的第二种风洞稳定多了.

(二)再探讨汽车的外型和风压的关系 1?实验方法 (1) 自行制作保丽龙车子,探讨的外型由长方体型渐趋流线型,所以制作 的车子有 Volvo

240、Volvo

850、跑车、未来概念车. (2) 将保丽龙模型车水平悬吊於风洞中,受力的情形用相机拍照,用作图 法量取角度(θ) . (3) 改变风扇的电压,重复动作(2) . (4) 利用三角函数的 tan 值和力图分析以求取物体所受的水平力. (tanθ= 对边/邻边=F 水平/重量 W,所以 F 水平=重量 W*tanθ) (5) 我们知道 P(压力)=F(力)/A(面积) ,所以 P(风压)=F 水平/A(有 效面积) (6) A(有效面积)为保丽龙汽车模型在铅直方向上的投影,所以 A(有 效面积)=(汽车模型的横向面积*sinθ)+(汽车模型的纵向面积* cosθ) ,其中θ为摆角. 2?以下资料为实验数治鲎柿:

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28 陆、研究结果 壹、

6 辆模型汽车在风洞中,分别在

(一)车头迎风、

(二)车尾迎风、

(三)侧面迎风时,由其重量变化百分比,来判断阻力的大小.

一、 绿色厢型车未置入风洞时的重量: 163.0 gw 置入风洞后的重量(gw)

(一) 绿色厢型车(车头迎风) 风扇 电压 (V) 80V 100V 120V

1 167.0 167.4 167.2

2 167.2 167.6 167.6

3 167.0 167.2 167.0

4 167.2 167.0 166.8

5 167.4 167.2 167.2

6 167.2 167.2 167.0

7 167.0 167.2 166.8

8 167.2 167.0 167.0

9 167.4 167.4 167.0

10 167.2 167.2 167.2 平均值 167.2 167.2 167.1 标准差 0.14 0.17 0.22 置入风洞后的重量(gw)