基于空气动力学的旋转球体飞行轨迹的计算模拟

发布时间：2021-06-21 20:10

　　文章介绍在考虑空气阻力和马格努斯力的情况下,将飞行球体简化成受力质点并建立其动力学方程,利用Matlab软件中的龙格库塔法函数对方程进行求解。以足球为例,分别计算模拟足球在上旋、下旋和侧旋时的飞行轨迹,并进行对比分析,发现空气阻力和马格努斯力对足球的飞行影响都很大。 

【文章来源】：物理与工程. 2020,30(03)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

飞行球体受力图

由于球体的对称性,空气阻力FD与速度υ方向相反,空气阻力FD与球飞行速度υ的关系可以通过简化建模得到,如图2所示的圆盘为球体最大截面并与速度方向正交。如图2,圆盘两面所受到的压力不同,状态1为气流还未被球体穿过,压强为p1,相对流速v1=v。状态2的气流完全被圆盘遮挡,压强p2,相对流速v2=0。根据伯努利原理可得:

球体旋转产生的马格努斯力来自于球体的各面流速不同所导致的压强差,这里以旋转轴方向与球速方向垂直为例,如图3所示。旋转的球体在空气中飞行时,旋转方向迎着气流一面的流速减慢,而顺着气流一面的流速加快,根据伯努利方程:

【参考文献】：
期刊论文
[1]足球任意球直接破门得分的力学原理分析[J]. 杨虎强.  体育研究与教育. 2018(05)
[2]考虑空气阻力的足球弧线球运动轨迹[J]. 郝成红,黄耀清,刘聚坤.  大学物理. 2018(06)
[3]以乒乓球为例分析旋转球的受力及飞行轨迹[J]. 赵丽特,范东华,陈毅湛.  物理与工程. 2017(02)
[4]用数学方法研究乒乓球上旋球的飞行轨迹[J]. 薛社教.  高教学刊. 2016(06)
[5]从空气阻力墙理论到足球的“电梯球”技术[J]. 葛惟昆,贾继莹,张京雷.  物理. 2016(01)



本文编号：3241328