Содержание
Самолет, созданный человеком, летит по тем же принципам физики, что и птица: он должен преодолевать гравитационные силы, чтобы достичь подъема и полета. Крылья самолетов работают, чтобы создать подъемную силу, и они достигают этого, изгибая поток воздуха вокруг них. Без крыльев самолет - просто автомобиль.
Воздушные силы
Самолеты и птицы способны летать, потому что они уравновешивают четыре силы: подъемную силу, вес, сопротивление и тягу. Самолет взлетает в воздух, когда подъемная сила - сила, толкающая вверх на нижнюю поверхность его крыльев - превышает силу самолета из-за силы тяжести. Лифт создается воздушным потоком вокруг самолета, особенно вокруг крыльев. Drag - сила сопротивления воздуха движению самолета. Эта сила увеличивается с увеличением скорости самолета, но уменьшается, если самолет имеет гладкую или аэродинамическую форму. Двигатель и двигательная установка самолета, либо реактивная, либо пропеллерная, создают силу тяги для преодоления сопротивления.
Ньютон и Бернулли
Два европейских ученых объяснили принципы полета самолета. Английский физик Исаак Ньютон (1642–1727) перечислил три закона движения, которые применимы ко всем движущимся объектам. Во-первых, объекты остаются в состоянии покоя или находятся в постоянном движении, если они не вынуждены изменяться под действием внешней силы. Вторая утверждает, что сила, направленная на объект, заставляет его ускоряться в направлении этой силы. Третий утверждает, что для каждой силы существует равная и противоположная сила. Швейцарский математик Даниэль Бернулли (1700–1782) был пионером в разработке математического объяснения динамики жидкости, механики потока жидкостей и газов. Его главное открытие, известное как принцип Бернулли, утверждает, что с увеличением скорости воздушного потока его давление уменьшается.
Угол атаки
Крылья самолета предназначены для небольшого отклонения от горизонтали, также известного как траектория полета. Этот угол наклона называется углом атаки и является наиболее важной переменной при создании подъемной силы. Самолет начинает двигаться, когда пилот прикладывает усилие от двигателя, чтобы самолет двигался вперед по земле. Пилот поворачивает самолет вверх, подняв нос, чтобы увеличить угол атаки и достичь взлета. Однако слишком большой угол атаки приведет к остановке самолета.
Кривизна потока
Лифт создается воздушным изгибом вокруг крыльев самолета. Когда воздушный поток достигает передней кромки крыла, он распадается на две части: часть течет вдоль верхней поверхности, а другая - вдоль поверхности внизу. Форма крыла слегка асимметричная, с большей площадью поверхности на верхней стороне. Поток воздуха прилипает к верхней поверхности, когда он перемещается между передней и задней кромками крыла, изгибая и понижая давление в соответствии с принципом Бернулли. Когда самолет набирает скорость, подъемная сила увеличивается согласно второму закону движения Ньютона. Это, в свою очередь, увеличивает кривизну воздуха на верхней поверхности, вытесняя больше воздуха вниз с задней кромки крыльев. Когда самолет движется по воздуху, нижняя часть крыльев, обращенная к воздушному потоку под углом атаки, также отклоняет часть воздушного потока вниз. Этот нисходящий поток воздуха вызывает равную и противоположную реакцию в восходящем потоке воздуха под высоким давлением (третий закон Ньютона), увеличивая подъемную силу и удерживая самолет в воздухе.