Ve skutečnosti to vypadá jako zázrak. Okřídlený stroj vážící desítky až stovky tun, překonávající gravitaci, se snadno vznáší a vznáší se na obloze jako pták. Jaká je síla, která ji udržuje ve vzduchu?
Instrukce
Krok 1
Trochu historie
V roce 1738 vyvinul švýcarský vědec Daniel Bernoulli zákon pojmenovaný po něm. Podle tohoto zákona se zvýšením průtoku kapaliny nebo plynu statický tlak v nich klesá a naopak se snížením rychlosti stoupá.
V roce 1904 ruský vědec N. E. Zhukovsky vyvinul teorém o zdvihací síle působící na těleso v rovinně paralelním toku plynu nebo kapaliny. Podle této věty je těleso (křídlo) umístěné v pohybujícím se kapalném nebo plynném médiu vystaveno zdvihací síle, jejíž hodnota závisí na parametrech média a tělesa. Hlavním výsledkem Žukovského práce byl vzorec koeficientu výtahu.
Krok 2
Zvedací síla
Profil křídla letounu je asymetrický, jeho horní část je konvexnější než spodní. Když se letadlo pohybuje, rychlost proudění vzduchu procházejícího z horní části křídla je vyšší než rychlost proudění vzduchu procházejícího ze spodní části křídla. V důsledku toho (podle Bernoulliho věty) se tlak vzduchu pod křídlem letadla zvýší než tlak nad křídlem. Kvůli rozdílu v těchto tlacích vzniká zvedací síla (Y), která tlačí křídlo nahoru. Jeho hodnota je:
Y = Cy * p * V² * S / 2, kde:
- Cy - koeficient vztlaku;
- p je hustota média (vzduchu) v kg / m³;
- S - plocha v m²;
- V je rychlost proudění v m / s.
Krok 3
Pod vlivem různých sil
Na letadlo pohybující se ve vzdušném prostoru působí několik sil:
- přítlačná síla motoru (vrtule nebo trysky), který tlačí letadlo dopředu;
- čelní odpor směřující dozadu;
- gravitační síla Země (hmotnost letadla) směřující dolů;
- výtah tlačí letadlo nahoru.
Hodnota zdvihu a odporu závisí na tvaru křídla, úhlu náběhu (úhel, pod kterým se tok setkává s křídlem) a hustotě proudění vzduchu. Ten zase závisí na rychlosti letadla a na atmosférickém tlaku vzduchu.
Krok 4
Jak letadlo zrychluje a jeho rychlost se zvyšuje, zvyšuje se vztlak. Jakmile překročí váhu letadla, vzlétne nahoru. Když se letadlo pohybuje vodorovně konstantní rychlostí, jsou všechny síly vyvážené a jejich výsledná (celková síla) je nulová.
Tvar křídla je zvolen tak, aby odpor byl co nejnižší a zdvih byl co nejvyšší. Zdvih lze zvýšit zvýšením rychlosti pojezdu a plochy křídel. Čím vyšší je rychlost pohybu, tím menší může být plocha křídla a naopak.
