Чому летить фізика. Готово відписатися від розсилки

Людство здавна цікавило питання, як так виходить, що багатотонний літальний апаратлегко піднімається до небес. Як відбувається зліт і як літають літаки? Коли авіалайнер рухається на великій швидкості злітною смугою, у крил з'являється підйомна сила і працює знизу вгору.

Під час руху повітряного судна виробляється різниця тисків на нижню та верхню сторони крила, завдяки чому виходить підйомна сила, що утримує повітряне судно у повітрі. Тобто. високий тиск повітря знизу штовхає крило вгору, причому низький тиск зверху затягує крило на себе. В результаті крило піднімається.

Для зльоту авіалайнера йому необхідний достатній розбіг. Підйомна сила крил збільшується у процесі набору швидкості, що має перевищити граничний злітний режим. Потім пілот збільшує кут зльоту, відводячи штурвал до себе. Носова частиналайнера піднімається вгору, і машина піднімається у повітря.

Потім забираються шасі та випускні фари. З метою зменшення підйомної сили крила пілот поступово виконує прибирання механізації. Коли авіалайнер досягне необхідного рівня, льотчик встановлює стандартний тиск, а двигунам – номінальний режим. Щоб подивитися, як злітає літак, відео пропонуємо переглянути наприкінці статті.

Зліт судна виконується під кутом. З практичного погляду цьому можна дати таке пояснення. Кермо висоти – це рухлива поверхня, керуючи якою можна спричинити відхилення літака по тангажу.

Кермом висоти можна управляти кутом тангажу, тобто. змінювати швидкість набору чи втрати висоти. Це відбувається внаслідок зміни кута атаки та сили підйому. Збільшуючи швидкість двигуна, пропелер починає крутитися швидше та піднімає авіалайнер вгору. І навпаки, спрямовуючи кермо висоти вниз, ніс літака опускається вниз, при цьому швидкість двигуна слід зменшувати.

Хвостова частина авіалайнераукомплектована кермом напрямку та гальмами на обидва боки коліс.

Як літають авіалайнери

Відповідаючи питанням, чому літають літаки, слід згадати закон фізики. Різниця тиску впливає на підйомну силу крила.

Швидкість потоку буде більшою, якщо тиск повітря буде низьким і з точністю, навпаки.

Тому, якщо швидкість авіалайнера велика, то його крила набувають підйомної сили, яка штовхає повітряне судно.

Ще на підйомну силу крила авіалайнера впливають деякі обставини: кут атаки, швидкість та щільність потоку повітря, площа, профіль та форма крила.

Сучасні лайнери мають мінімальну швидкість від 180 до 250 км/год., за яких здійснюється зліт, планує в небесах і не падає.

Висота польоту

Яка ж гранична та безпечна висота польоту літака.

Не всі судна мають однакову висоту польоту, «повітряна стеля» може коливатися на висоті від 5000 до 12100 метрів. На великих висотахщільність повітря мінімальна, у своїй лайнер досягає найменшого опору повітря.

Двигуну лайнера необхідний фіксований об'єм повітря для спалювання, тому що двигун не створить потрібної тяги. Також, при польотах на великій висоті, літак заощаджує паливо до 80%, на відміну від висоти до кілометра.

За рахунок чого літак перебуває в повітрі

Щоб відповісти, чому літаки літають, необхідно по черзі розібрати принципи його переміщення повітря. Реактивний авіалайнер з пасажирами на борту сягає кілька тонн, але при цьому легко злітає та здійснює тисячокілометровий переліт.

На рух у повітрі впливають і динамічні характеристики апарату, конструкції агрегатів, що формують польотну конфігурацію.

Сили, що впливають на рух літака у повітрі

Робота авіалайнера починається із запуску двигуна. Невеликі судна працюють на поршневих двигунах, що обертають повітряні гвинти, при цьому створюється тяга, що допомагає повітряному суднупереміщатися в повітряному просторі.

Великі авіалайнери працюють на реактивних двигунах, які в процесі роботи викидають багато повітря, при цьому реактивна сила наводить літальний апарат до руху вперед.

Чому ж літак злітає і перебуває довгий час у повітрі? Так як форма крил має різну конфігурацію: зверху округла, а знизу плоскато потік повітря з обох боків не однаковий. Зверху крил повітря ковзає і стає розрідженим, а тиск його менше ніж повітря знизу крила. Тому, за допомогою нерівномірного тиску повітря та формі крил, з'являється сила, що призводить до зльоту літака вгору.

Але щоб авіалайнер міг легко відірватися від землі, йому необхідно на високій швидкості здійснити розбіг по злітній смузі.

З цього випливає, щоб авіалайнер безперешкодно знаходився в польоті, йому необхідне повітря, що рухається, яке розсікають крила і створює підйомну силу.

Зліт літака та його швидкість

Чимало пасажирів цікавить питання, яку швидкість розвиває літак при зльоті? Існує помилкове уявлення, що швидкість зльоту кожного літака однакова. Щоб відповісти на запитання, яка швидкість літака під час зльоту, слід звернути увагу на важливі фактори.

1. Авіалайнер не має чітко фіксованої швидкості. Підйомна сила повітряного лайнера залежить від його маси та довжини крил. Зліт відбувається тоді, коли при зустрічному потоці створюється підйомна сила, яка набагато більша за масу літака. Тому, зліт та швидкість повітряного апарату залежить від напряму вітру, атмосферного тиску, вологості, опадів, довжини та стану злітної смуги.
2. Щоб створити підйомну силу та вдало виконати відрив від землі, літаку необхідно набрати максимальну злітну швидкість та достатній розбіг. Для цього потрібні довгі злітні смуги. Чим великовантажний літак, тим потрібні довша злітно-посадкова смуга.
3. Для кожного літака існує своя шкала злітних швидкостей, тому що вони мають своє призначення: пасажирський, спортивний, вантажний. Чим легший літак, тим злітна швидкість значно нижча і навпаки.

Зліт пасажирського реактивного літака Boeing 737

• Розбіг авіалайнера по злітній смузі починається, коли двигун досягне 800 оборотівна хвилину, пілот потихеньку відпускає гальма і тримає важіль управління на нейтральному рівні. Потім літак продовжує рух на трьох колесах;
• Перед відривом від землі швидкість лайнера повинна досягти 180 км на годину. Потім льотчик тягне важіль, що призводить до відхилення щитків – закрилків та підняття носової частини літака. Далі розгін провадиться на двох колесах;
• Після, з піднесеною носовою частиною, авіалайнер розганяється на двох колесах до 220 км на годину, а потім робиться відрив від землі.

Тому, якщо ви хочете докладніше дізнатися, як злітає літак, на яку висоту та з якою швидкістю, ми пропонуємо вам цю інформацію у нашій статті. Сподіваємось, що від повітряної подорожі ви отримаєте величезне задоволення.

Хочете подолати страх перед польотами? Самий кращий спосіб- Докладніше дізнатися про те, як літак літає, з якою швидкістю він рухається, на яку висоту піднімається. Люди бояться невідомості, а коли питання вивчене та розглянуте, то все стає простим і зрозумілим. Тому обов'язково прочитайте про те,як літає літак це перший крок у боротьбі з аерофобією.

Якщо подивитися на крило, ви побачите, що воно не плоске. Нижня поверхня гладка, а верхня має опуклу форму. За рахунок цього при підвищенні швидкості повітряного судна змінюється тиск повітря на крило. Знизу крила швидкість потоку менша, тому тиск більший. Зверху швидкість потоку більша, а тиск менше. Саме за рахунок цього перепаду тиску крило та тягне літак нагору. Ця різниця між нижнім та верхнім тиском називається підйомною силою крила. По суті, при розгоні повітряне судно виштовхує нагору при досягненні певної швидкості(Різниці тисків).

Повітря обтікає крило з різною швидкістю, виштовхуючи літак нагору

Цей принцип був виявлений і сформульований родоначальником аеродинаміки Миколою Жуковським ще в 1904 році, і вже через 10 років був успішно застосований під час перших польотів та випробувань. Площа, форма крила та швидкість польоту розраховані таким чином, щоб без проблем піднімати повітря багатотонні літаки. Більшість сучасних лайнерів літають зі швидкостями від 180 до 260 кілометрів на годину - цього цілком достатньо для впевненого утримання в повітрі.

На якій висоті літають літаки?

Розібралися, чому літають літаки? Тепер ми розповімо вам про те, якою висотою вони літають.Пасажирські повітряні судна окупували коридор від 5 до 12 тисяч метрів. Великі пасажирські лайнеризазвичай літають на висоті 9-12 тисяч, дрібніші - 5-8 тисяч метрів. Ця висота оптимальна для руху повітряних суден: на такій висоті опір повітря знижується в 5-7 разів, але кисню ще достатньо для нормальної роботи двигунів. Понад 12 тисяч літак починає провалюватися — розріджене повітря не створює нормальної підйомної сили, а також спостерігається гостра нестача кисню для горіння (падає потужність двигунів). Стеля для багатьох лайнерів – 12 200 метрів.

Зверніть увагу:літак, який летить на висоті 10 тисяч метрів, економить приблизно 80% пального в порівнянні з тим, якби він летів на висоті 1000 метрів.

Яка швидкість літака під час зльоту

Давайте розглянемо,як злітає літак . Набираючи певну швидкість, він відривається від землі. У цей момент авіалайнер найбільш некерований, тому злітні смуги роблять із значним запасом за довжиною. Швидкість відриву залежить від маси та форми повітряного судна, а також від конфігурації його крил. Для прикладу ми наведемо табличні значення для найбільш популярних видівлітака:

1. Boeing 747 -270 км/год.
2. Airbus A 380 - 267 км/год.
3. Іл 96 - 255 км/год.
4. Boeing 737 - 220 км/год.
5. Як-40 -180 км/год.
6. Ту 154 - 215 км / год.

У середньому швидкість відриву у більшості сучасних лайнерів 230-250 км/год. Але вона непостійна - все залежить від прискорення вітру, маси літального апарату, злітної смуги, погоди та інших факторів (значення можуть відрізнятися на 10-15 км/год на той чи інший бік). Але на запитання:при якій швидкості злітає літак можна відповідати – 250 кілометрів на годину, і ви не помилитеся.

Різні типи літаків злітають із різною швидкістю

На якій швидкості сідає літак

Посадкова швидкість, як і злітна, може сильно відрізнятися залежно від моделей повітряного судна, площі його крила, ваги, вітру та інших факторів. В середньому вона варіюється від 220 до 250 кілометрів на годину.

Людина завжди мріяла літати в небі. Пам'ятаєте історію про Ікара та його сина? Це, звичайно, лише міф і як було насправді ми ніколи не дізнаємося, але спрагу парити в небі ця історія розкриває сповна. Перші спроби злетіти у небо були зроблені за допомогою великого котрий є зараз скоріше засіб для романтичних прогулянокв небі, потім з'явився дирижабль, а разом із цим пізніше з'являються літаки та гелікоптери. Зараз вже практично ні для кого не є новиною або чимось незвичайним, що можна злітати за 3 години літаком на інший континент. Але як це відбувається? Чому літаки літають та не падають?

Пояснення з фізичного погляду досить просте, але важче це виконати практично

Багато років проводилися різні експерименти зі створення літаючої машини, було створено багато прототипів. Але щоб зрозуміти, чому літаки літають, достатньо знати другий закон Ньютона та вміти це відтворити на практиці. Зараз уже люди, а точніше інженери та вчені, намагаються створити таку машину, яка літала б на колосальних швидкостях, що перевищують у кілька разів швидкість звуку. Тобто питання вже не в тому, як літають літаки, а як зробити так, щоб вони літали швидше.

Дві речі для того, щоб літак злетів - потужні двигуни та правильна конструкція крил

Двигуни створюють величезний потяг, який штовхає вперед. Але цього недостатньо, адже треба ще й вгору піднятися, а за такого розкладу виходить, що поки що ми можемо лише розігнатися по поверхні до величезної швидкості. Наступним важливим моментом є форма крил та самого корпусу літака. Саме вони створюють силу, що піднімає. Зроблені крила так, що під ними повітря стає повільніше, ніж над ними, і в результаті виходить, що повітря знизу штовхає корпус вгору, а повітря над крилом не здатне чинити опір цьому впливу при досягненні літаком певної швидкості. Це називається у фізиці підйомною силою, і, щоб розібратися в цьому докладніше, потрібно мати трохи знань в аеродинаміці та інших супутніх законах. Але для розуміння того, чому літаки літають, цих знань достатньо.

Посадка та зліт - що потрібно для цього машині?

Для літака необхідна величезна злітна смуга, а точніше – довга злітна смуга. Це з тим, що він у першу чергу потрібно набрати певну швидкість для зльоту. Для того, щоб сила підйому почала діяти, необхідно розігнати літак до такої швидкості, що повітря знизу крил почне піднімати конструкцію вгору. Питання, чому низько літають літаки, стосується саме цієї частини, коли машина йде на зліт або на посадку. Низький старт дає можливість піднятися літаку дуже високо в небо, і ми часто бачимо в ясну погоду - рейсові літаки, залишаючи за собою білий слід, переміщують людей з однієї точки в іншу набагато швидше, ніж це можна зробити за допомогою наземного транспортучи морського.

Паливо для літаків

Також цікавить, чому літаки літають на гасі. Так, в основному так і є, але річ у тому, що деякі типи техніки використовують як паливо звичний бензин і навіть солярку.

Але в чому перевага гасу? Таких кілька.

Першим, певно, можна назвати його вартість. Він значно дешевший, ніж бензин. Другою причиною можна назвати його легкість, у порівнянні з тим самим бензином. Також гас має властивість горіти, якщо можна так сказати, плавно. У машинах - легкових або вантажних - нам потрібна можливість різкого включення та вимикання двигуна, коли літак розрахований на те, щоб його запустити та постійно підтримувати рух турбін на заданій швидкості тривалий час, якщо говорити про пасажирських літаках. Легкомоторна авіація, яка не призначена для перевезень величезних вантажів, а здебільшого пов'язана з військовою промисловістю, з агрогосподарством та інше (у такій машині можуть розміститися лише до двох осіб), мала та маневрена, а тому бензин є відповідним для цієї галузі. Його вибухове горіння підходить для типу турбін, які встановлені в легкій авіації.

Вертоліт – конкурент чи друг літаку?

Цікавий винахід людства, пов'язаний із переміщенням у повітряному просторі – вертоліт. У нього є головна перевага перед літаком – вертикальні зліт та посадка. Він не вимагає величезного простору для розгону, а чому літаки літають лише з обладнаних для цього місць? Правильно, потрібна досить довга і гладка поверхня. Інакше результат посадки десь у полі може стати небезпечним руйнуванням машини, а того гірше – людськими жертвами. А посадку вертольота можна здійснити на даху будівлі, яка пристосована, на стадіоні тощо. Для літака ця функція недоступна, хоча конструктори вже працюють над тим, щоб об'єднати потужність і з вертикальним зльотом.

Літак відноситься до літальних апаратів важчих за повітря. Це означає, що з його польоту потрібні певні умови, поєднання точно розрахованих чинників. Політ літака – це результат дії підйомної сили, що виникає під час руху потоків повітря назустріч крилу. Воно повернене під точно розрахованим кутом і має аеродинамічну форму, завдяки якій за певної швидкості починає прагнути вгору, як кажуть льотчики - "стає на повітря".

Розганяють літак та підтримують його швидкість двигуни. Реактивні штовхають літак вперед за рахунок згоряння гасу та потоку газів, що вириваються із сопла з великою силою. Гвинтові двигуни "тягнуть" літак за собою.

Крило сучасних літаків є статичною конструкцією і саме не може самостійно створювати підйомну силу. Можливість підняти багатотонну машину повітря виникає тільки після поступального руху (розгону) літального апарату за допомогою силової установки. У цьому випадку крило, поставлене під гострим кутом до напрямку повітряного потоку, створює різний тиск: над залізною пластиною воно буде менше, а знизу виробу більше. Саме різниця тиску призводить до виникнення аеродинамічної сили, що сприяє набору висоти.

Підйомна сила літаків складається з наступних факторів:

1. Кута атаки
2. Несиметричного профілю крила

Нахил металевої пластини (крила) до повітряного потоку прийнято називати кутом атаки. Зазвичай при підйомі літака згадане значення не перевищує 3-5 °, чого достатньо для зльоту більшості моделей літаків. Справа в тому, що конструкція крил з моменту створення першого літального апарату зазнала серйозних змін і сьогодні є несиметричним профільом з більш опуклим верхнім листом металу. Нижній лист виробу характеризується рівною поверхнею практично безперешкодного проходження повітряних потоків.

Цікаво:

Сила тяжіння та гравітація - цікаві факти, опис, фото та відео

Схематично процес утворення підйомної сили виглядає так: верхнім струмкам повітря потрібно пройти більший шлях (через опуклу форму крила), ніж нижнім, при цьому кількість повітря за пластиною має залишитися однаковим. В результаті верхні струмки рухатимуться швидше, створюючи відповідно до рівняння Бернуллі область зниженого тиску. Безпосередня відмінність у тиску над і під крилом разом із роботою двигунів допомагає літаку набрати необхідну висоту. Слід пам'ятати, що значення кута атаки не повинно перевищувати критичної позначки, інакше підйомна сила впаде.

Крила та двигунів недостатньо для керованого, безпечного та комфортного польоту. Літаком потрібно керувати, при цьому точність управління найбільше потрібна під час посадки. Льотчики називають посадку керованим падінням - швидкість літака знижується так, що він починає втрачати висоту. За певної швидкості це падіння може бути дуже плавним, що призводить до м'якого торкання колесами шасі смуги.

Управління літаком зовсім не схоже на керування автомобілем. Штурвал пілота призначений для відхилення вгору та вниз та створення крену. "На себе" - це набір висоти. "Від себе" - це зниження, пікірування. Для того, щоб повернути, змінити курс, потрібно натиснути на одну з педалей та штурвалом нахилити літак у бік повороту… До речі, мовою пілотів це називається “розворот” або “віраж”.

Для розвороту та стабілізації польоту у хвості літака розташований вертикальний кіль. А невеликі "крила", що знаходяться під ним і над ним, - це горизонтальні стабілізатори, які не дозволяють величезній машині безконтрольно підніматися і опускатися. На стабілізаторах керування є рухомі площини – керма висоти.

Цікаво:

Чому зірки не падають? Опис, фото та відео

Для керування двигунами між кріслами пілотів знаходяться важелі – при зльоті вони переводяться повністю вперед, на максимальну тягу, це злітний режим, необхідний набору злітної швидкості. При посадці важелі відводять повністю у режим мінімальної тяги.

Багато пасажирів цікаво дивляться, як перед посадкою задня частина величезного крила раптом опускається вниз. Це закрилки, "механізація" крила, яка виконує кілька завдань. При зниженні повністю випущена механізація гальмує літак, ніж дати йому занадто розігнатися. При посадці коли швидкість дуже невелика, закрилки створюють додаткову підйомну силу для плавної втрати висоти. При зльоті вони допомагають основному крилу утримувати машину повітря.

Чого не треба боятися у польоті?

Є кілька моментів польоту, здатних налякати пасажира – це турбулентність, проходження через хмари та добре видимі коливання консолей крила. Але це абсолютно не небезпечно - конструкція літака розрахована на величезні навантаження, набагато більше тих, що виникають при "болтанці". До тремтіння консолей слід ставитися спокійно - це допустима гнучкість конструкції, а політ у хмарах забезпечується приладами.

Щоб піднятися у повітря, літакам потрібно розвинути колосальну потужність. Двигуни літаків створюють тягу, що штовхає їх уперед, тоді як особлива форма корпусу та крил допомагає їм підніматися догори.

Сила тяжіння тягне літаки вниз, як будь-які інші тіла. Проте літакам вдається утримуватися у повітрі саме завдяки дії самого повітря. Зазвичай повітря тисне на тіло з усіх боків, але якщо воно рухається, то тисне сильніше, ніж повітря, яке рухається швидко.

Крила літака мають особливу форму, що змушує повітря рухатися під ними повільніше, ніж над ними. Коли літак досягає певної швидкості, «повільне» повітря під його крилами починає тиснути на них сильніше, ніж те, що над ним, і літак піднімається до неба. Сила, що виникає при цьому, називається підйомною.

При пострілі зі рушниці стрілець відчуває віддачу - поштовх прикладу в плече. Ця сила діє на приклад рушниці дуже короткий час – близько 0,002 с. Але на верстат кулемета ця сила діє майже постійно, поки кулі вилітають із ствола.

Також і літальний апарат може отримувати постійну підйомну силу, якщо він безперервно відкидає повітря вниз. Саме для цього і потрібні літаку крила. Якщо крило рухається горизонтально і при цьому поставлено під кутом до напрямку руху (цей кут називається кутом атаки), воно відкидає зустрічне повітря вниз і створює підйомну силу, спрямовану вгору.

Крило, поставлене під кутом атаки, відкидає під час руху повітря вниз і цим створює підйомну силу.

Утворення підйомної сили ґрунтується на законі механіки про кількість руху (другий закон Ньютона):

m*(v 2 -v 1)=P*t

• m - маса тіла (у нашому випадку це маса повітря, що відкидається);
• v 2 - v 1 - зміна швидкості тіла (у нашому випадку - вертикальна швидкість повітря, що відкидається);
• Р - сила, що діє на тіло (у нашому випадку вона прикладена до повітря і спрямована вниз),
• t – час.

Отже,

P=m/t*(v 2 -v 1)

Так як будь-яка дія завжди зустрічає рівну за величиною і протилежно спрямовану протидію (третій закон Ньютона), то підйомна сила Y дорівнюватиме силі Р, прикладена до крила літака і направлена ​​вгору: Y = - Р.

Величина підйомної сили залежить від маси повітря, що щомиті відкидається m/t, а вона в свою чергу залежить від щільності повітря р, швидкості польоту v і площі крила S; вертикальна швидкість повітря v 2 - v 1 залежить від кута атаки крила та швидкості польоту. Тоді величину підйомної сили можна сказати формулою:

Y=З y *pv2/2*S

де С y - коефіцієнт, який залежить від форми крила та кута атаки.

Отже, підйомну силу можна створювати досить просто, але для цього обов'язково потрібно щоб крило в повітрі рухалося. Вирішується це по-різному: птахи, наприклад, махають крилами; планери використовують зниження – опір повітря долає силою тяжіння. Літаку ж потрібен спеціальний двигун. Але, можливо, вигідніше повернути цей двигун так, щоб його потяг компенсував і тягар апарату? У цьому немає необхідності, тому що підйомна сила крила в багато разів більша за опір повітря. Відношення одержуваної підйомної сили до опору називається аеродинамічною якістю. Нині для дозвукових літаків це ставлення сягає 25, а надзвукових — 7.

Розвиток авіації багато в чому залежить від відкриттів та винаходів у різних галузях науки і техніки, і в першу чергу від розвитку науки обтікання тіл газом – аеродинаміки. Начала цієї науки закладено дослідження російських учених М. Є. Жуковського, С.А. Чаплигіна, С. А. Христиановича, німецьких учених Р. Прандтля, Т. Кармана та ін. Крім того, велику роль у розвитку авіації відіграють: наука про механіку польоту, матеріалознавство, винаходи в промисловості, що будує двигуни, та у приладобудуванні.