Kodėl ir kaip skrenda lėktuvai?
Trumpas atsakymas: Lėktuvai skrenda, nes jų sparnai keičia oro srautą, kad sumažintų slėgį virš sparno ir stumtų orą žemyn. Varikliai stumia lėktuvą į priekį, todėl oras juda virš sparnų ir sukuria keliamąją jėgą.
Pagrindinė mintis
Sparno forma tokia, kad oras virš jo juda greičiau nei po juo. Greitesnis oras viršuje sukuria mažesnį slėgį, o didesnis slėgis apačioje stumia sparną aukštyn. Ši aukštyn kylanti jėga vadinama keliamąja jėga.
Varikliai arba sraigtai suteikia lėktuvui trauką, kuri jį judina į priekį ir palaiko oro tekėjimą virš sparnų. Pilotas šiek tiek pakreipia sparnus (tai vadinama atakos kampu), kad padidintų ar sumažintų keliamąją jėgą. Keliamoji jėga turi būti didesnė už lėktuvo svorį, kad jis pakiltų.
Taip pat yra jėgų, kurios lėtina lėktuvą (pasipriešinimas), ir priemonių, skirtų valdyti posūkius ir kilimą. Subalansuodamas trauką, keliamąją jėgą, svorį ir pasipriešinimą, lėktuvas skrenda ten, kur nori pilotas.
Už to slypintis mokslas
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikis/Dėsnis: Bernulio principas ir trečiasis Niutono dėsnis paaiškina, kaip sparnai sukuria keliamąją jėgą.
Bernulio principas teigia, kad greičiau judančio oro slėgis yra mažesnis. Sparnas (sparno profilis) verčia orą judėti greičiau virš viršutinio paviršiaus nei po apačia. Šis slėgio skirtumas sukuria aukštyn kylančią jėgą, vadinamą keliamąja jėga.
Trečiasis Niutono dėsnis (kiekvienam veiksmui yra lygi ir priešinga reakcija) prideda dar vieną požiūrį: sparnas nukreipia orą žemyn, o oras atsakydamas stumia sparną aukštyn. Abi idėjos apibūdina tą patį fizinį rezultatą iš skirtingų kampų. Inžinieriai naudoja keliamosios jėgos lygtį ir vėjo tunelio bandymus, kad suprojektuotų sparnų formas ir kampus, kurie sukurtų pakankamai keliamosios jėgos skirtingiems greičiams ir svoriams.
Kaip mes tai žinome: Tyrėjai matuoja slėgį ir jėgas sparnuose vėjo tuneliuose ir tikruose orlaiviuose. Srauto vizualizavimas, jutikliai ir skrydžio duomenys rodo, kaip oro srauto greitis ir kryptis yra susiję su keliamosios jėgos ir atitikimo prognozėmis, pagrįstomis skysčių tekėjimo ir judėjimo dėsniais .
Pamatyk tai gyvenime
- Popierinis lėktuvėlis
- Paukščio sparnai
- Sklandytuvas
- Aitvaras
- Komercinis reaktyvinis lėktuvas
- Sraigtasparnio rotorius (rotoriai veikia kaip besisukantys sparnai)
- (Kiekvienas skirtingai perteikia tas pačias pagrindines keliamosios galios idėjas.)
- (Pastarieji du yra sunkesni už orą įrenginiai, naudojantys variklius arba rotorius.)
Išbandyk pats
Popierinio sparno pakėlimo bandymas
Sauga: Atsargiai naudokite žirkles ir laikykite pirštus atokiau nuo ventiliatoriaus.
Priemonės
- popieriaus lapas
- lipni juosta
- liniuotė
- stalo ventiliatorius
Žingsniai
- Sulenkite popierių išilgai, kad susidarytų išlenktas sparnas (profilis), arba švelniai sulenkite jį į negilų lanką.
- Lipnia juosta priklijuokite popierių prie liniuotės, kad jis kabėtų virš krašto kaip mažas sparnas.
- Įjunkite ventiliatorių mažu greičiu ir laikykite liniuotę taip, kad sparnas būtų nukreiptas į oro srautą.
- Šiek tiek pakreipkite sparną į viršų (mažas atakos kampas) ir stebėkite, ar sparnas kyla, ar leidžiasi.
- Išbandykite skirtingus kampus ir greičius, kad pamatytumėte, kaip keičiasi keliamoji jėga. Ką tai rodo: Eksperimentas parodo, kad oro srautas ir sparno kampas keičia keliamąją jėgą.
Žodynėlis
- Keliamoji jėga: Į viršų kylanti jėga, laikanti lėktuvą ore.
- Trauka: Variklių arba sraigtų stūmimas į priekį.
- Tempimas: Oro pasipriešinimas, lėtinantis lėktuvą.
- Profilis: Sparno forma, kuri keičia oro srautą, kad būtų sukurta keliamoji jėga.
- Bernulio principas: Taisyklė, kad greičiau judantis oras sukuria mažesnį slėgį.
DUK
Ar sparnai turi būti išlenkti, kad keltų?
Ne. Sparnas gali būti plokščias ir vis tiek keltų, jei yra pakreiptas į oro srautą (atakos kampas).
Kas nutinka, jei variklis sustoja?
Lėktuvas gali sklandyti, nes jis vis dar turi greitį, kad judintų orą virš sparnų, tačiau jis lėtai praras aukštį ir turės nusileisti.
Kaip pilotai pasuka lėktuvą?
Pilotai naudoja valdymo paviršius (eleronus, vairą, aukščio vairus), kad pakeistų oro srautą ir pakreiptų lėktuvą skirtingomis kryptimis.