Cum funcționează o aripă de avion?

Conţinut

• Forțele aeronave
• Newton și Bernoulli
• Unghiul de atac
• Curbura fluxului

Un avion creat de om zboară după aceleași principii ale fizicii ca și o pasăre: trebuie să depășească forțele gravitaționale pentru a realiza ridicarea și zborul. Aripile unui avion lucrează pentru a genera ascensorul, iar acestea realizează curbând fluxul de aer din jurul lor. Fără aripi, un avion este un simplu automobil.

Forțele aeronave

Aeronavele - și păsările - sunt capabile să zboare, deoarece echilibrează patru forțe: ridicare, greutate, tracțiune și tracțiune. Un avion decolează în aer când ascensorul - forța care împinge în sus pe suprafața inferioară a aripilor sale - depășește greutatea avionului din cauza forței gravitației. Ridicarea este creată de fluxul de aer din jurul avionului, în special în jurul aripilor. Tragerea este forța rezistenței aerului împotriva mișcării avionului. Această forță crește odată cu creșterea vitezei aeronavei, dar scade dacă avionul are o formă lină sau aerodinamică. Motorul și sistemul de propulsie al avionului, fie cu jet, fie cu elice, generează o forță de tracțiune pentru a depăși traiectoria.

Newton și Bernoulli

Doi oameni de știință europeni au explicat principiile zborului aeronavelor. Fizicianul englez Isaac Newton (1642–1727) a enumerat trei legi ale mișcării care sunt aplicabile tuturor obiectelor în mișcare. Prima este că obiectele rămân în repaus sau în mișcare uniformă, cu excepția cazului în care sunt obligate să se schimbe printr-o forță externă. Al doilea afirmă că o forță îndreptată către un obiect determină accelerarea acestuia în direcția acelei forțe. Al treilea afirmă că pentru fiecare forță există o forță egală și opusă. Matematicianul elvețian Daniel Bernoulli (1700-1782) a fost un pionier în elaborarea unei explicații matematice pentru dinamica fluidelor, mecanica modului în care circulă lichidele și gazele. Constatarea sa majoră, cunoscută sub numele de principiul Bernoulli, afirmă că pe măsură ce viteza fluxului de aer crește, presiunea acestuia scade.

Unghiul de atac

Aripile avionului sunt proiectate să se înclineze ușor de la orizontală, cunoscută și sub numele de calea de zbor. Acest unghi de înclinare este numit unghiul de atac și este cea mai importantă variabilă în generarea ascensorului. Un avion începe să se miște atunci când pilotul aplică tracțiune din motor pentru a face avionul să călătorească înainte pe sol. Pilotul roteste aeronava în sus ridicând nasul pentru a crește unghiul de atac și pentru a realiza decolarea. Cu toate acestea, un unghi prea mare de atac va opri avionul.

Curbura fluxului

Ridicarea este generată de aerul care se curbă în jurul aripilor unui avion. Pe măsură ce fluxul de aer lovește marginea principală a unei aripi, aceasta se împarte în două, unele care curg de-a lungul suprafeței superioare și altele care curg de-a lungul suprafeței de dedesubt. Forma unei aripi este ușor asimetrică, cu o suprafață mai mare în partea superioară. Fluxul de aer se lipește de suprafața superioară, în timp ce se deplasează între marginile conducătoare și cele de final ale aripii, curbând și coborând presiunea conform principiului Bernoulli. Pe măsură ce avionul adună viteză, ascensorul crește în conformitate cu a doua lege a mișcării a lui Newton. La rândul său, aceasta crește curbura aerului pe suprafața superioară, forțând mai mult aer în jos de la marginea de pe marginea aripilor. Pe măsură ce avionul se mișcă prin aer, aripile de dedesubt, care se confruntă cu fluxul de aer în unghiul de atac, de asemenea, deviază un anumit flux de aer în jos. Acest flux de aer descendent generează o reacție egală și opusă într-un flux ascendent de aer de înaltă presiune (a treia lege a lui Newton), crescând ascensorul și menținând avionul aerian.