Itse asiassa se näyttää ihmeeltä. Kymmeniä ja jopa satoja tonnia painava siivekone, joka voittaa painovoiman, nousee helposti ylös ja nousee taivaalle kuin lintu. Mikä on vahvuus, joka pitää hänet ilmassa?
Ohjeet
Vaihe 1
Hieman historiaa
Vuonna 1738 sveitsiläinen tiedemies Daniel Bernoulli kehitti lain nimeltä. Tämän lain mukaan nesteen tai kaasun virtausnopeuden kasvaessa staattinen paine niissä vähenee ja päinvastoin nopeuden pienentyessä se kasvaa.
Vuonna 1904 venäläinen tiedemies N. E. Zhukovsky kehitti lauseen kehoon vaikuttavasta nostovoimasta kaasun tai nesteen tasosuuntaisessa virtauksessa. Tämän lauseen mukaan liikkuvaan neste- tai kaasumaiseen väliaineeseen sijoitettuun kappaleeseen (siipeen) kohdistuu nostovoima, jonka arvo riippuu väliaineen ja rungon parametreista. Zhukovskyn työn päätulos oli nostokertoimen kaava.
Vaihe 2
Nostovoima
Lentokoneen siipiprofiili on epäsymmetrinen, sen yläosa on kuperampi kuin alempi. Kun lentokone liikkuu, siiven yläosasta kulkevan ilmavirran nopeus on suurempi kuin pohjasta kulkevan virtauksen nopeus. Tämän seurauksena (Bernullin lauseen mukaan) lentokoneen siipien alla oleva ilmanpaine nousee korkeammaksi kuin siiven yläpuolella. Näiden paine-erojen vuoksi syntyy nostovoima (Y), joka työntää siipeä ylöspäin. Sen arvo on:
Y = Cy * p * V² * S / 2, missä:
- Cy - nostokerroin;
- p on väliaineen (ilman) tiheys kg / m³;
- S - pinta-ala m²;
- V on virtausnopeus m / s.
Vaihe 3
Eri voimien vaikutuksesta
Ilmatilassa liikkuvaan ilma-alukseen vaikuttaa useita voimia:
- lentokoneen eteenpäin työntävän moottorin (potkuri tai suihkukone) työntövoima;
- edestä suunnattu vastus taaksepäin;
- maan painovoima (lentokoneen paino), suunnattu alaspäin;
- nosta työntämällä konetta ylös.
Noston ja vastuksen arvo riippuu siiven muodosta, hyökkäyskulmasta (kulma, jossa virtaus kohtaa siiven) ja ilmavirran tiheydestä. Jälkimmäinen puolestaan riippuu lentokoneen nopeudesta ja ilmanpaineesta.
Vaihe 4
Kun lentokone kiihtyy ja sen nopeus kasvaa, hissi kasvaa. Heti kun se ylittää koneen painon, se nousee ylöspäin. Kun lentokone liikkuu vaakasuorassa vakionopeudella, kaikki voimat ovat tasapainossa, niiden tuloksena oleva (kokonaisvoima) on nolla.
Siiven muoto valitaan siten, että vastus on mahdollisimman pieni ja hissi on mahdollisimman korkea. Nostoa voidaan lisätä lisäämällä ajonopeutta ja siipipintaa. Mitä suurempi liikkumisnopeus, sitä pienempi siipialue voi olla ja päinvastoin.
