Самолет видел каждый, вживую или хотя бы на картинках. Глядя на такую огромную металлическую махину, тяжело представить силу, способную оторвать ее от земли. Но даже детям известно, что она летает! Как же такое возможно? Невольно можно заподозрить вмешательство таинственной магии, преодолевающей законы физики. Но неужели лишь сверхъестественными понятиями возможно объяснить, как же получается, что тонны металла поднимаются в заоблачные выси? Давайте разбираться.
Задолго до созданных человеком машин небо покорили насекомые и птицы. Есть ли что-нибудь общее между летающими творениями природы и человека? Несложно заметить, что и те, и другие имеют крылья. Да, все они разные и непохожие друг на друга: перепончатые прозрачные у стрекоз, красочные у бабочек, оперенные у птиц и металлические у самолетов, но тем не менее мы называем их одним словом, а значит, что-то их объединяет. Очевидно, что благодаря именно им полет становится возможным. Поэтому давайте получше изучим крылья.
Крылья самолета
Есть одно важное отличие крыльев самолета от крыльев насекомых и птиц: они неподвижны. Потому не будем останавливаться на особенностях этих органов животных, а рассмотрим творение человека. Нижняя сторона самолетного крыла почти ровная, а верхняя — заметно выпуклая. Во время полета передний край «врезается» в воздушные массы, разделяя их на две части: одна обтекает крыло снизу, другая – сверху. Из-за разных форм поверхностей воздуху приходится преодолевать различные расстояния за одно и то же время, а именно: выпуклая верхняя сторона длиннее нижней. Хочет того воздух или нет, но он вынужден сверху обтекать крыло быстрее, нежели снизу. А дальше вступает в силу не какая-нибудь магия, а самая настоящая физика: для увеличения скорости верхняя часть потока должна потратить энергию. Но откуда ее взять? Давайте немного поговорим о видах энергии.
Из школьных уроков мы помним такие слова, как «кинетическая» и «потенциальная» энергия. Первая может быть только тогда, когда есть движение с какой-либо скоростью. Едущий поезд, летящий в ворота мяч, вращающееся колесо – все это имеет какую-то скорость, поэтому обладает кинетической энергией. Второй вид возникает при наличии какой-либо силы, без которой возникнет движение. Например, поднятый на небольшую высоту камень упадет, если его отпустить, растянутая пружина сожмется, когда перестанут ее удерживать. И камень, и пружина в этих случаях обладают потенциальной энергией. Аналогично с воздухом: если он перемещается с определенной скоростью, у него есть кинетическая энергия, если он давит на какую-то поверхность, то обладает потенциальной энергией. Для второго случая поясню: коли убрать поверхность, воздух потечет под действием сил давления, то есть, появится движение. И самое главное: любой из рассмотренных видов энергии может превращаться в другой и обратно.
Вернемся к крылу самолета. Воздух, обтекающий его сверху, должен ускориться, то есть, увеличить свою кинетическую энергию, а «расплатиться» за это он может лишь потенциальной энергией, из-за чего он станет слабее давить на поверхность крыла. Таким образом, мы имеем: под крылом воздух течет без спешки и исправно давит на обшивку снизу, а над крылом он ускоряется и ослабляет свое давление сверху. Это приводит к тому, что на всю гигантскую площадь крыла начинает действовать снизу вверх сила, которая столь велика, что поднимает его вместе с самолетом и всем его содержимым в воздух.
Роль двигателя в полете
И осталось только обратить внимание на скорость полета: откуда она берется? Ведь без нее воздух не разделится крылом на два потока и не создаст так называемую подъемную силу. Мы ни разу не обмолвились о двигателях: вот они-то и толкают (или тянут) весь самолет, заставляя двигаться с большой скоростью, с которой передний край крыла и будет «врезаться» в воздушные массы.
