Самолетите: защо тежката машина лети
Разбери четирите сили, които държат самолета във въздуха, и защо крилото бута въздуха надолу, за да полетиш нагоре.
Бип-бип, загадка! Голям пътнически самолет тежи колкото стотици коли, а пък лети по-високо от планините. Как машина от метал не пада като камък? Хайде да разгадаем!
История от живота
На 17 декември 1903 г., на ветровит плаж в Кити Хоук в САЩ, братята Орвил и Уилбър Райт пробвали машина, която сами сглобили в работилницата си за велосипеди. Орвил легнал на долното крило, двигателят забръмчал и самолетът се отлепил от земята. Полетът траял само около 12 секунди и прелетял около 36 метра, по-малко от дължината на един плувен басейн за олимпиада (50 м). Но това бил първият управляем полет с машина с двигател, по-тежка от въздуха. Същия ден братята направили още 3 опита, а най-дългият стигнал около 260 метра.
Разбери го стъпка по стъпка
- Четири сили
Върху летящия самолет действат 4 сили. Тежестта го дърпа надолу, подемната сила го бута нагоре, тягата на двигателите го тегли напред, а съпротивлението на въздуха го спира назад.
- Крилото бута въздуха надолу
Крилото е леко наклонено и извито. Когато се движи бързо, то отклонява въздуха надолу. Щом крилото бута въздуха надолу, въздухът бута крилото нагоре, като при отскок. Едновременно налягането над крилото става по-ниско, а под него по-високо.
- Скоростта е ключът
Подемната сила расте много, когато скоростта расте. Затова самолетът засилва по пистата, докато крилата получат достатъчно въздух. Пътническите самолети се отлепят при около 250-300 км/ч.
- Как се завива и снижава
По крилата и опашката има подвижни части (клапи и кормила). Пилотът ги навежда, а те променят посоката на въздуха. Така самолетът се накланя, качва, снижава и завива.
Представи си така: Застани пред включен вентилатор и подложи дланта си на въздушната струя, далеч от решетката. Наклониш ли дланта леко нагоре, въздухът я вдига. Това е подемна сила! Крилото на самолета прави същото, само че е огромно и много по-бързо.
- Тежест
- Дърпа самолета надолу към Земята
- Подемна сила
- Бута нагоре, създава се от крилата
- Тяга
- Тегли напред, идва от двигателите
- Съпротивление
- Въздухът спира движението назад
- Равен полет
- Подемна сила = тежест, тяга = съпротивление
- Излитане
- Подемната сила стане по-голяма от тежестта
Решени примери
Защо самолетите излитат срещу вятъра?
Когато вятърът духа срещу самолета, въздухът минава по-бързо покрай крилата още преди машината да е много бърза. Така се отлепя по-рано и му трябва по-къса писта.
Защо хартиеното самолетче пада, ако го хвърлиш съвсем бавно?
Без скорост крилата не бутат достатъчно въздух надолу и подемната сила е по-малка от тежестта. Затова то пада. Ако го хвърлиш твърде силно нагоре, пък губи скорост и се преобръща.
Защо големите самолети летят толкова високо, около 10-12 км?
Горе въздухът е по-рядък и съпротивлението е по-малко. Така самолетът харчи по-малко гориво за същия път. А и обикновено над облаците е по-спокойно.
Внимавай с тези грешки
- Въздухът над крилото бърза, за да "стигне" въздуха отдолу едновременно, затова има подемна сила.Това е популярен мит. Въздухът отгоре наистина е по-бърз, но не е длъжен да се среща с въздуха отдолу. Важното е, че крилото отклонява много въздух надолу и налягането над него пада.
- Самолетът стои горе, защото двигателите го бутат нагоре.Двигателите бутат напред. Нагоре го държат крилата. Планерите летят изобщо без двигател, само с крила и въздушни течения.
- Ако двигателят спре, самолетът пада като камък.Самолетът може да планира като огромен хартиен самолет. Пилотите се обучават да кацат и така.
Задачи
Лесни
Назови 4-те сили, които действат на летящ самолет.
Подсказка
Едната дърпа надолу, една нагоре, една напред, една назад.
Отговор
Тежест, подемна сила, тяга и съпротивление.
Наблюдавай птица, която лети или планира. Маха ли постоянно с крила? Какво прави, когато се спуска?
Подсказка
Гледай гълъб, врана или чайка за около минута.
Отговор
Свободен отговор. Много птици планират без да махат, с разперени крила, подобно на самолет.
Средни
Самолет лети със скорост 900 км/ч. Колко километра ще прелети за 2 часа и 30 минути?
Подсказка
2 часа и половина = 2,5 часа.
Отговор
2250 км (900 x 2,5 = 2250).
Първият полет на братя Райт е 36 м за 12 секунди. Колко метра в секунда е летял самолетът?
Подсказка
Раздели разстоянието на времето.
Отговор
3 метра в секунда спрямо земята (36 : 12 = 3), колкото леко тичане! Самолетът летял срещу силен вятър, затова спрямо въздуха е бил доста по-бърз.
Трудни
Направи 2 хартиени самолетчета: едно с широки и едно с тесни крила. Хвърли всяко по 3 пъти и запиши разстоянията. Кое лети по-далеч и защо мислиш така?
Подсказка
Хвърляй с еднаква сила от едно и също място.
Отговор
Свободен отговор според опита. Обяснението трябва да говори за подемна сила (по-голямо крило) и съпротивление.
Измисли самолет за Марс, където въздухът е много по-рядък от земния. Какви крила ще му трябват и защо?
Подсказка
Ако въздухът е малко, как да го "хванеш" повече?
Отговор
Много големи и леки крила и голяма скорост, защото рядкият въздух дава по-малко подемна сила. (Хеликоптерчето Инджинюити на НАСА летяло на Марс с много бързо въртящи се перки.)
Състезание на хартиени самолети
Цел: Да провериш кои промени по крилото помагат за по-дълъг полет.
- Сгъни 3 самолетчета от еднакви листа А4: класически, с широки крила и с подгънати нагоре крайчета на крилата.
- Отбележи стартова линия с тиксо на пода.
- Хвърли всяко по 3 пъти и измери разстоянието със стъпки или ролетка.
- Запиши резултатите в таблица и пресметни средния резултат.
- Пробвай да добавиш кламер отпред на най-слабия модел и виж дали се подобрява.
Накрая: Таблица с резултати и победител. Обясняваш с 4-те сили защо е спечелил.
Тест с точки
10 въпроса, 18 точки, оценка накрая и разбор какво да преговориш.