Proč letadlo letí zpět rychleji?

Létat po obloze jako ptáci bylo dlouholetým snem lidstva. Z čeho se lidé snažili vyrobit svá křídla. Zkoušeli jsme peříčka a kůži, tenké větvičky, papír. Ale trvalo tisíce let, než jsme pochopili: pouhá přítomnost křídel nám nedovoluje létat. Člověk nemá dost síly, aby se vznesl do vzduchu, natož aby zůstal ve vzduchu. Teprve ke konci 19. století umožnily objevy v oblasti přírodních věd a technologického pokroku přiblížit se vytouženému cíli. Nemávejte křídly silněji, ale nechte je pohybovat se vzhledem ke vzduchu a generujte vztlak.

Lekce fyziky: proč letadla létají

I dospělí, kteří studovali fyziku ve škole, jsou překvapeni, jak tyto kolosy, moderní transportéry a dopravní letadla, dokážou vzlétnout, přepravit náklad nebo létat na velké vzdálenosti. Vše nezávisí na hmotnosti a objemu vozu, ale na konstrukci křídla.

V 1880. letech XNUMX. století anglický fyzik Horatio Phillips dokázal, že zakřivený tvar má mnohem větší aerodynamiku než plochý tvar. Ale ptačí křídla mají také konvexní strukturu. Vzduch nad vyčnívající částí „ztrácí tlak“ a vyvíjí menší tlak na křídlo než zespodu. Tlakový rozdíl táhne ptáka a letadlo nahoru, jako by je tlačil ven. Tento jev se nazývá výtah. Když se stane větší než hmotnost letadla, vzlétne do vzduchu.

V roce 1904 objevil vynikající ruský fyzik Nikolaj Žukovskij výpočtem vztlakové síly leteckou vědu, aerodynamiku a proměnil sen o dobytí oblohy ve skutečnost.

Během letu působí na křídlo letadla čtyři síly: tažná síla vytvářená motory, gravitační síla směřující k Zemi, síla odporu vzduchu, která brání pohybu letadla, a nakonec vztlaková síla. síla, která zajišťuje stoupání. Při letu konstantní rychlostí musí být součet sil roven 0: přítlačná síla kompenzuje odporovou sílu a vztlaková síla kompenzuje gravitační sílu.

Konstrukce křídla není jen důležitá, ale umožňuje let letadla bez ohledu na velikost a hmotnost. Můžete se zeptat, co ten ocas? Je také potřeba k udržení rovnováhy ve vzduchu.

Vztlak tedy udržuje letadlo ve výšce. Pro jeho vzhled je nutný pohyb, tedy rychlost. Pamatujete si, jak létá drak? Budete muset pořádně zrychlit, abyste to dostali do vzduchu. Ale jakmile zastavíte, okamžitě spadne. Motory pomáhají letadlu získat rychlost a udržet vztlak.

Rychlost

Historie motoru je v letectví samostatná stránka. Byly neustále vylepšovány a pokračují v tom a snaží se najít nejjednodušší způsob, jak létat daleko a rychle. První letecké motory se skládaly z pístů, jako u automobilů. Otáčely obrovské vrtule a nabíraly vzduch jako obří lopata. Letoun zrychlil, ale neletěl příliš rychle.

Sikorského Ilja Muromec, první ruské osobní letadlo, se mezi mraky pohybovalo rychlostí 105 km/h. Nyní by vytvořil dopravní zácpu na jakékoli dálnici!

Moderní dopravní letadla dosahují v průměru 800-1000 km/h. A nadzvukové Concordy snadno zrychlí na 2000 km/h i více. Éra nebeských rychlostí začala s příchodem proudových motorů. Vypustí proud horkého plynu a táhnou letadlo vpřed takovou silou, že by mohlo převrátit velký sklápěč na zemi. Představte si, jak horkovzdušný balón prudce vystřelí nahoru a uvolní proud vzduchu, a přesně pochopíte, jak funguje proudový motor.

Dnes, kdy si celý svět láme hlavu s přechodem na elektrický pohon, nezůstává ani letectví. Rolls-Royce již představil Spirit of Innovation, plně elektrické letadlo. Udělal svůj první let a zůstal ve vzduchu 15 minut. Očekává se, že konstrukční rychlost osobního letadla na baterie bude minimálně 500 km/h.

Letadla tedy létají vzduchem různými rychlostmi a nepadají kvůli přítomnosti aerodynamických křídel, vztlaku a tahu zajišťovaných motory. Zajímavostí je, že moderní dopravní letadlo dokáže létat i na jeden motor několik hodin. To zvýší spotřebu paliva, sníží nadmořskou výšku, ale neovlivní bezpečnost letu.

výška

Mimochodem, o výšce. Jak víte, většina dopravních letadel se v dnešní době pohybuje na přesně specifikované úrovni. Pohybuje se od 5000 10000 m do XNUMX XNUMX m nad mořem. Zajímalo by mě, proč šplhat tak vysoko? Je to opravdu pro ten krásný výhled z okénka? Ale ne. Vše opět vysvětluje fyzika.

Při letu ve výšce 10 000 m spotřebuje letoun o 80 % méně paliva než při letu stejnou rychlostí, ale ve výšce 1 km. Čím větší je vzdálenost od země, tím nižší je hustota vzduchu. Letoun snáze překoná odpor vzdušných proudů.

Možná by pak stálo za to jít ještě výš? Bohužel, motor vyžaduje minimální přísun vzduchu k vytvoření tahu. Pro člověka je dýchání obtížné ve výšce 5 km a zcela nemožné ve výšce 9 km nad mořem. Každé letadlo má také limit atmosférické výšky. Říká se tomu „strop služeb“. Například pro Tu-154 nebo Airbus je to přibližně stejné a je to asi 12000 XNUMX metrů.

Letecké společnosti a letiště

Dnes se letadla pohybují vzduchem za přísných pravidel. Jsou tam trasy, jízdní řády a známá místa startu a cíle. Říká se jim letiště. Na světě bylo postaveno asi 45 tisíc letišť. Rekordmanem v jejich počtu jsou USA. Rusko je na 4. místě na světě. Nachází se zde 1218 různých letišť, nejen civilních, ale i vojenských a testovacích.

Letecké trasy jsou známé a dohodnuté. Některé z nich spojují sousední města a netrvají déle než 30 minut včetně startu a přistání. Jiné jsou tak dlouhé, že je lze nazvat mistrovskými.

• Singapur (Singapur)-New York (USA);
• Dauhá (Katar)-Auckland (Nový Zéland);
• Perth (Austrálie) – Londýn (Spojené království).

Rekord patří letu Londýn-Sydney. Boeing 787 Dreamliner to zvládl za 19 hodin a 19 minut a létal bez mezipřistání vzdušným prostorem 11 zemí.

Tam, kde nelétají letadla

Ano, silnice v oblacích nejsou někdy o nic méně frekventované než na zemi. A navzdory tomu jsou na planetě místa, kde letadla nikdy nelétají.

• Tichý oceán. Není to tak, že by letecké trasy úplně obcházely největší oceán. Letadla se jen snaží zůstat blíže pobřeží. Existuje pravidlo, že letadlo nesmí být od nejbližšího letiště vzdáleno více než tři hodiny. Letadla z bezpečnostních důvodů nelétají příliš daleko od pobřeží.
• sporná území a místa vojenských konfliktů. Na politické mapě je asi 10 míst, kde jsou lety zakázány, aby se zabránilo teroristickým aktivitám. Zákazy jsou dočasné, ale stává se, že situace je dávno vyřešená, ale řev motorů stále není slyšet. To se stalo například v Etiopii. Vojenský konflikt skončil před 25 lety, ale některé letecké společnosti stále považují nebe nad tímto státem za uzavřené.
• Tibet. To není otázka politiky, ale geografie. Rozdíl nadmořské výšky mezi horskými vrcholy a leteckými trasami je velmi malý. To zvyšuje riziko, že se dostane do turbulencí. Tibetské hory obvykle létají z jihu, přes Indii.

A na konci je hádanka: proč letadlo letí jedním směrem rychleji než druhým. Všimli jste si tohoto rozdílu na letech? Let z Moskvy do New Yorku trvá 10 hodin a vrátit se můžete za 9. Důvodem je zadní vítr. Nejčastěji vanou větry ze západu na východ. Ukazuje se tedy, že zpáteční cesta je o něco rychlejší. Proto si piloti navzájem přejí: “Hodně štěstí na letové hladině!”

Pokud často letíte nebo často sledujete letadla na službách, jako je Flightradar 24, pravděpodobně jste si položili otázky, proč letadlo létá tak, jak létá. Jaká je logika? Zkusme na to přijít.

Proč letadlo neletí po přímce, ale po oblouku?

Pokud se podíváte na dráhu letu na displeji v kabině nebo na počítači doma, nevypadá rovná, ale klenutá, zakřivená k nejbližšímu pólu (sever na severní polokouli, jih na jižní polokouli). Ve skutečnosti se téměř po celé trase (a čím je delší, tím je spravedlivější) snaží letět v přímém směru. Prostě displeje jsou ploché a Země kulatá a projekce trojrozměrné mapy na plochou mění její proporce: čím blíže k pólům, tím zakřivenější bude „oblouk“. To lze velmi snadno ověřit: vezměte globus a natáhněte nit přes jeho povrch mezi dvěma městy. Toto bude nejkratší cesta. Pokud nyní přenesete linii nitě na papír, získáte oblouk.

To znamená, že letadlo letí vždy v přímé linii?

Letadlo nelétá, jak se mu zlíbí, ale po vzdušných trasách, které jsou položeny samozřejmě tak, aby se minimalizovala vzdálenost. Trasy se skládají ze segmentů mezi kontrolními body: lze je použít jako radiomajáky nebo jednoduše souřadnice na mapě, kterým jsou přiřazena pětipísmenná označení, nejčastěji snadno vyslovitelná, a proto zapamatovatelná. Nebo je spíše musíte vyslovovat písmeno po písmenu, ale jak vidíte, zapamatovat si kombinace jako DOPIK nebo OKUDI je jednodušší než GRDFT a UOIUA.

Při vykreslování trasy pro každý konkrétní let se používají různé parametry, včetně samotného typu letadla. Takže např. pro dvoumotorová letadla (a aktivně nahrazují tří- a čtyřmotorová letadla) platí ETOPS (Extended range twin engine operation performance standard), které upravují plánování tratí tak, že letadlo překročí oceány, pouště nebo póly, je zároveň v určité době letu na nejbližší letiště schopné přijmout tento typ letadla. Díky tomu, pokud jeden z motorů selže, může být zaručeno, že dorazí na místo nouzového přistání. Různá letadla a letecké společnosti jsou certifikovány pro různé doby letu, může to být 60, 120 a dokonce 180 a ve vzácných případech 240 (!) minut. Mezitím se plánuje certifikace Airbusu A350XWB na 350 minut a Boeingu 787 na 330; tím by se eliminovala potřeba čtyřmotorových letadel i na trasách jako Sydney-Santiago (nejdelší obchodní trasa na světě přes moře).

Na jakém principu se letadla pohybují po letišti?

Za prvé, vše závisí na tom, ze které ranveje právě startuje na letišti odletu a na které přistává na letišti příletu. Pokud existuje několik možností, pak pro každou z nich existuje několik schémat výstupu a vstupu: pokud to vysvětlíte slovy, letadlo musí pokračovat do každého z bodů schématu v určité nadmořské výšce v určité (v rámci limitů) Rychlost. Výběr dráhy závisí na aktuálním zatížení letiště a především na větru. Faktem je, že jak při vzletu, tak při přistání musí být vítr protivítr (nebo foukat ze strany, ale stále zepředu): pokud vítr fouká zezadu, pak letadlo, aby se udržela požadovaná rychlost vůči vzduchu , bude muset mít příliš vysokou rychlost vzhledem k zemi – možná pás není dostatečně dlouhý pro vzlet nebo brzdění. Proto se letadlo při vzletu a přistání pohybuje v závislosti na směru větru buď jedním nebo druhým směrem, přičemž dráha má dva kurzy vzletu a přistání, které se zaokrouhleně na desítky stupňů používají k označení dráhy. . Pokud je například kurz 90 v jednom směru, pak v druhém to bude 270 a pás se bude nazývat „09/27“. Pokud, jak se často stává na velkých letištích, existují dva paralelní pruhy, jsou označeny jako levý a pravý. Například v Šeremetěvo 07L/25R a 07R/25L a v Pulkově – 10L/28R a 10R/28L.

Na některých letištích fungují vzletové a přistávací dráhy pouze v jednom směru – například v Soči jsou na jedné straně hory, takže vzlétnout k moři a přistát pouze z moře: kterýmkoli směrem bude foukat vítr zezadu buď při startu nebo přistání, takže piloti zaručeně zažijí trochu extrému.

Letové vzory v oblasti letiště zohledňují četná omezení – například zákaz letů letadel přímo nad městy nebo speciálními zónami: mohou to být citlivá zařízení nebo banální chatové vesnice Rubljovka, jejichž obyvatelům se hluk nad hlavou příliš nelíbí. .

Proč letadlo letí jedním směrem rychleji než druhým?

Toto je „prázdninová“ otázka – více kopií bylo možná rozbito pouze kolem problému s letadlem stojícím na pohyblivém pásu – „zda vzlétne nebo ne“. Letadlo skutečně letí rychleji na východ než na západ, a pokud se z Moskvy do Los Angeles dostanete za 13 hodin, můžete se vrátit za 12.

To znamená, že je rychlejší létat ze západu na východ než z východu na západ.

Humanista si myslí, že se Země točí, a když letíte jedním směrem, cíl se přiblíží, protože se pod vámi planeta stihne otočit.

Pokud takové vysvětlení uslyšíte, dejte mu naléhavě učebnici zeměpisu pro šestou třídu, kde mu vysvětlí, že Země se za prvé otáčí ze západu na východ (tj. podle této teorie by vše mělo být naopak kolem) a za druhé, atmosféra rotuje se Zemí. Jinak byste mohli vzlétnout v horkovzdušném balónu a viset na místě a čekat, až vás otočí tam, kde potřebujete přistát: cestování zdarma!

Technik se snaží vysvětlit tento jev Coriolisovou silou, která působí na rovinu v neinerciální vztažné soustavě „Zemská rovina“: při pohybu v jednom směru se její hmotnost zvětšuje a ve druhém odpovídajícím způsobem zmenšuje. . Jediným problémem je, že rozdíl v hmotnosti letadla vytvořený Coriolisovou silou je velmi malý i ve srovnání s hmotností užitečného zatížení na palubě. Ale to není tak špatné: odkdy hmotnost ovlivňuje rychlost? S autem můžete jet rychlostí 100 km/h buď sami, nebo v pěti lidech. Rozdíl bude pouze ve spotřebě paliva.

Skutečný důvod, proč letadlo letí rychleji na východ než na západ, je ten, že vítr ve výšce několika kilometrů nejčastěji vane ze západu na východ, takže v jednom směru se vítr ukáže jako zadní vítr, který zvyšuje rychlost vzhledem k Země, a ve druhé – blížící se, zpomalující. Proč tu vítr vanou? Zeptejte se například Coriolise. Mimochodem, studium vysokohorských tryskových proudů (jedná se o silné větry v podobě relativně úzkých proudů vzduchu v určitých zónách atmosféry) umožňuje zakreslovat trasy tak, že jakmile „v trysce, ” můžete maximalizovat rychlost a ušetřit palivo.