Настъпва 2020 г. и все още не разбираме напълно защо самолетите остават във въздуха
Мрак или не, всички от време на време погледнахме настрани от прозореца на самолета, виждайки как крилата на самолета претърпяха няколко разтърсвания и според нас те се преместиха повече от необходимото. Да, чували сме стотици пъти, че самолетът е най-безопасното транспортно средство в света; че от всеки 2,4 милиона полета само един завършва с трагедия и че турбуленцията не е причинила катастрофа от поне 40 години.
И така, защо сме толкова обезпокоени от внезапното движение на крилата? Както в много други случаи, отговорът се крие в пълното ни невежество за това как самолет остава във въздуха. Ето защо ние се запитахме; Каква странна сила позволява на самолета да се поддържа на височина 10 000 метра в продължение на хиляди километри, без силен тласък, който представлява най-малката заплаха при пилотирането?
Ако не знаете как да отговорите със сигурност на този въпрос, не се притеснявайте; нито научната общност.
И това е, въпреки че авиоинженерите са повече от способни да построят самолети, способни да летят (както доказват последните 80 години от авиационната история), те не са толкова много, когато става въпрос за обяснение как точно се генерира аеродинамичният лифт, или силата нагоре, която позволява метална рамка от приблизително 100 тона да остане във въздуха.
Има различни теории в това отношение, че въпреки че те предлагат достатъчно правдоподобно обяснение защо се генерира тази сила, през годините те са били етикирани като неправилни или поне недостатъчни, тъй като те оставят много развързани краища. Въпреки че изпълняват информационната си функция (и затова са включени в учебници и енциклопедии, насочени към по-малко образовани читатели), нито едно от тези универсални обяснения не е валидно обяснение само по себе си.
Как да проектираме самолети, способни да летят, ако не можем да обясним как го правят?
На този етап може би се чудите как е възможно да се проектира напълно функционален търговски самолет и в същото време, без да може да обясни строго как произхожда силата, която позволява на самолета да се издигне по време на излитане.
Много лесно; физиката (и по-специално механиката на течностите) е изключително експериментална наука, в която много пъти експериментите предхождат теорията. Първо се наблюдава явление и се правят измервания; по-късно се извършват експерименти и се разработват математически модели, за да се обяснят данните, предоставени от тези експерименти, и накрая се разработват теории и закони.
С други думи, разследващата работа на физици и математици от 18 и 19 век ни е предоставила математически формули, способни да правим много точни и доказуеми прогнози чрез експерименти (уравнения на Навие-Стокс). Много пъти обаче нямаме способността да превеждаме толкова ефективен и недвусмислен математически език, на език, който е разбираем и разумен за нашите очи, често ограничени от това, което можем да наблюдаваме с просто око, и това, което не можем.
Традиционни обяснения или това, което ни казват учебниците от гимназията
На първо място, трябва да се помни това въздухът е течност и като такъв, той предлага известна устойчивост на твърди тела, които се сблъскват с него, подобно на морската вода, когато кораб се удари срещу него (тази секунда просто има по-висока плътност).
Обичайно е да се смята, че това, което поддържа самолета във въздуха, е мощността на двигателя, но все пак в хипотетичния и малко вероятен случай, че двигателят се повреди, самолетът не би паднал. Докато двигателят противодейства на съпротивлението, което се генерира отпред (съпротивление), това е крилата, които противодействат на съпротивлението, което се генерира надолу (тегло).
Тоест мощността на двигателя позволява на самолета да достигне определена скорост, но именно крилата, поради своята особена форма, генерират достатъчно сила, за да противодействат на теглото на самолета и неговите обитатели (около 100 тона). В крайна сметка, за да може въздухоплавателното средство да остане във въздуха, трябва да се създаде перфектен баланс между четири сили, изправени една срещу друга (вдигане на тежести и издърпване). Когато настъпи това равновесие, самолетът влиза в круизната фаза.
Типичното традиционно обяснение е Теорема на Бернули, холандско-швейцарски математик, статистик, физик и лекар, живял през 18 век. Според това обяснение, въздушните молекули, когато се срещат с крилото, са принудени да се разделят. Поради формата на крилото (по-дебело и заоблено отпред), молекулите, пътуващи по крилото, за да се срещнат отново с молекулите, пътуващи по дъното, трябва да изминат същото разстояние за по-кратко време, което увеличава скорост. Според закона на Бернули, колкото по-висока е скоростта, толкова по-ниско е налягането, което означава, че имаме зона с ниско налягане на крилото и зона с високо налягане под него, което кара крилото нагоре.
Теоремата на Бернули обаче придава твърде голямо значение на кривината на крилото и положението на равнината., пренебрегвайки, че има самолети, способни да летят с напълно плоски крила, а също така да се завъртат на 180 градуса по време на полет и да останат във въздуха. В допълнение, многобройни разследвания показват, че въздухът, който пътува над крилото на самолета, достига края на крилото преди въздуха, който пътува под крилото, и не се среща отново с тази секунда.