Почему самолеты летают [Накамура Кандзи] (pdf) читать постранично, страница - 3

равновесие четырёх сил, но воздух, в отличие от дороги, поддерживать самолёт не станет, если ничего не предпринимать. Для того
чтобы уравновесить силу тяжести, необходимо опираться на воздух.
Для этого нужны крылья.
Силу, создаваемую крыльями, называют подъёмной силой,
и для ее создания самолёт должен двигаться вперёд. Другими словами, он делает это не только с целью перемещения, то также и для
создания подъёмной силы. Именно благодаря тому, что он двигается вперёд и крылья разрезают воздух, и возникает (в результате
противодействия воздуха) подъёмная сила.
Для самолёта силу, толкающую вперёд и создаваемую двигателем, называют тягой, а силу сопротивления воздуха — сопротивлением, и совершенно аналогично автомобилю в случае полёта на постоянной высоте с постоянной скоростью сила тяжести
и подъёмная сила равны между собой по величине; и то же самое
можно сказать о тяге и сопротивлении воздуха.
Важной технической характеристикой самолёта является аэродинамическое качество. В случае если подъёмная сила равна
250 т, а сила сопротивления — 14 т, аэродинамическое качество,
равняющееся отношению подъёмной силы к тяге, составит 18. Это
означает, что для полёта этому самолёту достаточно тяги, равной
одной восемнадцатой его веса.

1
Почему самолёты умеют летать

Равновесие четырёх сил при движении автомобиля
с постоянной скоростью
Сила нормальной реакции: 1000 кг

Тяга: 35 кг

Сила трения +
сопротивление воздуха: 35 кг

Сила тяжести：1000 кг
Сила, двигающая автомобиль с постоянной скоростью,
составляет примерно 1/30 его веса

Равновесие четырёх сил при полёте самолёта с постоянной скоростью
Аэродинамическое подъёмная сила
=
качество
сопротивление

Тяга: 14 т

Подъёмная сила: 250 т
Сопротивление:
14 т

Аэродинамическое 250
=
качество
14
≈ 18
Сила тяжести: 250 т
Отсюда видно, что сила, заставляющая самолёт лететь с постоянной
скоростью, составляет примерно 1/18 от его веса

11

Причина того, что присоска прилипает к плитке в ванной комнате

ИССЛЕДУЕМ СИЛЫ ВОЗДУХА ( ЧАСТЬ 1)

Равновесие
сил

Чтобы определить подъёмную силу, поддерживающую самолёт,
мы сначала попробуем выяснить, какое примерно давление создаёт
воздух.
Если погрузить руку в воду, то в ней возникнет ощущение сдавливания. Эта сила называется статическим давлением. Если вы
опустите руку в проточную воду, то почувствуете, как сила течения
воздействует на руку, сдвигая ее с места. Эту силу называют динамическим давлением, и, если говорить сложным языком, динамическое давление имеет касательную (тангенциальную) составляющую, величина которой зависит также от ориентации ладони
и от ее формы в направлении потока воды. В этом можно несложно
убедиться, взглянув на карпа, который спокойно остаётся на одном
и том же месте в реке, легонько отклоняя поток воды хвостом.
Воздух, как и вода, относится к так называемым текучим средам, поэтому определения и статического, и динамического давлений здесь будут такими же. В некоторых случаях можно ощущать
динамическое давление, например при ветре, но статическое давление воздуха мы почувствовать не можем. Это происходит, потому
что давление внутри нашего тела также равно 1 атмосфере.
1 атмосфера — это давление атмосферы на уровне поверхности
земли, и её величина равна отношению веса водяного столба высотой
10 м к площади основания, равной 1 м2, т. е. на 1 м2 площади приходится вес примерно 10 т.
В качестве примера, позволяющего реально ощутить величину
этой силы, можно привести присоску, которая используется, например, для крепления крючков к плитке в ванной комнате, куда
нельзя вбивать гвозди.
Как показано на рисунке, давление воздуха на стороне плитки,
к которой прилипла присоска, можно считать близким к нулю. Напротив, на внешней стороне будет действовать сила, равная примерно 20 кг.
Эту присоску отлепить нелегко, так как требуется сила, поднимающая 4 пластиковые бутыли объёмом по 5 л каждая. Однако если
запустить на внутреннюю сторону плитки воздух, то присоска легко
снимется, так как давление воздуха по обе стороны станет равным
1 атмосфере.

12

1
Почему самолёты умеют летать

Столб воздуха

Сравнивая столбы воздуха, воды
и ртути, создающие давление
в 1 атмосферу, получим высоты,
показанные на следующем
рисунке

1м

Столб воды

100 км

1м

Столб ртути

Величина давления, равная 1 атмосфере

760 мм

10 332 м

1м

1м
Плотность: 1000 кг/м3

Плотность: 13 595,1 кг/м3

Давление столба ртути: 13 595,1 × 0,76 = 10 332 кг/м2
Давление столба воды: 10 332 × 1000 = 10 332 кг/м2
Давление столба воздуха: 10 332 кг/м2

Присоска и давление воздуха

20 кг

Приняв радиус присоски за 2,5 см,
получим площадь присоски
2,5 × 2,5 × 3,14 ≈ 20 см2,
поэтому на всю присоску будет
действовать сила, равная
20 см2 × 1 кг/см2 × 20 кг

13

Связь между статическим и динамическим