孩子们经常会问:“飞机为什么能飞起来呀?”
答案很简单:因为飞机有动能,并且有翅膀,动能产生向前的运动,翅膀产生向上的升力,所以飞机就能向上飞行了。
就这么简单吗?其实要细究起来,飞机飞行的道理挺复杂,并且我们之前学习的有些内容存在错误!我们今天就来详细地分析给你听。
飞行的力学飞机的飞行,说到底就是对于力学原理的运用。一架飞机停在地面上,它只受到两个力的作用,一个是飞机自身的重力,另一个是地面对它的支持力;重力垂直向下,支持力向上,两个力大小相等方向相反,所以飞机可以稳稳地停在那里。
静止飞机受力情况
我们想飞到天上,首先需要克服重力,让它脱离地面,这时候就需要用另外一种力来代替地面的支撑力,这个力就是升力。当升力大于重力时,飞机会向上爬升;而当升力与重力相等时,飞机会保持高度。
你可能想到了气球和火箭。气球里边的气体密度比外边的空气密度低,所以气球会产生浮力,浮力就是升力;火箭依靠火箭发动机向下喷气,喷射气流的反作用力也可以把火箭推向高空。
与气球相比,飞机很重,它的发动机推力也不如火箭大,所以飞机需要依靠机翼向前飞行。飞机的升力基本上是由机翼在空气中运动产生的。
当飞机在空中飞行时,它会同时受到四个方向力的作用:向下的重力、向上的升力、向前的推力和向后的阻力。
飞行状态受力情况
机翼的升力是如何产生的?飞机启动发动机,将空气向后边吹,这时候空气就会给飞机一个向前运动的力。就像你用力推墙,墙向你施加的反作用力一样,这两个力大小相等方向相反。
作用力与反作用力
飞机快速向前运动时,机翼会切割空气,机翼与空气之间的相互运动会产生升力。
关于升力的产生,我们以前许多的教科书里是这样描述的:由于机翼剖面的特殊形状,它的上方凸起而下方相对较平;当机翼在空气中运动时,机翼上方的空气流动的距离更长,在同样时间里机翼上方气流的速度更快;按照伯努利原理,气流流动的速度越快,它的压强越小;V1>V2,所以机翼下方的空气压力大于上方的力,机翼上升。