En fait, cela ressemble à un miracle. Une machine ailée pesant des dizaines et même des centaines de tonnes, surmontant la gravité, s'envole facilement et s'envole dans le ciel comme un oiseau. Quelle est la force qui la maintient en l'air ?
Instructions
Étape 1
Un peu d'histoire
En 1738, le scientifique suisse Daniel Bernoulli développa une loi portant son nom. Selon cette loi, avec une augmentation du débit d'un liquide ou d'un gaz, la pression statique en eux diminue et vice versa, avec une diminution de la vitesse, elle augmente.
En 1904, le scientifique russe N. E. Joukovski a développé un théorème sur la force de levage agissant sur un corps dans un écoulement plan parallèle de gaz ou de liquide. D'après ce théorème, un corps (aile) situé dans un milieu liquide ou gazeux en mouvement est soumis à une force de levage dont la valeur dépend des paramètres du milieu et du corps. Le principal résultat des travaux de Joukovski était la formule du coefficient de portance.
Étape 2
Force de levage
Le profil de l'aile de l'avion est asymétrique, sa partie supérieure est plus bombée que la partie inférieure. Lorsque l'avion se déplace, la vitesse du flux d'air passant par le haut de l'aile est supérieure à la vitesse du flux passant par le bas. En conséquence (selon le théorème de Bernoulli) la pression de l'air sous l'aile de l'avion devient supérieure à la pression au-dessus de l'aile. En raison de la différence de ces pressions, une force de portance (Y) apparaît, poussant l'aile vers le haut. Sa valeur est:
Y = Cy * p * V² * S / 2, où:
- Cy - coefficient de portance;
- p est la masse volumique du milieu (air) en kg/m³;
- S - surface en m²;
- V est la vitesse d'écoulement en m/s.
Étape 3
Sous l'influence de différentes forces
Plusieurs forces agissent sur un aéronef se déplaçant dans l'espace aérien:
- la force de poussée du moteur (hélice ou jet) poussant l'avion vers l'avant;
- résistance frontale dirigée vers l'arrière;
- la force de gravité de la Terre (poids de l'avion), dirigée vers le bas;
- ascenseur poussant l'avion vers le haut.
La valeur de la portance et de la traînée dépend de la forme de l'aile, de l'angle d'attaque (l'angle auquel le flux rencontre l'aile) et de la densité du flux d'air. Cette dernière, à son tour, dépend de la vitesse de l'avion et de la pression atmosphérique.
Étape 4
Au fur et à mesure que l'avion accélère et que sa vitesse augmente, la portance augmente. Dès qu'il dépasse le poids de l'avion, il décolle vers le haut. Lorsque l'avion se déplace horizontalement à vitesse constante, toutes les forces sont équilibrées, leur résultat (force totale) est nul.
La forme de l'aile est choisie de telle sorte que la traînée soit la plus faible possible et la portance la plus élevée possible. La portance peut être augmentée en augmentant la vitesse de déplacement et la surface de l'aile. Plus la vitesse de déplacement est élevée, plus la surface de l'aile peut être petite et vice versa.
