Hogy mûködik a repülõgép? Mitõl repül?
 ZJ, Bangalore, India
A repülõgép azért marad fenn a levegõben, mert a teste mellett elhaladó légáramot lefelé téríti el. A szárnyak lefelé tolják a légáramot, és ennek hatására a légáram fölfelé tolja a szárnyakat. Ez a hatás/ellenhatás (akció/reakció) Newton harmadik mozgástörvényének egyik példája: az erõk mindig ellentétes irányú párként ébrednek; ha az egyik tárgy tolja a másikat, a másik ugyanakkora, ellentétes irányú erõvel tolja vissza az elsõ tárgyat. Még a levegõ is engedelmeskedik ennek a törvénynek: amikor a repülõgép szárnyai lefelé tolják a levegõt, a levegõnek fölfelé kell tolnia a szárnyakat. Amikor a repülõ vízszintesen halad, az eltérített légáram olyan nagy erõt fejt ki fölfelé, hogy a repülõ teljes súlyát megtartja. Az, hogy a repülõgép szárnyai miként térítik úgy el a légáramot, hogy létrejöjjön ez a felfelé ható erõ, a fluidumok (folyadékok, gázok) dinamikájának csodája. A jelenséget két szemszögbõl is vizsgálhatjuk: a Newton-féle nézõpont szerint az elhaladó légáram gyorsítása, a Bernoulli-féle nézõpont szerint a levegõáramban fellépõ sebesség és nyomás játssza a fõszerepet.

Kezdjük a Newton-féle megközelítéssel. A szárny elejéhez érkezõ légáram két áramra válik szét, és ezek a szárny fölött, illetve alatt haladnak tovább. A szárny alakját és dõlésszögét úgy tervezik, hogy ez a két áram igen eltérõ gyorsulásra tegyen szert a szárny körül. A szárny alatt áramló levegõ lefelé lejtõ felület mentén halad, amely lefelé löki az áramot, tehát a levegõ lefelé gyorsul. Válaszként a levegõ fölfelé tolja a szárny alját, és hozzájárul a repülõt megtartó erõhöz.

A szárny fölött áramló levegõ bonyolultabb útvonalon halad. Elõször fölfelé lejtõ felülettel találja magát szembe, tehát fölfelé lökõdik és fölfelé gyorsul. Válaszként a levegõ lefelé tolja a szárny fölsõ felületének elülsõ darabját. A szárny fölsõ felületnek lejtése azonban megfordul. A levegõnek most lefelé kell gyorsulnia, hogy továbbra is érintkezhessen a szárnnyal. Szívás jön létre: a szárny fölsõ felületének hátsó része lefelé szívja a levegõt, míg a levegõ válaszként fölfelé szívja a szárnyat. Ez a fölfelõ irányuló szívóerõ nagyobb a szárny elején ható, lefelé irányuló erõnél, ezért a szárny fölött áramló levegõ végeredményben fölfelé irányuló erõvel hat a szárnyra.

Tehát mindkét légáram fölfelé irányuló erõvel hat a szárnyra, és együttes hatásuk megtartja a repülõgép súlyát.

A Bernoulli-féle megközelítés szerint a szárnyak lejtõs felületei mentén áramló levegõ sebessége és nyomása úgy változik, hogy a szárnyakra végsõ soron fölfelé irányuló erõ hat. Minden sebességváltozás nyomásváltozással jár együtt, ami annak az energiamegmaradásnak az eredménye, amely az álló felület fölött elhaladó levegõben érvényesül: ha a levegõ sebessége és mozgási energiája nõ, a levegõ nyomása és nyomási energiája csökken, hogy az energianövekedést kiegyenlítse. Röviden: ha a szárny körül áramló levegõ fölgyorsul, csökken a nyomása, ha lelassul, nõ a nyomása.

A szárny alatt áramló levegõ lefelé irányuló felülettel találkozik, és lelassul. Ezért a nyomása megnõ, és fölfelé irányuló erõt fejt ki a szárnyra. Amikor a szárny fölött elhaladó levegõ fölfelé és lefelé lejtõ felületet érzékel, elõször lelassul, aztán felgyorsul. A levegõ nyomása elõször nõ, aztán rendkívül lecsökken, és végsõ soron nagyon kis lefelé irányuló erõt fejt ki a szárny tetejére. Mivel a szárny aljára ható, fölfelé irányuló erõ sokkal nagyobb a szárny tetejére ható, lefelé irányuló erõnél, a szárnyra fölfelé irányuló nyomóerõ hat. Ez az erõ elég nagy lehet ahhoz, hogy a repülõ súlyát megtartsa.

A repülõgép mozgását leíró két különbözõ megközelítés valójában ugyanazt mondja: a Bernoulli-féle fölfelé irányuló erõ ugyanaz, mint a newtoni megközelítés fölfelé irányuló reakcióereje. Mindössze arról van szó, hogy az eltérített légáram hajtóerejét kétféle nézõpontból szemléljük.
 

A fordítás Louis A. Bloomfield
How Things Work címû gyûjteménye alapján készült

Vissza a kérdésekhez http://www.kfki.hu/chemonet/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/