Πώς πετάνε τα αεροπλάνα; How do planes fly?

Το επεισοδιο αυτό είναι μια προσφορά των Πανεπιστημιακών Εκδόσεων Κρήτης

και του βιβλίου "Ιστορίες της τεχνολογίας του 20ου αιώνα".

Ένα αεροπλάνο μπορεί να πετάει ευθύγραμμα με σταθερή ταχύτητα για τον ίδιο λόγο An airplane can fly in a straight line at a constant speed for the same reason

που οτιδήποτε μπορεί να κινείται ευθύγραμμα με σταθερή ταχύτητα: that anything can move in a straight line at a constant speed:

Η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται πάνω του είναι μηδέν. Die Komponente der darauf ausgeübten Kräfte ist null. The component of the forces exerted on it is zero.

Αυτό δε σημαίνει πως στο αεροπλάνο δεν ασκούνται δυνάμεις. Dies bedeutet nicht, dass keine Kräfte auf die Ebene ausgeübt werden. This does not mean that there are no forces on the plane.

Κατά κύριο λόγο ασκούνται τέσσερις: Primarily four are practiced:

Το βάρος, η άντωση, η ώση και η οπισθέλκουσα. The weight, the lift, the thrust and the drag.

Το βάρος φαντάζομαι σου είναι γνωστό. Είναι η έλξη που ασκεί η Γη στο αεροπλάνο. The weight is known to you, I imagine. It's the pull that the Earth exerts on the plane.

Για να αιωρηθεί ένα αντικείμενο πρέπει κάποια δύναμη να υπερνικήσει αυτή την έλξη. For an object to levitate, some force must overcome this attraction.

Για τα πουλιά και τα αεροπλάνα τον ρόλο αναλαμβάνει η άντωση, For birds and airplanes the role is played by lift,

η οποία παράγεται από τα φτερά αλλάζοντας την πίεση which is produced by the wings changing the pressure

και την κατεύθυνση του αέρα που πέφτει πάνω τους. and the direction of the wind that falls on them.

Τα δύο αυτά φαινόμενα είναι αλληλένδετα.

Η αλλαγή της κατεύθυνσης του αέρα οδηγεί σε αλλαγή της πίεσης γύρω απ' το φτερό

και η αλλαγή της πίεσης οδηγεί σε αλλαγή της κατεύθυνσης. and the change of pressure leads to a change of direction.

Μπορούμε όμως να τα μελετήσουμε ξεχωριστά. But we can study them separately.

Όταν το αεροπλάνο βρίσκεται παρκαρισμένο στο έδαφος

ο ίδιος αριθμός μορίων αέρα το βρίσκει απ' όλες τις πλευρές του.

Η πίεση του αέρα στο αεροπλάνο δηλαδή είναι σταθερή.

Αυτό αλλάζει όταν το αεροπλάνο αρχίζει να κινείται.

Λόγω της ύπαρξης των φτερών στη ροή του αέρα δημιουργείται μια διαφορά πίεσης: Due to the existence of the wings in the air flow a pressure difference is created:

Το πάνω μέρος έχει μικρότερη πίεση σε σχέση με το κάτω. The upper part has less pressure than the lower part.

Με άλλα λόγια, περισσότερα μόρια αέρα χτυπούν το κάτω μέρος του φτερού απ' ότι το πάνω. In other words, more air molecules hit the bottom of the wing than the top.

Λόγω της διαφοράς πίεσης δημιουργείται μια δύναμη προς τα πάνω και το αεροπλάνο πετάει.

Ο δεύτερος τρόπος που τα φτερά παράγουν άντωση είναι ιδιαίτερα εμφανής στα ελικόπτερα.

Αυτό που κάνουν τα ελικόπτερα είναι να σπρώχνουν με τους έλικες τους τον αέρα προς τα κάτω. What helicopters do is push the air down with their propellers.

Όπως έδειξε ο αξιολάτρευτα εκκεντρικός κύριος Νεύτωνας, As the adorably eccentric Mr Newton has shown,

κάθε δράση έχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση.

Δράση: το ελικόπτερο σπρώχνει τον αέρα προς τα κάτω.

Αντίδραση: ο αέρας σπρώχνει το ελικόπτερο προς τα πάνω.

Καθώς ο αέρας ρέει πάνω στα φτερά, η φυσική του τάση είναι να συνεχίσει να κινείται σε ευθεία γραμμή. As the air flows over the wings, its natural tendency is to keep moving in a straight line.

Τα φτερά όμως τον εξαναγκάζουν να ακολουθήσει την καμπυλότητα τους.

Εφόσον η πορεία του αέρα αλλάζει τα φτερά θα πρέπει να του ασκούν μια δύναμη με φορά προς τα κάτω. Since the air's path changes, the wings should exert a downward force.

Ως αντίδραση, ο αέρας ασκεί μια δύναμη στα φτερά με φορά προς τα πάνω και το αεροπλάνο πετάει.

Δεν είναι απαραίτητο όμως τα φτερά να έχουν έντονη καμπυλότητα για να πετύχουν αυτόν τον σκοπό. But it is not necessary for the wings to have a pronounced curvature to achieve this purpose.

Ακόμα και επίπεδα ή σχεδόν επίπεδα φτερά μπορούν να πετάξουν Even flat or nearly flat wings can fly

αρκεί να έχουν μη μηδενική γωνία προσβολής, as long as they have a non-zero angle of attack,

όπως απέδειξαν πριν από περίπου 100 χρόνια οι αδερφοί Wright as the Wright brothers proved about 100 years ago

και κάθε παιδί που χρησιμοποιεί τις σαΐτες ως δίαυλο επικοινωνίας. and any child who uses the shuttles as a channel of communication.

Το κάνουν ακόμα αυτό τα παιδιά; Do kids still do that?

Ή χρησιμοποιούν αυτά τα... snapstagram;

Τέλος πάντων, μεγαλύτερη γωνία προσβολής οδηγεί σε μεγαλύτερη άντωση, μέχρι φυσικά ένα όριο. Anyway, a larger angle of attack leads to more buoyancy, up to a limit of course.

Τώρα, για να υπάρξει αυτή η ροή που ανυψώνει το αεροπλάνο, Now, to have that flow that lifts the plane,

το αεροπλάνο θα πρέπει να κινείται σε σχέση με τον αέρα. the aeroplane should move relative to the air.

Κι εδώ μπαίνουν στο παιχνίδι οι κινητήρες οι οποίοι παράγουν την ώση του αεροπλάνου. This is where the engines that produce the thrust of the plane come into play.

Ένα επιβατικό αεροπλάνο συνήθως διαθέτει κινητήρες jet. A passenger plane usually has jet engines.

Υπάρχουν διάφορων ειδών τέτοιοι κινητήρες αλλά όλοι πάνω-κάτω λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο.

Αρχικά, ο περιβάλλων αέρας εισέρχεται στη μηχανή Initially, the ambient air enters the engine

συνήθως μέσω ενός τεράστιου ανεμιστήρα.

Κάποιο κομμάτι του μπαίνει στον πυρήνα της μηχανής όπου συμπιέζεται, Some of it goes into the core of the machine where it is compressed,

αναμιγνύεται με καύσιμο και αναφλέγεται.

Τέλος τα καυσαέρια εξέρχονται από πίσω με μεγάλη ορμή,

ωθώντας το αεροπλάνο προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα κάνει πάλι την εμφάνισή του: Newton's third law reappears:

Το αεροπλάνο σπρώχνει τον αέρα προς τα πίσω, ο αέρας σπρώχνει το αεροπλάνο μπροστά.

Δεδομένου ότι ο αέρας είναι απαραίτητος ώστε να υπάρξει πτήση Since air is necessary for there to be flight

μπορεί να σου φανεί αντιφατικό ότι τα αεροπλάνα πετάνε σε υψόμετρο 9 με 12 χιλιόμετρα it may seem contradictory that planes fly at an altitude of 9 to 12 kilometres

γιατί εκεί υπάρχει... λιγότερος αέρας.

Όπως τα περισσότερα πράγματα στη ζωή, οι πτήσεις απαιτούν ορισμένους συμβιβασμούς. Like most things in life, flying requires some compromises.

Λιγότερος αέρας σημαίνει μικρότερη οπισθέλκουσα και οικονομία στα καύσιμα.

Εκτός αυτού σ' αυτά τα υψόμετρα αποφεύγονται ορισμένα καιρικά φαινόμενα

που θα έκαναν τα ταξίδια κάπως λιγότερο... ευχάριστα.

Λιγότερος αέρας όμως σημαίνει και μικρότερη άντωση.

Οι μηχανικοί αντιμετωπίζουν αυτό το πρόβλημα αυξάνοντας το μέγεθος των φτερών, Engineers are addressing this problem by increasing the size of the wings,

το οποίο βέβαια αυξάνει το βάρος του αεροπλάνου και την κατανάλωση καυσίμου.

Εν πάση περιπτώσει, ο συμβιβασμός αποδίδει και όλοι τελικά μένουν ευχαριστημένοι. In any case, the compromise pays off and everyone is happy in the end.

Συνηθως...

Ο Δαίδαλος και ο Ίκαρος είναι δύο μυθικά πρόσωπα που απέδρασαν από τη φυλακή του βασιλιά Μίνωα

χρησιμοποιώντας φτερά από κερί και πούπουλα.

Ο Ίκαρος, γιος του Δαίδαλου, θαμπωμένος από την αίγλη της πτήσης Icarus, son of Daedalus, dazzled by the glory of flight

πλησίασε υπερβολικά κοντά στον Ήλιο, το κερί από τα φτερά του έλιωσε

και πνίγηκε στη θάλασσα που σήμερα ονομάζουμε Ικάριο πέλαγος.

Υπάρχουν διάφορες ερμηνείες για τον μύθο του Δαίδαλου και του Ίκαρου. There are various interpretations of the myth of Daedalus and Icarus.

Μία απ' αυτές λέει πως ο Δαίδαλος τιμωρήθηκε, μέσω του θανάτου του γιου του, One of them says that Daedalus was punished by the death of his son,

για την ύβρη που διέπραξε ξεπερνώντας τα όρια της ανθρώπινης φύσης. for the hubris he committed in transgressing the boundaries of human nature.

Η πτήση ήταν προνόμιο μόνο των πουλιών και των θεών. Flight was the privilege of birds and gods only.

Αλλά όχι πια.

Το αεροπλάνο είναι ένα θαυματουργό επίτευγμα της μηχανικής και της επιστήμης. The aeroplane is a miraculous achievement of engineering and science.

Την επόμενη φορά που θα μπεις σ' έναν τέτοιον τεράστιο, μεταλλικό, υπό πίεση κύλινδρο

που σε πηγαίνει στον προορισμό σου γλιστρώντας απαλά στον αέρα, that takes you to your destination gently gliding through the air,

προσπάθησε να θυμάσαι πως σίγουρα δε θα υπήρχε αν οι άνθρωποι δε μοχθούσαν try to remember that it certainly wouldn't exist if people didn't toil

καθημερινά για να ξεπεράσουν τ' όρια που σήμερα θεωρούμε απαραβίαστα. every day to go beyond the boundaries that we now consider inviolable.

Είμαι ο Στέφανος και παρακολουθήσατε την Καθημερινή Φυσική.

Στην περιγραφή αυτού του βίντεο θα βρείτε την φόρμα για να συμμετέχετε στην κλήρωση

για τρία αντίτυπα του βιβλίου "Ιστορίες της Τεχνολογίας του 20ου αιώνα".

Εις το επανιδείν.