Воздух. Неожиданные факты о том, без чего нельзя прожить

На борту дирижаблей старались соблюдать технику безопасности. Команда носила специальную обувь, чтобы не накапливалось статическое электричество от трения об пол. Пассажиры должны были сдавать вещи, которые могли дать искру. Курить допускалось лишь в специальной изолированной комнате, отделанной негорючим асбестом. Однако это не помогло, и эра дирижаблей закончилась после катастрофы крупнейшего на тот момент пассажирского цеппелина «Гинденбург». Он сгорел дотла при посадке 6 мая 1937 года.

Однако интерес к дирижаблям в наши дни стал вновь возвращаться, пусть их используют не в качестве транспорта, а в развлекательных, рекламных и наблюдательных целях.

Аэродинамические летательные аппараты

Аэродинамические аппараты называют летательными аппаратами тяжелее воздуха. Они перемещаются благодаря аэродинамической подъемной силе, возникающей при быстром движении самого аппарата или его частей. Могут быть безмоторными, планирующими с постепенным снижением за счет силы тяжести (парапланы, дельтапланы, парашюты), а также моторными, которые способны преодолевать силу тяжести благодаря двигателю: вертолеты, самолеты, махолеты, винтокрылы и другие. Их особенность – в специфической форме и крыльях, взаимодействующих с потоком воздуха и создающих тем самым подъемную силу. Давайте рассмотрим, как это происходит, на примере самолета.

Сердце самолета – силовая установка, за счет которой он движется. Так как скорость авиалайнера довольно велика, при движении образуется мощный встречный поток воздуха. Его взаимодействие с крылом самолета формирует области низкого и высокого давления. Область высокого давления располагается под крылом, а область низкого, соответственно, над крылом. Из-за этой разницы самолет в буквальном смысле «выталкивается» вверх. Это физическое явление называется подъемной силой.

В формировании подъемной силы важны два аспекта: профиль крыла и его ориентация по отношению к набегающему потоку воздуха – угол атаки. Так как верхняя часть крыла выпуклая, происходит сужение воздушного потока, а значит, скорость струи возрастает. За счет несимметричного профиля крыла и угла атаки воздух обтекает крыло неравномерно: скорость потока сверху больше, чем снизу. Обратную связь скорости потока и давления описывает закон Бернулли: там, где скорость течения жидкости или газа больше, давление меньше, и наоборот, с увеличением давления потока скорость его движения уменьшается. Таким образом, внизу крыла, где скорость потока меньше, образуется зона повышенного давления, а над крылом, где скорость больше, – пониженного давления.

Вертолет удерживается в воздухе за счет несущего винта-ротора с лопастями, который умеет создавать подъемную силу ничуть не хуже. Профили лопастей вертолета похожи на крыло самолета. Но в отличие от самолета вертолету для взлета не нужно разгоняться: поток воздуха образуется за счет вращения лопастей. При этом возникает разница давлений: давление под лопастью больше давления над ней. Возникает все та же подъемная сила и выталкивает вертолет вверх. Он взлетает.

Но несущий винт-ротор – массивная деталь, поэтому он может развернуть кабину и закрутить ее в обратную своему вращению сторону. Чтобы этого не происходило, в конструкции вертолета предусмотрен дополнительный хвостовой винт, который компенсирует это вращение, а также позволяет поворачивать в полете. Другой способ уравновесить воздушную машину – установка сразу двух винтов, вращающихся в противоположных направлениях. Маневрирование осуществляется за счет изменения угла установки лопастей.

Принцип аэродинамического профиля используется не только в летательных аппаратах, но и приспособлениях для экстремального спорта, например в вингсьюте (англ. wingsuit – костюм-крыло) или парашютах для бейсджампинга (англ. BASE jumping – прыжки с фиксированных объектов).

Благодаря изобретению аэростатических и аэродинамических летательных аппаратов мы можем испытать чувство полета и пощекотать нервы. Но при одном условии: это должно происходить в плотных слоях атмосферы Земли. Чтобы отправиться в космос, необходимы совершенно другие аппараты. О них я сейчас расскажу.

Ракетные летательные аппараты

Ракеты могут преодолеть силу гравитации Земли. Их главное отличие от остальных летательных аппаратов заключается в том, что для полета не требуется воздух. Ракета движется за счет реактивной тяги, которая создается ракетным двигателем.

Реактивная тяга образуется благодаря импульсу, возникающему при сгорании топлива и выбрасывании продуктов сгорания через специальное отверстие-сопло. Это можно рассмотреть на любом видео взлета: продукты сгорания вырываются из нее, образуя эффектный огненный хвост. Чем больше импульс – тем выше сила реактивной тяги и, соответственно, скорость ракеты.