Горизонты техники для детей, 1963 №7 (14): читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Физика вокруг нас

Пожалуй, на всем земном шаре не найти такого уголка, над которым не пролетали бы самолеты. Самолеты видят не только жители больших городов, но и поселков, деревень и хуторов. Но все ли знают, почему самолет удерживается в воздухе? Думаю, что немногие ребята могли бы ответить на этот вопрос. Каждый из вас должен знать физические основы этого величайшего изобретения нашего времени, каковым является самолет.

Самолет летает по воздуху, поэтому сначала поговорим о воздухе. Воздух — это реальное вещество. Детям трудновато это понять. Они не хотят согласиться с тем, что пустой стакан, стоящий на столе, всё-таки не пустой, а заполнен воздухом. Если такой «пустой» стакан поставить в сосуд с водой вверх дном, сразу же заметите, что вода не заполнит весь стакан. А почему? Если стакан перевернуть в воде, из него начнут выходить маленькие пузырьки. Только после этого вода заполнит весь стакан. Воздух — это газ, или, точнее говоря, смесь газов. Его можно сжать, то есть в небольшом объеме заключить большое количество воздуха. Небольшое количество воздуха, наоборот, можно заключить в большом объеме, то есть разделить воздух. Сжатый воздух обладает большим давлением, разреженный — малым давлением, то есть давлением, меньше атмосферного.

Каждый из вас делал, наверное, бумажные самолетики и с силой запускал их. Именно если такой самолетик с силой бросить вверх, он может далеко полететь, а если пустить слегка — упадет сразу же на землю. Значит, чтобы бумажный самолетик удерживался в воздухе, он должен постоянно двигаться вперед. Большие самолеты двигаются вперед за счет мощных двигателей, подъемная сила вращающих пропеллер. Быстро вращающийся пропеллер выбрасывает за себя огромные массы воздуха, обеспечивая поступательное движение самолета. Здесь как раз и выступает принцип действия и противодействия, о котором мы говорили в предыдущих номерах. Каждому действию соответствует противодействие, равное по величине и противоположное по направлению.

А почему бумажный самолетик, как и большой самолет, двигаясь достаточно быстро вперед, не падает на землю?

Давайте проделаем с вами простой и очень интересный эксперимент. Согнем лист бумаги, как это показано на рисунке, и положим его на стол. Через соломинку будем вдувать воздух под согнутый лист, чтобы сдуть лист со стола. Что же получится? Вместо того, чтобы подняться вверх, лист бумаги прогнется вниз, как бы прилипая к столу, причем, чем сильнее будем дуть, тем плотнее лист прилипнет к столу. Это значит, что давление воздуха сверху больше давления воздуха снизу. Давление воздуха сверху остается неизменным. Что же происходит с давлением воздуха снизу? Оно уменьшилось, поэтому лист бумаги прогнулся вниз. Это произошло следующим образом: воздух под листом движется с некоторой скоростью, зависящей от силы, с которой мы дуем из соломинки. Воздух движется, а его давление, направленное вниз, уменьшается.

Чем больше скорость, тем меньше давление воздуха.

По этому же принципу построен ряд приборов, например, всем вам известный пульверизатор для распыления одеколона.

Крыло самолета имеет специальный профиль. Снизу поверхность крыла довольно плоская, а сверху немного выгнутая. Воздух, протекающий при движении самолета вдоль верхней поверхности крыла, должен пройти больший путь, чем вдоль нижней поверхности, так как верхняя поверхность выпуклая. Скорость верхней струи воздуха больше скорости нижней струи. Там, где большая скорость, должно быть меньшее давление. Меньшее давление будет над верхней поверхностью крыла (над верхним профилем), а большее — под нижней поверхностью крыла. На крыло будет действовать выталкивающая сила, направленная вверх. Эта сила называется подъемной силой крыла. Она действует постоянно при движении самолета и удерживает его в воздухе.

На первый взгляд эта сила кажется небольшой. На один квадратный сантиметр поверхности крыла приходится всего несколько килограммов этой силы (в зависимости от скорости, профиля крыла и т. п.). Но на один квадратный метр приходится несколько сот килограммов этой силы. Даже самый маленький самолет имеет несущую поверхность крыльев, равную десяти с лишним квадратным метрам. Подъемная сила больших самолетов равна десяткам тысяч килограммов.

Старт самолета происходит так, что по мере набирания скорости на стартовой дорожке крылья самолета создают всё большую подъемную силу. При определенной скорости подъемная сила превышает силу тяжести самолета, который поднимается в этот момент в воздух. Поднявшись на требуемую высоту, самолет летит вперед за счет вращения пропеллера, преодолевая сопротивление воздуха, не набирая высоты, так как подъемная сила уравновешивает тяжесть самолета.

Многие из вас хотели бы знать, как же летают реактивные самолеты, не имеющие пропеллера? В принципе полет реактивных самолетов не отличается от турбовинтовых, то есть тех, у которых есть пропеллер. Разница лишь в том, что силу, толкающую самолет вперед, так называемую силу тяги, сообщает не пропеллер, а двигатель, выбрасывающий газ. Газ, получаемый в результате сжигания огромного количества горючего, вылетает с большой скоростью из реактивного сопла назад. Согласно закону действия и противодействия самолет получает тягу вперед.

Для авиалюбителей мы помещаем рисунок самолета с кратким объяснением принципа работы отдельных его узлов. Пропеллер обеспечивает силу тяги, крылья — подъемную силу. Для изменения направления движения самолета служит руль направления, находящийся в хвостовом оперении и управляемый двумя ножными педалями. При этом летчик должен наклонить машину, подобно тому, как при повороте наклоняется велосипедист. Для этой цели служат элероны на концах крыльев, отклоняющиеся при помощи штурвала ручного управления. Если один элерон отклоняется вверх, второй опускается вниз и наоборот. Благодаря этому на одно крыло действует сила, прижимающая его вниз, а на второе — сила, поднимающая его вверх. Самолет ложится на бок.

Изменение высоты полета осуществляется рулем высоты, находящимся в хвостовом оперении. Чтобы отклонить руль высоты, над притянуть штурвал к себе или оттолкнуть от себя, то есть, как говорят пилоты, взять от себя или на себя.

Руль высоты и руль направления снабжены стабилизаторами. Более подробно с принципом действия остальных узлов самолета мы ознакомимся в специальном разделе, посвященном самолету.

Наш физический кабинет

Проделаем несколько опытов, связанных с полетом. Нет, летать мы, конечно, не будем, зато рассмотрим одно очень интересное явление.

Для опытов нам нужны: лист плотной бумаги, булавка, катушка.

Прокалываем булавкой лист бумаги, а затем вставляем её в отверстие катушки. Катушку держим в руках и сильно дуем в отверстие катушки. Многие подумают, наверное, что лист бумаги слетит. Ничего подобного. Он ещё плотнее пристанет к катушке.

Ещё один опыт. Попытаемся продемонстрировать реактивную силу. Это легче всего сделать при помощи воздушного шара. Надуваем сильно шарик и выпускаем его из рук. Шарик полетит в сторону, противоположную направлению выхода из него воздуха.

Небольшую плоскую бутылочку (лучше всего пластмассовую) наполняем до половины уксусом и водой. Опускаем в бутылку пол-ложки соды в мешочке. Закупориваем бутылку пробкой и кладем её на несколько круглых карандашей. Образовавшийся в результате химической реакции газ выталкивает через некоторое время пробку в одну сторону, а бутылка на карандашах откатится в противоположную сторону.