Підйомна сила крила літака.
302. «Як виникає підйомна сила крила літака?» Це питання зустрічається в багатьох підручниках фізики. При відповіді зазвичай посилаються на рівняння Бернуллі. Але чи дійсно це єдина або хоча б основна причина? Якщо профіль крила зроблений в повній відповідності з рівнянням Бернуллі, то як же літак може летіти «догори ногами» (рис.)?
Звичайне пояснення зводиться до того, що швидкість повітряного потоку над крилом більше, ніж під крилом, і, отже, відповідно до рівняння Бернуллі тиск під крилом виявляється більшим, ніж над ним. В результаті і виникає підйомна сила. А чому над крилом повітря рухається швидше, ніж під ним? Струмені повітря зверху і знизу повинні обігнути крило за одне і те ж час; значить, верхня струмінь повинна пройти більший шлях, тому вона рухається швидше. Цим звичайна відповідь вичерпується. Але чому верхня струмінь повинна обігнути крило за той же час, що і нижня? Це пояснюється рідко. До речі, в дійсності верхній і нижній потоки повітря огинають крило за різний час. Звідки ж береться підйомна сила крила?
відповідь:
Повітря, що обтікає крило, рухається над крилом швидше, ніж під крилом. Отже, тиск під крилом більше, ніж над крилом, в результаті чого і виникає підйомна сила. З джерел, на які ми посилаємося, не завжди можна зрозуміти, чи можна застосувати в даному випадку рівняння Бернуллі чи ні. Це рівняння безпосередньо випливає з закону збереження енергії. Так як на повітряний потік, що обтікає крило, впливають також адгезія ( «прилипання») і в'язкість повітря (а обидва ці ефекту супроводжуються вчиненням роботи в повітряному потоці), то це рівняння, здавалося б, застосовувати не можна. Однак їм все ж можна скористатися, якщо врахувати в'язкість і адгезію, вважаючи, що на додаток до безвихрових обтіканню крила повітряним потоком існує ще якийсь кільцевої потік, що прилягає до крила (який спрямований вперед під крилом і назад над ним). Таке накладення кільцевого і лінійного потоків розглядається в роботах кутти і Жуковського про підйомної сили крила.
Таке обтікання крила виникає завдяки відриву від крила вихорів, які утворюються на лінії зустрічі потоків, що йдуть над і під крилом.
Над крилом швидкість циркуляції складається зі швидкістю лінійного потоку, в результаті швидкість повітря збільшується.
Під крилом циркуляція спрямована проти лінійного потоку, і швидкість повітря зменшується. Тоді в силу рівняння Бернуллі тиск над крилом виявляється менше, ніж під крилом, тому виникає підйомна сила. Як бачимо, рівняння Бернуллі в даному випадку можна застосовувати тільки з певними застереженнями й уточненнями.
Справжня підйомна сила крила, відповідно до теорії кутти і Жуковського, розраховується шляхом визначення зміни імпульсу повітряного потоку при його відхиленні циркуляційним потоком. Відповідно до закону Ньютона сила, необхідна для відхилення повітряного потоку вниз, дорівнює по модулю підйомної сили крила.