В новом выпуске программы StarTalk знаменитый астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс разбирают физические принципы, которые позволяют многотонным стальным машинам подниматься в воздух. От эффекта Бернулли до устройства современных законцовок крыла — Тайсон объясняет инженерию полета через простые аналогии и личный опыт.
🚀 Физика крыла: почему металл не падает 0:00
Нил Деграсс Тайсон начинает с риторического вопроса о том, задумывался ли кто-нибудь, как 300 тонн металла (именно столько весят крупные авиалайнеры) могут не просто двигаться, а взлетать и удерживаться в небе . В то время как Чак Найс шутливо отмечает, что его больше заботит качество еды в первом классе , Тайсон переходит к анатомии самолета.
Ключевым элементом устойчивости являются не только основные крылья, но и малые крылья на хвосте, а также вертикальный стабилизатор (киль) . По словам ученого, вертикальное оперение предотвращает «рыскание» (fishtailing) — виляние хвостом из стороны в сторону. Тайсон вспоминает, как в детстве строил модели планеров и на практике убедился: без хвостового плавника модель не может стабилизировать направление полета .
Основной механизм подъема объясняется формой поперечного сечения крыла — аэродинамическим профилем:
- Верхняя часть крыла изогнута, а нижняя обычно плоская .
- Согласно принципу неразрывности, поток воздуха, разделенный передней кромкой, «хочет» воссоединиться в конце крыла одновременно .
- Воздуху сверху приходится преодолевать большее расстояние за то же время, а значит, двигаться быстрее .
🌬️ Эффект Бернулли и демонстрация с бумагой 4:28
Для наглядности Тайсон использует лист бумаги со своим официальным логотипом, демонстрируя закон, открытый физиком Даниилом Бернулли . Быстро движущийся воздух создает область низкого давления. Когда ученый дует поверх листа, бумага поднимается вверх, так как атмосферное давление снизу оказывается сильнее давления быстрого потока сверху .
На взлетно-посадочной полосе происходит следующее:
- Самолет разгоняется, увеличивая разницу давлений над и под крылом .
- Пилоты отклоняют закрылки на хвостовом оперении, создавая давление, которое прижимает хвост вниз .
- Нос самолета поднимается (кабрирование), и крылья встают под углом к набегающему потоку .
- Прямое воздействие воздуха на наклонную поверхность добавляет подъемной силы к эффекту Бернулли, и самолет буквально «выскакивает» в небо .
Тайсон подчеркивает, что быстрый набор высоты важен не только для безопасности, но и для снижения «акустического следа» — чтобы шум двигателей меньше беспокоил жителей окрестных домов .
🙃 Полеты вверх ногами: как это возможно? 8:11
Чак Найс задает логичный вопрос: если самолет летит за счет изогнутой формы крыла, как истребители (например, в фильме «Лучший стрелок») могут летать в перевернутом положении?
По мнению Тайсона, эффект Бернулли — не единственный способ создания подъемной силы. Даже если профиль крыла не идеален для текущего положения, пилот может просто изменить угол атаки . Если направить переднюю кромку крыла вверх относительно потока воздуха (даже в перевернутом состоянии), воздух, ударяясь о плоскость, будет толкать её вверх. «Можно летать под любым углом, если поддерживать нужный наклон крыльев», — утверждает астрофизик .
📐 Секрет «крылышек» на концах крыльев 9:57
За последние 10–15 лет на концах крыльев большинства гражданских самолетов появились небольшие вертикальные законцовки — винглеты (winglets) . Тайсон объясняет их назначение:
- Воздух стремится соскользнуть с крыла в горизонтальном направлении .
- На концах крыльев возникают турбулентные завихрения (Eddies), которые создают аэродинамическое сопротивление .
- Исследования одного из подразделений NASA (буква «А» в аббревиатуре означает Aeronautics — воздухоплавание) показали, что загнутые кончики минимизируют эти вихри .
- Внедрение этой технологии позволило снизить мировые затраты на авиационное топливо на 10–15%, что благотворно сказывается и на экономике авиакомпаний, и на экологии .
🚩 Взлет против ветра и «принцип невзгод» 12:37
Одним из важнейших факторов безопасности является скорость воздуха относительно крыла, а не относительно земли . Если самолет будет взлетать по ветру (Tailwind), его путевая скорость будет высокой, но поток воздуха над крыльями — недостаточным для создания подъемной силы, что может привести к сваливанию (stall) .
Поэтому:
- Самолеты всегда стараются взлетать и приземляться против ветра .
- В аэропортах и на авианосцах взлетно-посадочные полосы строят под углом друг к другу (часто около 30 градусов), чтобы при любой смене ветра иметь возможность использовать полосу, направленную навстречу потоку .
- Посадка против ветра позволяет самолету иметь минимальную скорость относительно земли, что предотвращает выкат за пределы ВПП при торможении .
Тайсон иронизирует, что это отличная метафора для жизни: «Самолет достигает максимальной подъемной силы, когда движется навстречу самым сильным ветрам». Однако он тут же добавляет, что в реальной жизни эта фраза вряд ли поможет человеку в беде .
🏛️ Открытые гейты и триумф инженерии 18:05
В завершение беседы Тайсон касается истории аэропортов. Термин «гейт» (gate — ворота) произошел от буквальных железных ворот, через которые пассажиры выходили на летное поле (tarmac) . Современные телетрапы (jetways) были спроектированы в том числе для того, чтобы снизить беспокойство пассажиров: человек идет по закрытому коридору, словно лошадь в шорах, и не видит огромной пугающей машины, в которую садится .
Нил Деграсс Тайсон резюмирует, что авиация — это величайшее достижение науки . Тот факт, что 300-тонный кусок алюминия летит со скоростью 900 км/ч, обеспечивая пассажиру интернет, горячую еду и комфортное кресло, является чудом инженерии, даже если этот пассажир недоволен слишком соленым салатом .
