Почему самолеты на самом деле летают? В видеоролике канала Veritasium Дерек Маллер разбирает популярное заблуждение о создании подъемной силы крылом и объясняет, как физика работает на самом деле. Оказывается, классическое объяснение, часто встречающееся в учебниках, неполно и вводит в заблуждение, предлагая упрощенный взгляд на аэродинамику.
🛩 Миф об «одновременном прибытии» потоков 0:00
Долгое время в учебных классах и многих учебниках распространялось упрощенное объяснение того, как работает крыло. Согласно этой теории:
- Крыло обладает специфической формой (профилем).
- Воздух, проходящий над верхней частью крыла, должен преодолеть большее расстояние, чем воздух под ним.
- Чтобы потоки встретились на задней кромке крыла одновременно, верхний поток вынужден двигаться быстрее.
- Применяя принцип Бернулли, согласно которому более быстрый поток воздуха создает меньшее давление, делается вывод: разность давлений между верхней и нижней сторонами крыла создает подъемную силу.
Однако, как отмечает Дерек Маллер, у этого объяснения есть серьезные проблемы, которые делают его несостоятельным.
❌ Почему классическое объяснение ошибочно 0:40
Дерек Маллер указывает на ряд противоречий, которые опровергают теорию «одновременного прибытия»:
- Полет в перевернутом состоянии: Если бы подъемная сила зависела исключительно от формы, самолеты не могли бы летать вверх тормашками.
- Плоские крылья: Ранние самолеты, например, братьев Райт, имели почти плоские крылья. Согласно теории, воздух двигался бы с одинаковой скоростью с обеих сторон, и подъемная сила была бы равна нулю.
- Экспериментальные данные: Реальные физические эксперименты показывают, что потоки воздуха не встречаются на задней кромке крыла одновременно. Воздух над верхней поверхностью движется значительно быстрее и достигает задней кромки раньше.
[Image of airflow around an airfoil]
🌬 Ньютон, Бернулли и реальность полета 1:05
Истинный механизм создания подъемной силы заключается в отклонении воздуха вниз. Крыло заставляет поток воздуха изменять свое направление.
- Как это происходит: Это достигается за счет использования несимметричных или изогнутых (выпуклых) профилей крыла, а также за счет изменения угла атаки.
- Результат: Воздух под крылом отклоняется вниз, а воздух над ним направляется вдоль поверхности и также устремляется вниз.
- Закон Ньютона: Согласно третьему закону Ньютона, поскольку крыло отклоняет массу воздуха вниз, воздух оказывает равное и противоположное действие, толкая крыло вверх.
Возникает закономерный вопрос: означает ли это, что принцип Бернулли неверен? По словам Дерека Маллера, это не так. Воздух над крылом действительно движется быстрее, создавая разницу давлений, которая также способствует созданию подъемной силы.
Обе интерпретации — через закон Ньютона и через принцип Бернулли — верны. Проблема классического учебного объяснения заключалась лишь в неверном предположении, что потоки воздуха должны «встретиться» на задней кромке, и в полном игнорировании факта отклонения воздуха вниз. Оба подхода, если их использовать корректно, полностью описывают физику процесса, являясь лишь двумя разными взглядами на одно и то же явление.
