Este 2020 și încă nu înțelegem pe deplin de ce avioanele rămân în aer
Întuneric sau nu, cu toții ne-am îndreptat privirea de la fereastra avionului ocazional, văzând cum aripile avionului au suferit mai multe zguduituri și, în opinia noastră, s-au mișcat mai mult decât era necesar. Da, am auzit de sute de ori că avionul este cel mai sigur mijloc de transport din lume; că din fiecare 2,4 milioane de zboruri, doar unul se termină în tragedie și că turbulența nu a provocat un accident în cel puțin 40 de ani.
Deci, de ce mișcarea bruscă a aripilor este atât de deranjantă? La fel ca în multe alte cazuri, răspunsul constă în ignoranța noastră completă a modului în care un avion rămâne în aer. De aceea ne-am întrebat; Ce forță ciudată permite avionului să se mențină la o altitudine de 10.000 de metri pe mii de kilometri, fără ca o scuturare violentă să reprezinte cea mai mică amenințare la pilotaj?
Dacă nu știi cum să răspunzi la această întrebare cu certitudine, nu-ți face griji; nici comunitatea științifică.
Și este, deși inginerii aeronautici sunt mai mult decât capabili să construiască avioane capabile să zboare (așa cum demonstrează ultimii 80 de ani de istorie a aviației), sunt mai puține atunci când vine vorba de explicarea modului exact în care este generată ascensiunea aerodinamică, sau forța ascendentă care permite unui cadru metalic de aproximativ 100 de tone să rămână în aer.
Există diverse teorii în acest sens că, deși oferă o explicație suficient de plauzibilă a motivului pentru care se generează această forță, de-a lungul anilor au fost etichetate ca fiind incorecte sau cel puțin insuficiente, din moment ce lasă multe capete dezlegate. Deși își îndeplinesc funcția informativă (și de aceea sunt incluse în manuale și enciclopedii destinate cititorilor mai puțin educați), niciuna dintre aceste explicații universale nu este o explicație valabilă în sine.
Cum proiectăm avioane capabile să zboare, dacă nu putem explica cum o fac?
În acest moment, s-ar putea să vă întrebați cum este posibil să proiectați o aeronavă comercială perfect funcțională și, în același timp, neputând explica riguros modul în care își are originea forța care permite ascensiunea avionului în timpul decolării.
Foarte usor; fizica (și mecanica fluidelor, în special) este o știință eminamente experimentală, în care de multe ori experimentele preced teoria. În primul rând, se observă un fenomen și se fac măsurători; mai târziu, se efectuează experimente și se dezvoltă modele matematice pentru a explica datele furnizate de aceste experimente și, în cele din urmă, se dezvoltă teorii și legi.
Cu alte cuvinte, munca de investigație a fizicienilor și matematicienilor din secolele XVIII și XIX ne-a furnizat formule matematice capabile să facă predicții foarte precise și demonstrabile prin experimente (ecuațiile Navier-Stokes). Cu toate acestea, de multe ori nu avem capacitatea de a traduce un limbaj matematic atât de eficient și lipsit de ambiguități, la un limbaj care este de înțeles și rezonabil pentru ochii noștri, adesea limitat de ceea ce putem observa cu ochiul liber și de ceea ce nu putem.
Explicații tradiționale sau ce ne spun manualele de liceu
În primul rând, trebuie amintit că aerul este un fluid și, ca atare, oferă o oarecare rezistență la corpurile solide care au impact asupra ei, într-un mod similar cu apa de mare atunci când o navă are impact împotriva ei (această a doua are pur și simplu o densitate mai mare).
Este obișnuit să ne gândim că ceea ce ține avionul în aer este puterea motorului, dar totuși în ipoteticul și puțin probabilul caz în care motorul se defectează, avionul nu ar cădea. În timp ce motorul contracarează rezistența generată din față (tracțiune), aripile sunt cele care contracarează rezistența generată în jos (greutate).
Adică, puterea motorului permite avionului să atingă o anumită viteză, dar aripile sunt cele care, datorită formei lor particulare, generează suficientă forță pentru a contracara greutatea aeronavei și a ocupanților acesteia (aproximativ 100 de tone). În cele din urmă, pentru ca avionul să rămână în aer, trebuie să se producă un echilibru perfect între patru forțe care se confruntă (ridicarea greutății și împingerea). Când apare acest echilibru, aeronava intră în faza de croazieră.
Explicația tradițională prin excelență este Teorema lui Bernoulli, un matematician, statistician, fizician și medic olandez-elvețian care a trăit în secolul al XVIII-lea. Conform acestei explicații, moleculele de aer, atunci când întâlnesc aripa, sunt forțate să se separe. Datorită formei aripii (mai groase și rotunjite în față), moleculele care călătoresc pe aripă, pentru a se întâlni din nou cu moleculele care călătoresc pe fund, trebuie să parcurgă aceeași distanță într-un timp mai scurt, ceea ce vă crește viteză. Conform legii lui Bernoulli, cu cât viteza este mai mare, cu atât este mai mică presiunea, ceea ce înseamnă că avem o zonă de presiune scăzută pe aripă și o zonă de presiune ridicată sub ea, care conduce aripa în sus.
Totuși, teorema lui Bernoulli acordă prea multă importanță curburii aripii și poziției avionului, ignorând că există avioane capabile să zboare cu aripi complet plane și, de asemenea, să se întoarcă cu 180 de grade în timpul zborului și să rămână în aer. În plus, numeroase investigații au arătat că aerul care călătorește peste aripa aeronavei ajunge la capătul aripii înainte de aerul care călătorește sub aripă și nu se mai întâlnește cu această secundă.