Vai lūkojoties debesīs, esat redzējuši lidmašīnu, kas lido augstu virs mākoņiem, un uzdevuši jautājumu “kā šī milzīgā mašīna spēj palikt gaisā”?
Šķiet gandrīz neiespējami, ka no metāla izgatavota mašīna, kas pārvadā simtiem pasažieru un viņu bagāžu, var tik graciozi lidot pāri visai pasaulei. Katrs lidojums ir saistīts ar aizraujošu fizikas un konstrukcijas līdzsvaru.
Četri pamata spēki
Lidošanas pamatā ir četri pamata spēki: cēlējspēks, svars, vilkmes spēks un pretestība. Būtībā tie ir kā neredzama komanda, kas padara iespējamu katru ceļojumu. Cēlējspēks paceļ lidmašīnu gaisā, svars to spiež uz leju, vilces spēks to virza uz priekšu, savukārt pretestība kavē tās kustību. Lidojuma galvenais nosacījums ir pareiza līdzsvara uzturēšana starp visiem četriem faktoriem... vilkmes spēks ir lielāks par pretestību, kas rodas paātrinājuma ietekmē. Ja pacelsiet lidmašīnas priekšgalu, izmantojot pacēlāju, sāksiet pakāpties uz augšu.
Cēlējspēku galvenokārt rada spārni. Spārnu profilu (sauc arī par aerodinamiskajām lāpstiņām) augšdaļā ir neliels izliekums, bet apakšdaļas virsma ir plakana. Lidmašīnai virzoties uz priekšu, virs augšdaļas izliekuma gaiss plūst ātrāk, bet apakšdaļā – lēnāk. Šāda gaisa ātruma atšķirības ietekmē tiek radīts zemāks spiediens virs spārna un augstāks spiediens – zem tā. Rezultātā radītais augšup vērstais spēks ir pietiekami spēcīgs, lai pretotos gravitācijai. Jo ātrāk gaiss pārvietojas virs spārniem, jo lielāks ir pacelšanās spēks. Kad šis spēks kļūst lielāks par svaru, lidmašīna paceļas!
No otras puses, kā jau ir zināms, svars ir saistīts iedarbību uz gravitāciju, kas mūs notur uz zemes, kā arī nemitīgi cenšas pievilkt lidmašīnu atpakaļ pie zemes. Lai paceltos debesīs, pacelšanās spēkam ir jāpārvar šāds pievilkšanas uz leju spēks. Ja abi spēki ir līdzsvaroti, lidmašīna spēj noturēties horizontālā pozīcijā, vienmērīgi planējot gaisā.
Lidmašīnas dzinēji gādā par vilces spēku. Gan skaļa reaktīvā dzinēja, gan rotējoša propellera vilces spēks virza lidmašīnu gaisā. Bez ātruma spārni nespēj radīt cēlējspēku.
Pēdējais spēks jeb pretestība būtībā ir gaisa radīta pretestība. Tā ir dabiski radīta berze, kuras ietekmē lidošanas ātrums palēninās. Inženieri gadiem ilgi izstrādā gludas formas un līdzenas virsmas, iespējami maksimāli palielinot cēlējspēku un samazinot pretestību, lai sekmētu lidmašīnas efektīvu lidošanu un samazinātu degvielas patēriņu – un EASA (European Aviation Safety Agency – Eiropas Aviācijas drošības aģentūra) nodrošina pilnu sertifikācijas procesu.
Darbības princips
Katrai lidmašīnas daļai ir savs uzdevums. Spārnu galos ir uzstādīti eleroni, ko izmanto, lai lidmašīnu grieztu pa kreisi vai pa labi. Astes galā uzstādīto pacēlāju izmanto, lai paceltu vai nolaistu uz zemes priekšgalu, tādējādi kontrolējot pacelšanos un nolaišanos. Pie vertikālā pacēluma ir uzstādīta virzienstūre, kas virza lidmašīnu no vienas puses uz otru. Pilots, izmantojot visas šīs daļas, var ievērojami precīzi un droši pārvietoties gaisa telpā.
Modernās lidmašīnās tiek izmantotas progresīvās tehnoloģijas, lai visas daļas darbotos nevainojami saskaņoti. Dators nepārtraukti uzrauga lidojuma apstākļus un mikroskopiskus pielāgojumus veic ātrāk, nekā to spēj izdarīt jebkurš cilvēks. Spārnu konstrukcija ir veidota tā, lai, rodoties turbulencei, spārni spētu ieliekties. Tādējādi tie spēj absorbēt daļu turbulences ietekmē radītās enerģijas, kas nodrošina iespējami vienmērīgāku lidojumu.
Atgriežoties pie pirmsākumiem
Neskatoties uz visām izmantotajām tehnoloģijām, lidojuma fizika nav mainījusies kopš brāļi Raiti 1903. gadā veica pirmo lidojumu. Gan planieris, kas lido pāri kalnam, gan komerciāla lidmašīna, kas šķērso valsti, to abu darbības princips ir vienāds. Cēlējspēks gādā par svara līdzsvarošanu, bet vilkmes spēks – par pretestības pārvarēšanu.
Lidot ir tik pārsteidzoši, jo tas šķiet tik viegli. Skatoties no zemes, izskatās, kā lidmašīna debesīs peld, taču patiesībā lidošana ir ar kustību saistīts fizikas meistardarbs.
Kad nākamreiz lidosiet ar lidmašīnu un pa logu vērosiet, kā pasaule zem jums kļūst arvien mazāka, mirkli padomājiet par to, kā tas ir iespējams. Katru sekundi jums līdzās pastāvošie fizikas spēki saskaņoti mijiedarbojas. Spārni pielāgo gaisa plūsmu, dzinēji virza lidmašīnu uz priekšu, savukārt piloti un salona apkalpe rūpējas par jūsu drošību.