© Getty Images

En drøm tar form -

Mennesker har drømt om å fly som fugler så lenge historien har blitt nedtegnet. Selv myten om Ikaros snakker om menneskehetens tidlige ønske om å sveve på himmelen. Ekte motordrevet flyging forble bare en drøm helt til 1800-tallet, da fremskritt la grunnlaget for moderne luftfart.

© Getty Images

Brødrene Wright -

Den 17. desember 1903, skrev Wilbur og Orville Wright historie, med den første kontrollerte, motordrevne flyturen. Flyet het Kitty Hawk og flygingen skjedde i delstaten Nord-Carolina. Flyet, Wright Flyer, brukte en lett motor og et tre-akset kontrollsystem som satte grunnlaget for moderne luftfartsteknikk.

© Getty Images

Einsteins luftfartsforsøk -

I 1917, hadde Albert Einstein revolusjonert fysikken med sine teorier om rom og tid. Samme år forsøkte han å designe en flyvinge, men lyktes ikke. Hans mangelfulle tilnærming stammet fra en ufullstendig forståelse av flyvning, som fortsatt er en kilde til misoppfatninger i dag.

© Getty Images

Det evige mysteriet -

Måten fly genererer løft, er ofte misforstått. Mange uriktige forklaringer fortsetter å sirkulere, til tross for omfattende forskning. Einsteins feil gir innsikt i kompleksiteten i  vitenskapen om flyging, og feilberegningene hans fremhever hvordan selv store hjerner kan slite med aerodynamikk.

© Getty Images

Et usynlig hav -

Selv om vi vanligvis ikke tenker på luft som en væske, oppfører den seg omtrent som vann. Den har strømmer, trykkforskjeller og oppdrift. Fly må generere en oppadgående kraft, kalt «løft», for å holde seg oppe, omtrent som hvordan båter flyter på vannet ved hjelp av oppdrift.

© Shutterstock

Rollen til vingene -

Vingene sørger for å generere mesteparten av løftet som holder det i luften. Samspillet mellom luft og vingens overflate skaper de nødvendige kreftene. Men hvordan dette løftet nøyaktig genereres, er fortsatt et tema for debatt.

© Shutterstock

Teori om lik transittid -

En mye brukt, men likevel feil forklaring på løft, sier at luftmolekyler som beveger seg over den buede øvre overflaten av en vinge, må nå baksiden samtidig som de molekylene som går under. Denne teorien antar feilaktig at luft må bevege seg raskere på toppen for å møtes samtidig, noe som løfter flyet oppover.

© Shutterstock

Den faktiske luftbevegelsen -

I virkeligheten kommer luft som beveger seg på oversiden av vingen bakkanten mye raskere enn luften under. Forklaringen om lik transittid, ser bort fra det faktum at luften over vingen akselererer på grunn av endringer i trykk og krumning.

© Shutterstock

Riktig forståelse av aerodynamisk -

For å forstå løft, må vi observere hvordan luft samhandler med en bevegelig vinge. Når vingen beveger seg frem, påvirker den den luften rundt og forårsaker variasjoner i hastighet og trykk.

© Shutterstock

Luften tvinges til en omvei -

Når luft treffer forkanten av en vinge, deler den seg i forskjellige baner. Den øvre strømmen følger vingens kontur og akselererer når den beveger seg rundt den buede overflaten. Denne akselerasjonen resulterer i en trykkreduksjon, som er avgjørende for å generere løft.

© Shutterstock

Sentripetalakselerasjon -

Luften som beveger seg over vingen gjennomgår sentripetalakselerasjon, som ligner på hvordan en bil svinger skarpt i en sving. Denne akselerasjonen øker lufthastigheten og reduserer trykket på toppen av vingen, noe som forbedrer løftet og trekker enda mer luft inn i den strømlinjeformede luftstrømmen.

© Shutterstock

Trykkdynamikk -

Mens luften over vingen akselererer og trykket avtar, opplever luften under vingen langt mindre forandring. Trykket under vingen forblir høyere sammenlignet med den på toppen, og denne trykkforskjellen er det som genererer løft.

© Shutterstock

Hastighet -

Jo raskere et fly beveger seg gjennom luften, desto større er trykkforskjellen over vingen. Denne økningen forsterker løftekraften, og til slutt gjøre at flyet overvinner tyngdekraften og kan ta av.

© Shutterstock

For mye krumning -

Selv om krumningen på vingen kan bidra til å skape løft, kan overdreven krumning fungere motsatt. Hvis en vinge er for buet eller vinklet for bratt, kan luftstrømmen løsne fra overflaten, noe som fører til turbulens. Dette fenomenet forstyrrer løftet og kan forårsake farlig aerodynamisk ustabilitet.

© Shutterstock

Middelalderfysikk -

Interessant nok, kan mye av det vi vet om aerodynamikk tilskrives Sir Isaac Newton, den engelske matematikeren og fysikeren som etablerte lovene for klassisk mekanikk på 1600-tallet.

© Getty Images

Grunnlaget for bevegelse -

Newtons lover, publisert i 1687 i hans Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, revolusjonerte vår forståelse av bevegelse. Disse lovene beskriver hvordan objekter samhandler med krefter, og er fortsatt grunnleggende for fysikk og aerodynamikk i dag.

© Getty Images

Newtons første lov -

Dersom det ikke virker noen krefter på et legeme, eller hvis summen av kreftene på det er lik null, så vil legemet enten forbli i ro eller fortsette å bevege seg med konstant fart i en rettlinjet bevegelse

© Shutterstock

Treghet -

Hvis et fly plutselig stopper, blir passasjerene slengt fremover fordi kroppen deres motstår endringen i bevegelse. På samme måte vil ikke en bok som ligger på et bord bevege seg med mindre den skyves, noe som viser hvordan objekter motstår endringer i bevegelsestilstanden.

© Shutterstock

Newtons andre lov -

Når et legeme påvirkes av én eller flere krefter, vil det få en akselerasjon i den retningen kreftene virker. Summen av kreftene på legemet er lik legemets masse ganger akselerasjonen.

© Shutterstock

Tyngre gjenstander -

Det skyve foran seg en tom handlekurv er lettere enn å skyve en full, fordi den større massen krever mer kraft. På samme måte trenger fly enorme mengder skyvekraft for å drive vekten opp i luften, noe som perfekt illustrerer Newtons andre lov.

© Shutterstock

Newtons tredje lov -

Når et legeme virker på et annet legeme med en kraft, vil det andre legemet virke tilbake på det første med en like stor kraft i motsatt retning.

© Shutterstock

Kraft og motkraft -

Når du hopper i land fra en båt, beveger båten seg bakover. Dette skjer fordi når du skyver av båten (kraft), skyves båten tilbake med lik kraft (motkraft), noe som får den til å bevege seg i motsatt retning.

© Shutterstock

Aerodynamikk -

Fly flyr ved å skyve luft nedover med vingene (kraft), og som svar skyver luften vingene oppover (motkraft), og genererer løft. På samme måte skyver en jetmotor ut avgasser bakover, som igjen driver flyet fremover.

© Shutterstock

Utformer moderne ingeniørkunst -

Newtons lover er grunnleggende for aerodynamikk. Den første loven forklarer hvorfor et fly fortsetter å bevege seg fremover etter start. Den andre loven hjelper ingeniører med å beregne kraften som kreves for å generere løft og overvinne tyngdekraften. Og den tredje loven er nøkkelen til å forstå fremdrift og løft.

© Shutterstock

Når fysikken slår tilbake -

Fly stoler helt på Newtons lover for å holde seg i luften, manøvrere og lande trygt. Når disse grunnleggende prinsippene blir forstyrret (enten på grunn av mekanisk feil eller dårlig aerodynamikk) kan resultatene være katastrofale. Det å forstå hvordan disse feilene oppstår er avgjørende for flysikkerheten.

© Shutterstock

Treghet ignorert -

Newtons første lov, sier at et objekt i bevegelse forblir i bevegelse med mindre det påvirkes av en ekstern kraft. Hvis bremsesystemet til et fly svikter ved landing, eller hvis pilotene ikke kan bruke nok motkraft i en sving, kan flyet kjøre av  rullebanen eller til og med miste kontrollen i luften.

© Shutterstock

Svikt i skyvekraft og løft -

Newtons andre lov sier at kraft er lik masse ganger akselerasjon. Hvis et fly ikke genererer nok kraft (gjennom utilstrekkelig skyvekraft eller motorsvikt), vil det ikke akselerere eller opprettholde høyden, noe som resulterer i manglende evne til å opprettholde kontrollert flyging.

© Shutterstock

Dødelige konsekvenser -

Newtons tredje lov sier at for hver kraft er det en lik og motsatt kraft. Hvis et fly overskrider sine kontruksjonsmessige grenser, manifesterer denne loven seg på destruktive måter. For høy hastighet eller turbulens, kan forårsake krefter som flykonstruksjonen ikke tåler og fører til katastrofale feil.

© Shutterstock

Den neste grensen -

Hver flykatastrofe eller feilfunksjon lærer ingeniører og piloter hvordan de kan forbedre flysikkerheten. Etter hvert som teknologien utvikler seg, utvikles forståelsen av aerodynamikk. Fremtiden til flyene er i konstant endring, og kanskje fremtiden kan gjøre at vi kan fly på andre måter.

Kilder: (NASA) (TED-Ed) (HowStuffWorks) (Scientific American)

© Shutterstock