Uçakların Uçma Prensibi
Nasıl olur da tonlarca ağırlıktaki uçaklar havalanabilir? Uçağın uçmasının arkasında yatan fizik nedir? Bir uçağın üzerinde dört temel aerodinamik kuvvet rol oynar;
Lift: Kaldırma kuvveti
Thrust: İtme kuvveti
Gravity/Weight : Yer çekimi kuvveti/ Ağırlık
Drag: Direnç-Sürükleme kuvveti
Bu dört kuvvetten kaldırma ve itme kuvvetleri uçağın uçması, yer çekimi ve sürükleme kuvvetleri uçmaması için çabalar. Bu nedenle de bir uçağın sabit bir hızla uçabilmesi için aşağıdaki denklemlerin sağlanması gerekir;
İtme kuvveti = Sürükleme kuvveti
Kaldırma kuvveti = Yer çekimi kuvveti
1. Thrust: İtme Kuvveti
Bir uçağın uçabilmesi için gereken itme kuvveti, jet motoru ve pervaneler sayesinde karşı kuvvet olan havanın sürtünme direncini aşabilmek amacıyla sağlanır.
2. Drag: Direnç – Sürükleme Kuvveti
Bir uçağın üzerinde, havanın sürtünme kuvvetinin uyguladığı direnç vardır. Havanın sürtünme direnci, hızın karesiyle orantılıdır, bu nedenle uçağın üzerindeki sürtünme kuvveti, uçağın hızı arttıkça artacaktır.
3. Gravity: Yer Çekimi Kuvveti
Normal şartlar altında uçağa etkiyen yerçekimi kuvveti yani ağırlık “1G” dir. Bu kuvvet uçuş sırasında uçağın yukarı doğru yaptığı hareketlerde hücum açısı ile orantılı olarak artar. Kaldırma kuvvetine terstir.
4. Lift: Kaldırma Kuvveti
Kaldırma kuvveti, uçağın havalanmasını ve havada kalmasını sağlar. Kaldırma kuvveti uçağın hız kazanmasıyla kanat profilinin yapısı nedeniyle oluşur .Kaldırma kuvveti kanatların şekli, boyutları, hücum açısı ve uçağın hızı ile bağlantılıdır.
Bernoulli Prensibi
Uçaklar kanatlarında ve kuyruğunda gizledikleri sihirler sayesinde uçabilir. Kanatlardaki bu sihir kanatın şeklidir. Sadece bu kanat şeklinin arkasında yatan fiziği anlayarak uçağın nasıl uçtuğunu anlayabiliriz. Bu fizik ise İsviçreli matematikçi ve fizikçi bilim insanı Daniel Bernoulli tarafından tanımlandı. Bernoulli Prensibi’ ne göre; bir akışkanın hızı arttıkça o akışkanın içindeki basınç azalır veya bir akışkanın hızı azaldıkça o akışkanın içindeki basınç artar (Şekil 2). Aynı prensip hareketli hava için de geçerli olmaktadır. Hava boşlukta ne kadar hızlı hareket ederse, hava basıncı o kadar düşük olur ve ne kadar yavaş hareket ederse, basınç o kadar yüksek olur.
Kanatların alt tarafları düz, üst kısımları ise kavislidir. Ek olarak, kanatlar önden arkaya hafifçe aşağı doğru eğimlidir, bu nedenle bir kanadın etrafında hareket eden havanın, altta olduğundan daha üstte dolaşmak için daha uzun bir yolu vardır. Yukarıdan geçen hava, alttan giden havadan daha hızlı hareket eder ve böylece kanadın üzerindeki hava basıncı, kanat altındakinden daha düşüktür. Kanat etrafında dolaşan hava akışı, kanadın alt ve üst yüzeylerinde basınç farkı oluşturarak bir kuvvet üretir. Hava akışına dik olacak şekilde hareket eden bu kuvvete “Taşıma Kuvveti” denir (Şekil 3).
Newton’un Hareket Kanunları:
Newton’un 1. Yasası: Bir cisim üzerine dengelenmemiş bir dış kuvvet etki etmedikçe, cisim hareket durumunu (durağanlık veya sabit hızlı hareket) korur.
Newton’un 2. Yasası: F=ma: Bir cisim üzerindeki net kuvvet, cismin kütlesi ile ivmesinin çarpımına eşittir.
Uçağın durmadan kalkma (pozitif hızlanma) ve durma (negatif hızlanma veya yavaşlama) gibi hem yöndeki hem de hızdaki değişiklikleri kapsar.
Newton’un 3. Yasası: Bir cisme, bir kuvvet etki ediyorsa; cisimden kuvvete doğru eşit büyüklükte ve zıt yönde bir tepki kuvveti oluşur. Burada dikkat edilmesi gereken bu kuvvetlerin aynı doğrultu üzerinde olduğudur. Bu yasa çoğu zaman şu cümle ile basitleştirilebilir “Her etkiye karşılık eşit ve zıt bir tepki vardır.”
Bir uçakta, pervane hareket eder ve havayı geri iter; sonuç olarak, hava pervaneyi (ve dolayısıyla uçağı) ters yönde yani ileri doğru iter.
Kaldırma Denklemi
Şimdi ise işin matematik kısmına değinelim. Kaldırma denklemimizde ki (Şekil 4);
L : Kaldırma kuvvetinin büyüklüğü
CL: Kaldırma katsayısı (Aerodinamikçilerin kaldırma üzerindeki şekil, eğim ve bazı akış koşullarının tüm karmaşık bağımlılıklarını modellemek için kullandıkları bir sayıdır.)
ρ: Havanın yoğunluğu (Hava yoğunluğu azalırsa ve toplam kaldırma, uçuşta kalmak için toplam ağırlığa eşit olması gerekiyorsa, başka bir faktörün artması gerekir. Genellikle artan faktör, hava hızı veya saldırı açısıdır çünkü bunlar doğrudan pilot tarafından kontrol edilir.)
V: Havanın hızı
S: Kanatların alanı
Kaynak
–https://tr.wikipedia.org/wiki/Newton%27un_hareket_yasalar%C4%B1
