Bagaimana Sayap Pesawat Bekerja?

Pesawat mungkin atau mungkin bukan penemuan yang paling mengubah hidup di abad ke-20; argumen jelas dapat dibuat untuk segala macam inovasi lainnya, termasuk obat antibiotik, prosesor komputer dan munculnya teknologi komunikasi global nirkabel. Namun hanya sedikit dari penemuan ini, jika ada, yang membawa kemegahan visual dan semangat keberanian dan eksplorasi bawaan manusia seperti halnya pesawat terbang.

Sebagian besar pesawat biasa sebagian besar tidak dapat dibedakan dari kendaraan penumpang skala besar lainnya; itu terdiri dari kompartemen tubelike di mana penumpang, orang yang bertanggung jawab, dan barang-barang yang diangkut lainnya duduk. Juga, sebagian besar pesawat memiliki roda; kebanyakan pengamat tidak akan menempatkan mereka sebagai fitur utama, tetapi kebanyakan pesawat tidak bisa lepas landas atau mendarat tanpa mereka.

Namun yang jelas, ciri fisik utama yang membuat sebuah pesawat terbang langsung bisa dikenali sayapnya. Sampai batas tertentu, struktur pendukung yang juga akan Anda baca menambah penampilan karakteristik pesawat terbang, tetapi sayap adalah yang paling menarik; terlepas dari tampilan dasarnya yang menipu, sayap pesawat adalah keajaiban teknik yang asli serta sangat diperlukan untuk kehidupan dalam peradaban modern.

Kontrol pesawat tidak hanya membutuhkanmengangkat(lebih lanjut tentang itu nanti) tetapi juga peralatan kemudi dan stabilisasi vertikal serta horizontal. Berikut ini berlaku untuk pesawat bergaya penumpang standar; jelas, tidak ada desain pesawat terbang, atau dalam hal ini pesawat jet penumpang, ada. Pikirkan fisika, bukan bahan spesifiknya.

Tabung, atau badan, pesawat terbang disebutbadan pesawat. Sayap melekat pada badan pesawat pada titik sekitar setengah dari panjangnya. Sayap itu sendiri memiliki dua set komponen bergerak di bagian belakang; himpunan luar disebutaileron, sedangkan yang lebih panjang, yang dalam hanya disebuttutup. Ini mengubah roll dan drag pesawat masing-masing, membantu dalam kemudi dan memperlambat pesawat. Ujung sayap sering memiliki gerakan kecilsayap kecil, yang mengurangi drag.

Bagian ekor pesawat meliputi:horisontaldanstabilisator vertikal,mantan meniru sayap kecil dalam orientasi dan membualpenutup lift, dan yang terakhir termasuk akemudi,sarana utama pesawat untuk mengubah arah horizontal. Pesawat yang hanya memiliki mesin dan sayap tetapi tidak memiliki kemudi akan menjadi seperti mobil yang kuat tanpa with roda kemudi, dan tidak perlu fisikawan atau pengemudi mobil balap profesional untuk menemukan masalahnya sini.

​Orville dan Wilbur Wrightdikreditkan dengan melakukan penerbangan pertama yang sukses, pada tahun 1903 di North Carolina, AS. Seperti yang mungkin Anda duga, mereka bukan sekadar pemberani yang mengumpulkan alat sembrono dari motor dan beberapa papan ringan dan berhasil melakukannya, yang kebetulan bekerja di kebaikan. Sebaliknya, mereka adalah peneliti yang teliti, dan mereka memahami bahwa sayap akan berfungsi sebagai aspek penting dari setiap mekanisme terbang pesawat yang sukses. ("Pesawat" adalah istilah yang aneh tapi menyenangkan di dunia penerbangan.)

The Wrights memiliki akses ke data terowongan angin dari Jerman, dan mereka menggunakan ini dalam formulasi sayap untuk glider yang mendahului versi motor 1903 mereka yang langsung terkenal. Mereka bereksperimen dengan bentuk sayap yang berbeda, dan menemukan bahwa sayap dengan rasio lebar sayap dalam jarak dekat, dan mendekati 6,4 banding 1, tampak ideal; bahwa ini hampir sempurnarasio aspektelah dibuktikan dengan metode rekayasa modern.

Sayap adalah sejenis airfoil, yang merupakan penampang dari apa pun yang menarik bagi para insinyur di bidang dinamika fluida, seperti layar, baling-baling, dan turbin. Representasi ini sangat membantu dalam memecahkan masalah karena menawarkan representasi visual terbaik tentang bagaimana sebuah pesawat naik dan bagaimana ini dapat dimodulasi melalui berbagai bentuk sayap dan fitur lainnya.

Mungkin di sekolah, atau hanya dengan menonton berita, Anda pernah melihat atau mendengar istilah "angkat" yang mengacu pada penerbangan. Apa itu lift dalam fisika? Apakah lift bahkan kuantitas yang terukur, atau apakah itu dipetakan ke satu?

Lift sebenarnya adalah gaya, yang menurut definisi menentang gaya suatu bendabobot. Berat pada gilirannya adalah gaya yang dihasilkan sebagai akibat dari efek gravitasi pada benda-benda denganmassa. Untuk mencapai daya angkat pada dasarnya adalah melawan gravitasi – dan gravitasi "menipu" dalam tarik-menarik vertikal ini, karena ia tidak pernah berhenti!

Angkat adalahbesaran vektor, seperti semua gaya, dan dengan demikian memiliki komponen skalar (jumlahnya, atau besarnya) dan arah tertentu (biasanya termasuk dua dimensi, diberi labelxdankamu, dalam masalah fisika tingkat pengantar). Vektor yang ditarik bekerja melalui pusat tekanan benda, dan diarahkan tegak lurus terhadap arah aliran fluida.

Angkat membutuhkancairan(gas atau campuran gas, seperti udara, atau cairan, seperti minyak) sebagai media. Jadi baik benda padat maupun ruang hampa tidak berfungsi sebagai lingkungan terbang yang ramah; yang pertama secara intuitif jelas, tetapi jika Anda pernah bertanya-tanya apakah Anda dapat mengarahkan pesawat di luar angkasa dengan memanipulasi sayap atau ekornya, jawabannya adalah tidak; tidak ada "barang" fisik untuk didorong oleh bagian-bagian pesawat.

Setiap orang telah menyaksikan pusaran dan arus sungai atau aliran, dan merenungkan sifat aliran fluida. Apa yang terjadi ketika sungai atau aliran sungai tiba-tiba menjadi jauh lebih sempit, tanpa perubahan kedalaman? Akibatnya, air sungai mengalir jauh lebih cepat. Kecepatan yang lebih tinggi berarti lebih banyak energi kinetik, dan peningkatan energi kinetik bergantung pada beberapa masukan energi ke dalam sistem dalam bentuk usaha.

Mengenai dinamika fluida, poin kuncinya adalah bahwa tekanan P akan turun dalam fluida yang bergerak cepat dengan densitasρ, termasuk udara. (Kerapatan adalah massa dibagi volume, atau m/V.) Berbagai hubungan antara energi kinetik fluida (1/2)ρv², energi potensialnya gh (di manahadalah setiap perubahan ketinggian di mana ada perbedaan tekanan fluida) dan tekanan totalPditangkap oleh persamaan yang dibuat terkenal oleh ilmuwan Swiss abad ke-18David Bernoulli. Bentuk umumnya ditulis:

Sinigadalah percepatan gravitasi di permukaan bumi, yang memiliki nilai 9,8 m/s². Persamaan ini berlaku untuk situasi yang tak terhitung jumlahnya yang melibatkan aliran air dan gas dan pergerakan benda-benda dalam cairan, seperti pesawat terbang yang meluncur di udara langit.

Dalam mempertimbangkan sayap pesawat, suku terakhir dalam persamaan Bernoulli dapat dihilangkan karena sayap diperlakukan sebagai ketinggian yang seragam:

Anda juga harus mengetahui persamaan kontinuitas, yang menghubungkan tekanan dengan luas penampang sayap:

Menggabungkan persamaan ini menunjukkan bagaimana gaya angkat dihasilkan. Secara kritis, perbedaan tekanan antara bagian atas sayap dan bagian bawah adalah hasil dari bentuk yang berbeda dari masing-masing sisi airfoil. Udara di atas sayap dibiarkan bergerak lebih cepat daripada udara di bawahnya, yang menghasilkan semacam "tekanan hisap" dari atas yang melawan berat pesawat.

Pergerakan maju dari pesawat itu sendiri, tentu saja, yang menciptakan pergerakan udara; kecepatan horizontal pesawat diciptakan oleh gaya dorong mesin jetnya terhadap udara, dan resultan gaya berlawanan yang diberikan terhadap pesawat dalam arah ini disebutmenyeret​.

• Jadi ringkasan gaya ke atas, ke bawah, ke depan dan ke belakang pada pesawat terbang dan sayapnya jika dilihat dari satu sisi adalah:mengangkat​, ​bobot​, ​dorongandanmenyeret​.