التحليق عالياً: كيف تطير الطائرة

تحلق الطائرات في السماء طوال الوقت، نحن نراها، ونسافر بها، ولكن القليل منا فقط يتوقف ويتساءل كيف تطير الطائرة في السماء؟

يعد الطيران بالمحركات واحد من أعظم اختراعات البشرية. لقد جعل هذا الاختراع السفر حول العالم في ساعات قليلة ممكناً بعد أن كان حلم خيالي منذ 100 عام. فكيف إذاً يعمل هذا الاختراع العبقري؟

دعنا نلقي نظرة على الطريقة التي يعمل بها هذا الاختراع ونتعلم كيف تطير الطائرة.

المحركات والأجنحة

عندما نتحدث عن الطيران بالمحركات أو فكرة تخطر بالبال هو المحرك بالطبع، ولكن هل هو أهم مكون في الطائرة فعلاً؟ هل المحرك هو ما يجعل الطائرة تطير؟

الإجابة على هذا السؤال نعم ولا. نعم المحرك جزء مهم جداً في الطائرة، ولكن الطيران بدون محرك ممكن، هذا هو ما تفعله الطيور والطائرات الشراعية طوال الوقت.

ما هي فائدة المحرك إذاً؟

تصميم الطائرة مبني على قانون نيوتن الثالث للحركة ( لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه). يعني ذلك ببساطة أن الطائرة تدفع الهواء إلى أسفل، فيقوم الهواء برفعها إلى أعلى.

عندما يعمل المحرك يدفع الطائرة إلى الأمام بسرعة كبيرة، يجعل ذلك الهواء يتحرك بسرعة حول الأجنحة، وتدفع الأجنحة الهواء إلى أسفل مما يولد قوة الرفع التي ترفع الطائرة إلى أعلى برغم وزنها الكبير.

إذاً، يدفع المحرك الطائرة إلى الأمام بينما ترفعها الأجنحة لأعلى، عندما يعمل الإثنان معاً يكونان قوة الرفع التي تسمح للطائرة بالطيران في الهواء.

سطح انسياب هوائي

يكون السطح العلوي في معظم أجنحة الطائرات منحني لأعلى بينما يكون الجانب السفلي مسطح، يسمى هذا التصميم سطح انسياب هوائي.

كيف يساعد هذا السطح الطائرة على الطيران؟

يخترق هذا السطح الهواء ويشتت التيار، ويقلل السطح العلوي من ضغط الهواء أعلى الجناح بينما يزيد السطح السفلي من ضغط الهواء أسفل الجناح. يصنع هذا التفاوت في ضغط الهواء تفاوت في سرعة الهواء أعلى وأسفل الجناح، ويدفع تيار الهواء لأسفل. عندما يندفع الهواء لأسفل يولد طاقة رفع ترفع الطائرة لأعلى، وكلما زاد تشتيت سطح الانسياب للهواء زادت قوة الرفع.

القوى المختلفة

يعمل المحرك والأجنحة معاً على توليد قوة دفع وقوة رفع لتستطيع الطائرة الطيران في الهواء، فما هي القوى الأخرى التي تؤثر على الطيران؟

قوة الجاذبية التي تزيد كلما إزداد وزن الطائرة، وقوة مقاومة الهواء أو السحب.

لكي تستطيع الطائرة أن تطير في الهواء يجب أن تتوازن هذه القوى المختلفة. يجب أن تساوي قوة الرفع وزن الطائرة الذي يتأثر بالجاذبية الأرضية، وتساوي قوة الدفع الخاصة بالمحرك قوة مقاومة الهواء أو السحب.

بالطبع هذه التوازن مطلوب لتستطيع الطائرة الطيران بنفس سرعتها في الهواء، ولكن كيف تطير الطائرة في البداية؟

لكي تستطيع الطائرة الارتفاع عن الأرض عند الإقلاع يجيب أن تزيد قوة الرفع عن قوة الجاذبية وقوة الدفع عن قوة السحب.

ويحدث العكس عند هبوط الطائرة، تزيد قوة الجاذبية عن قوة الرفع لتستطيع الطائرة الهبوط، وتزيد قوة السحب عن قوة الدفع لتستطيع أن تبطئ من سرعتها.