Gakken × Asahi Shimbun Kids Net

Tại sao máy bay có thể bay trên không?

Tại sao máy bay có thể bay trên không?

Câu trả lời: Máy bay di chuyển nhờ lực đẩy của động cơ và bay lên nhờ lực nâng tạo ra bởi cánh.

Khi nhìn lên bầu trời và ngắm nhìn những chiếc máy bay đang bay nhanh, bạn sẽ tự hỏi: "Tại sao những chiếc máy bay to và nặng như vậy lại có thể bay được?" Ví dụ, chiếc máy bay chở khách hai tầng Airbus A380 có thể chở tối đa hơn 800 người, có trọng lượng cất cánh tối đa là 560 tấn1). Tàu cao tốc "E7 series" có 12 toa với trọng lượng khoảng 540 tấn (khi không có hành khách). Nghĩa là, một vật có trọng lượng tương đương với một đoàn tàu cao tốc đang bay trên không với tốc độ 910 km/giờ.

Khi máy bay bay trên không, có 4 lực tác động lên thân máy bay. 4 lực đó là lực đẩy (lực đẩy) để tiến về phía trước, lực cản để quay trở lại phía sau, lực nâng để nâng thân máy bay lên, và lực hấp dẫn của Trái đất để kéo xuống dưới 2). Nếu lực đẩy lớn hơn lực cản, máy bay sẽ tiến về phía trước, và nếu lực nâng lớn hơn lực hấp dẫn, thân máy bay sẽ bay lên trên không.

Trong số này, động cơ và cánh quạt là những bộ phận tạo ra lực đẩy. Khi động cơ làm quay cánh quạt, không khí sẽ được thổi ra phía sau. Ngoài ra, động cơ phản lực thổi khí và không khí nén ra phía sau với lực mạnh, và sử dụng phản lực đó để tiến về phía trước.*3)。Như vậy, việc phun chất lỏng hoặc khí để di chuyển theo hướng ngược lại được gọi là "động cơ phản lực", được sử dụng không chỉ trong máy bay mà còn trong tên lửa. Trong thế giới sinh vật, mực và sò cũng di chuyển bằng động cơ phản lực.

Tiếp theo, hãy xem xét lực nâng. Lực nâng là lực tác động lên vật thể từ không khí hoặc nước khi vật thể di chuyển trong không khí hoặc nước, và là lực vuông góc với hướng di chuyển. Trong trường hợp máy bay bay về phía trước, lực nâng tác động lên trên, do đó nếu lực nâng lớn hơn trọng lực, máy bay sẽ bay lên. Vậy, máy bay tạo ra lực nâng này như thế nào?

Lực nâng được tạo ra bởi cánh chính kéo dài từ thân máy bay sang hai bên. Cánh chính được thiết kế để khi máy bay tiến về phía trước, áp suất không khí ở mặt trên sẽ nhỏ hơn so với mặt dưới. Khi có sự chênh lệch áp suất như vậy, cánh chính sẽ bị hút về phía có áp suất nhỏ hơn và nổi lên. Đây chính là bản chất của lực nâng.

Cấu trúc cánh chính khác nhau tùy theo loại máy bay. Để tạo ra lực nâng cần thiết cho máy bay bay một cách hiệu quả, các nhà thiết kế đã nghiên cứu kỹ lưỡng về hình dáng, kích thước và góc độ của cánh chính.

Vậy tại sao áp suất không khí ở mặt trên và mặt dưới của cánh chính lại thay đổi? Có một số lý thuyết giải thích về điều này. Tất cả đều là những nội dung khó học ở trường đại học, vì vậy trước tiên hãy ghi nhớ rằng "khi áp suất không khí ở mặt trên của cánh chính thấp hơn mặt dưới, cánh chính sẽ bị hút lên trên".

Trong máy bay đang bay về phía trước, lực nâng tác động lên trên, nhưng cũng có lực nâng tác động xuống dưới. Khi lực nâng hướng lên tác động lên xe đua chạy với tốc độ cao, thân xe sẽ trở nên không ổn định, tăng nguy cơ trượt hoặc lật. Do đó, người ta sử dụng các bộ phận có hình dạng giống như cánh máy bay đảo ngược, chẳng hạn như "cánh", để tạo ra lực nâng hướng xuống (lực ép xuống), ép thân xe xuống mặt đất. Điều này giúp cho việc điều khiển xe trở nên ổn định.

* Như vậy, khi vật A tác dụng lực lên vật B, đồng thời vật B cũng tác dụng lực ngược lại với cường độ tương đương lên vật A. Nguyên lý này được gọi là "định luật tác dụng và phản tác dụng". Định luật này được học ở cấp trung học cơ sở.

Bài viết được công bố: Tháng 10 năm 2021

Tài liệu tham khảo

1) All Nippon Airways "Airbus A380-800 (388)":

https://www.ana.co.jp/ja/jp/international/departure/inflight/seatmap/detail/a380.html

2) "Kids Pedia Advance: Bí mật của máy bay - Bách khoa toàn thư hình ảnh giải đố". 2016. Shogakukan.

3) Ishizuka Ryozo, Nemoto Mitsumasa/tác giả, Hiệp hội Cơ khí Nhật Bản/biên soạn "Sự kỳ diệu của dòng chảy: ABC của cơ học chất lỏng dễ hiểu qua trò chơi". 2004. Kodansha.

Giám sát: Mitsuharu Oyama

Sinh năm 1957 tại Tokyo. Tốt nghiệp thạc sĩ tại Đại học Công nghệ Tokyo. Từng là giáo viên vật lý tại trường trung học, giám đốc giáo dục tại Ủy ban Giáo dục tỉnh Chiba, hiệu trưởng trường trung học Chosei tỉnh Chiba, hiện là giáo sư tại Khoa Sư phạm Đại học Shumei, phụ trách giảng dạy và thực hành về phương pháp giảng dạy "nghiên cứu toán học và khoa học" và "giờ học tổng hợp". Ông cũng thường xuyên xuất hiện trong các chương trình thí nghiệm khoa học trên truyền hình và các lớp học thí nghiệm khoa học. Ông là cố vấn dự án của Bảo tàng Khoa học Chiba, giám đốc điều hành của Hiệp hội Giáo dục Vật lý Nhật Bản, thành viên của Hiệp hội Giáo dục Khoa học Nhật Bản và Hiệp hội Giáo dục Khoa học Tự nhiên Nhật Bản, thành viên ban biên tập tạp chí "Giáo dục Khoa học Tự nhiên" hàng tháng.

PAGETOP