Empat daya dalam keseimbangan

Setiap pesawat, daripada kapal terbang kertas hingga pesawat penumpang, ditolak dan ditarik oleh empat daya yang sama. Daya diukur dalam newton (N), dan setiap satunya dilukis sebagai anak panah.

• Berat (W) menarik pesawat ke bawah menuju ke pusat Bumi. Berat ialah jisim didarab dengan graviti: W = m × g, dengan g = 9.81 m/s². Sebuah pesawat ringan seberat 1,000 kg mempunyai berat 9,810 N.
• Daya angkat (L) ialah daya udara pada sayap pada sudut tepat dengan aliran udara. Dalam penerbangan mendatar, ini bermakna ke atas.
• Tujahan (T) ialah tolakan ke hadapan daripada kipas atau enjin jet.
• Seretan (D) ialah rintangan udara terhadap pergerakan. Arah daya ini ialah ke belakang, sepanjang aliran udara.

Daya angkat dan seretan kedua-duanya datang daripada udara yang menolak pesawat. Berat ialah tarikan Bumi. Tujahan datang daripada enjin. Perhatikan bahawa enjin tidak menahan pesawat di udara. Itulah tugas sayap.

Keseimbangan bermaksud penerbangan yang stabil. Hukum pertama Newton menyatakan bahawa objek terus bergerak dengan halaju malar apabila jumlah daya yang bertindak ke atasnya ialah sifar. Jadi, pesawat yang terbang mendatar pada laju yang tetap mempunyai:

• L = W (ke atas sama dengan ke bawah), dan
• T = D (ke hadapan sama dengan ke belakang).

Tiada apa-apa yang "tersisa", jadi tiada apa-apa berubah. Jika daya-daya itu tidak sama, hukum kedua Newton pula terpakai: daya bersih = jisim × pecutan. Katakan pesawat mainan seberat 1,000 kg mempunyai tujahan 200 N lebih besar daripada seretan. Daya bersih ke hadapan ialah 200 N, jadi a = 200 / 1,000 = 0.2 m/s². Pesawat itu semakin laju, perlahan-lahan pada mulanya, sehingga seretan yang meningkat menyamai tujahan dan daya-daya itu kembali seimbang pada laju yang lebih tinggi.

Logik yang sama digunakan untuk pergerakan ke atas dan ke bawah. Jika daya angkat lebih besar daripada berat, pesawat ditolak ke atas dan laluan penerbangannya melengkung ke atas. Jika daya angkat lebih kecil, laluan itu melengkung ke bawah.

Seberapa besar nombornya? Nisbah angkat kepada seretan, L/D, menunjukkan betapa mudahnya sayap membawa beratnya. Dalam penerbangan mendatar yang stabil, L = W dan T = D, jadi T = W / (L/D). Pesawat ringan mainan dalam kursus ini mempunyai L/D terbaik kira-kira 12.5 (anda akan melihat sebabnya dalam pelajaran 3). Maka:

T = D = 9,810 N / 12.5 ≈ 785 N, iaitu hanya kira-kira 8 peratus daripada berat. Pesawat ialah cara yang sangat cekap untuk menggerakkan berat kerana sayap yang membawanya. Helikopter ketika berlegar tidak mendapat bantuan seperti itu: rotornya mesti menghasilkan tujahan yang sama dengan seluruh beratnya (Dunia 5).

Menanjak dan menurun. Dalam pendakian yang stabil, laluan penerbangan condong pada sudut γ. Kini enjin juga mesti menarik pesawat mendaki melawan sebahagian daripada beratnya: T = D + W sin γ. Untuk pendakian 5°, W sin 5° ≈ 9,810 × 0.087 ≈ 855 N tujahan tambahan. Dalam luncuran dengan enjin dimatikan, bahagian berat yang sama menarik pesawat ke hadapan. Anda akan menggunakan perkara ini dalam Dunia 6.

Kursus ini adalah untuk pendidikan. Kursus ini menerangkan fizik penerbangan supaya pesawat mudah difahami. Kursus ini bukan latihan penerbangan dan bukan arahan pengendalian untuk mana-mana pesawat. Juruterbang sebenar belajar daripada pengajar bertauliah dan manual pesawat yang mereka terbangkan. Nombor-nombor ini menggunakan pesawat mainan yang dipermudahkan, jadi nilainya tidak akan sepadan tepat dengan mana-mana jenis pesawat sebenar.