Fire krefter i balanse

Hvert luftfartøy, fra et papirfly til et passasjerfly, blir dyttet og trukket av de samme fire kreftene. En kraft måles i newton (N), og hver kraft tegnes som en pil.

• Vekt (W) trekker luftfartøyet ned mot jordas sentrum. Den er masse ganger gravitasjon: W = m × g, der g = 9,81 m/s². Et lett fly på 1 000 kg har en vekt på 9 810 N.
• Løft (L) er kraften fra luften på vingen vinkelrett på luftstrømmen. I horisontal flyging betyr det oppover.
• Skyvekraft (T) er kraften som en propell eller jetmotor skyver fremover med.
• Luftmotstand (D) er luften som motvirker bevegelsen. Den peker bakover, langs luftstrømmen.

Både løft og luftmotstand kommer av at luften presser på luftfartøyet. Vekten skyldes at jorda trekker. Skyvekraften kommer fra motoren. Legg merke til at motoren ikke holder flyet oppe. Det er vingens oppgave.

Balanse betyr jevn flyging. Newtons første lov sier at et objekt fortsetter å bevege seg med konstant fart når kreftene på det blir null til sammen. Et luftfartøy som flyr vannrett med jevn fart, har derfor:

• L = W (opp er lik ned), og
• T = D (fremover er lik bakover).

Ingenting er "til overs", så ingenting endrer seg. Hvis kreftene ikke er like, gjelder Newtons andre lov: nettokraft = masse × akselerasjon. Tenk deg at leketøysflyet på 1 000 kg har 200 N mer skyvekraft enn luftmotstand. Nettokraften fremover er 200 N, så a = 200 / 1 000 = 0,2 m/s². Flyet øker farten, sakte til å begynne med, helt til den økende luftmotstanden tar igjen skyvekraften og kreftene igjen er i balanse ved en høyere fart.

Den samme logikken gjelder opp og ned. Hvis løftet er større enn vekten, blir luftfartøyet presset oppover, og flybanen bøyer seg opp. Hvis løftet er mindre, bøyer den seg ned.

Hvor store er tallene? Forholdstallet mellom løft og luftmotstand, L/D, forteller hvor effektivt en vinge bærer vekten sin. I jevn, horisontal flyging er L = W og T = D, så T = W / (L/D). Det lille flyet i dette kurset har et best mulig L/D på omtrent 12,5 (du får se hvorfor i leksjon 3). Da får vi:

T = D = 9 810 N / 12,5 ≈ 785 N, altså bare omtrent 8 prosent av tyngden. Et fly er en svært effektiv måte å flytte vekt på fordi vingen bærer den. Et helikopter som står stille i luften, har ingen slik hjelp: Rotoren må lage en skyvekraft som er lik hele tyngden (Verden 5).

Stigning og synking. I en jevn stigning heller flybanen med en vinkel γ. Nå må motoren også trekke flyet oppover mot en del av tyngden: T = D + W sin γ. Ved en stigning på 5° er W sin 5° ≈ 9 810 × 0,087 ≈ 855 N ekstra skyvekraft. Når flyet glir uten motor, trekker den samme delen av tyngden flyet framover i stedet. Dette skal du bruke i Verden 6.

Dette kurset er undervisning. Det forklarer fysikken bak flyging, slik at fly blir lettere å forstå. Det er ikke flyopplæring, og det er ikke en bruksanvisning for noe fly. Ekte piloter lærer av godkjente instruktører og fra håndboken til flyet de flyr. Tallene bruker et forenklet modellfly, så de vil ikke stemme nøyaktig med noen ekte flytype.