Dengedeki dört kuvvet

Her uçak, bir kâğıt uçaktan yolcu uçağına kadar, aynı dört kuvvet tarafından itilir ve çekilir. Bir kuvvet newton (N) cinsinden ölçülür ve her biri bir okla gösterilir.

• Ağırlık (W), uçağı Dünya'nın merkezine doğru aşağı çeker. Kütle çarpı yerçekimidir: W = m × g, burada g = 9,81 m/s². 1.000 kg'lık hafif bir uçağın ağırlığı 9.810 N olur.
• Kaldırma kuvveti (L), hava akışına dik açıyla kanada etki eden kuvvettir. Yatay uçuşta bu, yukarı doğru demektir.
• İtki (T), pervaneden veya jet motorundan gelen ileri doğru itmedir.
• Sürükleme kuvveti (D), havanın harekete karşı koymasıdır. Hava akışı boyunca geriye doğru yönelir.

Kaldırma kuvveti ve sürükleme kuvveti, havanın uçağa itme uygulamasından kaynaklanır. Ağırlık, Dünya'nın çekmesidir. İtkiyi motor oluşturur. Motorun uçağı havada tutmadığına dikkat et. Bu, kanadın görevidir.

Denge, sabit uçuş demektir. Newton'un birinci yasasına göre, bir cisme etki eden kuvvetlerin toplamı sıfır olduğunda cisim sabit hızla hareket etmeyi sürdürür. Bu yüzden sabit süratle yatay uçan bir uçakta:

• L = W (yukarı doğru kuvvet aşağı doğru kuvvete eşittir) ve
• T = D (ileri doğru kuvvet geriye doğru kuvvete eşittir).

Geriye "arta kalan" hiçbir şey yoktur; bu yüzden hiçbir şey değişmez. Kuvvetler eşit değilse, Newton'un ikinci yasası devreye girer: net kuvvet = kütle × ivme. Oyuncak 1.000 kg'lık uçağın itkisinin sürükleme kuvvetinden 200 N daha büyük olduğunu varsayalım. İleri doğru net kuvvet 200 N'dir, yani a = 200 / 1.000 = 0,2 m/s². Uçak, önce yavaşça hızlanır; artan sürükleme kuvveti itkiye yetişene ve kuvvetler daha yüksek bir süratte yeniden dengelenene kadar bu böyle devam eder.

Aynı mantık yukarı ve aşağı yönde de geçerlidir. Kaldırma kuvveti ağırlıktan büyükse uçak yukarı doğru itilir ve uçuş yolu yukarı doğru kıvrılır. Kaldırma kuvveti daha küçükse uçuş yolu aşağı doğru kıvrılır.

Sayılar ne kadar büyük? Kaldırma kuvvetinin sürükleme kuvvetine oranı olan L/D, bir kanadın kendi ağırlığını ne kadar az itkiyle taşıdığını gösterir. Sabit yatay uçuşta L = W ve T = D olduğundan T = W / (L/D) olur. Bu kurstaki oyuncak hafif uçağın en iyi L/D değeri yaklaşık 12,5'tir (nedenini 3. derste göreceksin). O hâlde:

T = D = 9.810 N / 12,5 ≈ 785 N, yani ağırlığın yalnızca yaklaşık 8 yüzdesi. Bir uçak, ağırlığı hareket ettirmek için çok verimli bir araçtır; çünkü onu kanat taşır. Havada asılı duran bir helikopterin böyle bir yardımı yoktur: rotoru, tüm ağırlığına eşit bir itki üretmelidir (Dünya 5).

Tırmanma ve alçalma. Sabit bir tırmanışta uçuş yolu γ açısıyla eğimlidir. Bu durumda motor, ağırlığının bir kısmına karşı uçağı yokuş yukarı çekmek zorundadır: T = D + W sin γ. 5°'lik bir tırmanış için W sin 5° ≈ 9.810 × 0,087 ≈ 855 N ek itki gerekir. Motor kapalıyken yapılan süzülüşte ise ağırlığın aynı kısmı uçağı öne doğru çeker. Bunu Dünya 6'da kullanacaksın.

Bu kurs eğitim amaçlıdır. Uçakların nasıl çalıştığını anlaman için uçuş fiziğini açıklar. Uçuş eğitimi değildir ve herhangi bir uçağın kullanım talimatı değildir. Gerçek pilotlar, sertifikalı eğitmenlerden ve kullandıkları uçağın el kitabından öğrenir. Sayılar basitleştirilmiş bir oyuncak uçak kullanır; bu nedenle herhangi bir gerçek uçak modeliyle tam olarak uyuşmaz.