Jak działa samolot

Samolot znajduje się zawsze w polu grawitacyjnym na Ziemi lub w jej pobliżu. A więc zawsze działa na niego siła grawitacji skierowana w dół. Aby mógł latać, musi dodatkowo działać na niego siła podnosząca go w górę. Jest to tzw. siła nośna.

Jak powstaje siła nośna? Podczas ruchu ciała w płynie (cieczy lub gazie) działa na ciało siła aerodynamiczna, która ma 2 składowe:

równoległą do kierunku ruchu – tzw. siła oporu ośrodka działająca hamująco.

prostopadłą do kierunku ruchu – tzw. siła nośna wynikająca z ewentualnej różnicy ciśnień pomiędzy częścią górną ciała a jego częścią dolną.

W przypadku samolotu mamy do czynienia z ruchem skrzydeł względem powietrza. Skrzydło nacina powietrze pod takim kątem, że przy jego dolnej powierzchni powietrze płynie wolniej i zagęszcza się i tam ciśnienie jest większe niż przy powierzchni górnej. Większe ciśnienie na spodzie skrzydła niż na jego wierzchu jest równoważne wypadkowej sile skierowanej do góry, działającej na całą powierzchnię skrzydła. Jest to właśnie siła nośna.

Jeśli samolot ma wznieść się w górę przy starcie, to siła nośna, skierowana w górę, musi mieć wartość przewyższającą wartość siły grawitacyjnej.
Kiedy samolot osiągnie już pułap, na którym następuje przelot, to siły: grawitacyjna i nośna równoważą się, „kasują się”. Wtedy to samolot utrzymuje się na stałej wysokości, bo nie ma wypadkowej siły skierowanej ani w górę ani w dół.
Podczas lądowania siła nośna ustępuje nieco swoją wartością sile grawitacyjnej i następuje kontrolowany ruch samolotu w dół, w kierunku lotniska.

Konstruktorzy samolotów starają się znaleźć takie kąty natarcia skrzydła na powietrze i taki jego kształt, aby minimalizować siłę oporu i maksymalizować siłę nośną. To drugie to po prostu maksymalizacja wartości współczynnika Cz (przy danej prędkości samolotu i powierzchni jego skrzydeł) we wzorze na siłę nośną:

F_z = ½ C_z Sρv²

gdzie: Fz - wartość siły nośnej, Cz - współczynnik siły nośnej zależny od kształtu skrzydła i jego kąta natarcia, S - powierzchnia skrzydła, v - prędkość samolotu w powietrzu, ρ - gęstość powietrza.

Helikopter wznosi się na podobnej zasadzie co samolot. Łopatki kręcącego się wirnika, dzięki odpowiedniemu kątowi nachylenia i kształtowi, wytwarzają siłę nośną, która podnosi helikopter w górę.