560.000 kg’lık Bir Airbus A380’in Uçmasına İmkan Veren Doğa (Fizik) Kanunları
560.000 kg’lık Bir Airbus A380’in UÇMASINA İMKAN VEREN DOĞA (FİZİK) KANUNLARI
1-Sürtünme kuvveti
Temas halinde olan iki cismin veya yüzeyin birbiri üzerinden kaymasını engelleyen ve herhangi bir cismin hareketine zıt yönde ortaya çıkan etkiye sürtünme kuvveti denmektedir.
Sürtünme kuvveti bir cismi harekete geçirebilir ya da cismin hareketine karşı koyabilir.
Sürtünme kuvveti, cisimlerin yüzeyde tutunmasına yardım eden bir etkendir. Eğer sürtünme kuvveti var olmasaydı birçok yaşamsal faaliyet mümkün olmazdı. Örneğin yolda yürüyemez, bir yerde oturamaz, yemek yiyemez, yazı yazamaz ve araç kullanamazdık. Örneklerde de görüldüğü gibi her türlü hayati olayın gerçekleşmesinde sürtünme kuvvetinin etkisi vardır.
Sürtünme kuvveti iki şeye bağlıdır:
1-Sürtünen iki yüzey arasındaki etki-tepki kuvveti: Bu, bir yüzeyin diğerine uyguladığı dik kuvvettir. Ağır cisimleri itmek hafif cisimleri itmekten daha zordur.
2-Sürtünen yüzeylerin cinsi: Her yüzeyin sürtünmesi farklıdır. Yüzeyler arasındaki pürüzlü kısım ne kadar fazla ise sürtünme kuvveti de o kadar artış gösterir. Buz ve çelik arasındaki düşük sürtünme ya da lastik ile asfalt arasındaki yüksek sürtünme gibi. Bu yüzden sürtünme kuvvetinin hesaplanabilmesi için sürtünen yüzeylerin özgün bir özelliği olan sürtünme katsayısının bilinmesi gerekir.
Uçağın havalanması için ilk olarak, pist ve uçağın tekerlekleri ve komple uçak gövdesi ile hava arasındaki sürtünme kuvvetinin yenilmesi gerekmektedir. Pistte harekete başlayan uçak sürtünme kuvvetini yenmiş demektir ve uçağın inişte durması da yine sürtünme kuvvetinin etkisi ile oluşmaktadır. Uçak uçuş halinde de yine havanın sürtünme kuvveti etkisi altında uçmaktadır.
2-Kaldırma Kuvveti
Pistte harekete geçen uçakta – kanat kesidinin yapısı sebebiyle – kanat üzerinde akan hava kanadın altından akan havadan daha hızlı hareket eder.
Bernoulli prensibine göre yatay bir akış çizgisi boyunca hareket eden akışkan hızının yavaş/düşük olduğu bölgelerde basınç daha yüksek ve akışkanın hızının yüksek olduğu bölgelerde basınç daha düşüktür. Böylelikle kanadın üstünde düşük basınç, altında ise yüksek basınç oluşur.
Basıncın matematiksel ifadesi neydi ?
(P) Basınç = (F) Kuvvet/(A) Alan
Bu; kanadın alt tarafına uygulanan birim alandaki kuvvetin, kanadın üstüne uygulanan birim alandaki kuvvetten daha büyük olduğu anlamına gelir. Böylece kanatlar yukarı doğru itilmiş olur.
Ancak basınç farkları kaldırma kuvvetine katkıda bulunan tek olgu değildir. Momentumun korunumu prensibi de kaldırma kuvvetinin oluşumunda rol oynar. Kütlesi olan her hareketli nesne bir momentuma sahiptir. Uçağın içinde uçtuğu ve içinde yer değiştirdiği havanın da bir kütlesi olduğunu hatırlamak gerekir.
Momentumun korunum yasası şu şekildedir:
“Tüm çarpışmalar için, çarpışmadan önceki toplam momentum, çarpışmadan sonraki toplam momentuma eşittir”. Yani momentum değişimleri büyüklükçe eşit ve zıt yönlüdür. Bu bağıntıya göre bir sistemin toplam momentumu sabittir. Buna momentum korunumu denir.
Bir nesnenin sahip olduğu momentumun miktarı, iki fiziksel büyüklüğe bağlıdır: Kütlesi ve o gözlem çerçevesindeki hızı.
Momentum = Kütle x Hız
Uçağın bir uçuş yönüne sahip olması nedeniyle momentum da bir yön ile tanımlanır. Gelen havanın bir hızı vardır, dolayısıyla bir yöne sahiptir ancak kanatla çarpıştığında bazı hava kanadın üstünden geçerken bazısı kanadın altından geçer ve hava akışının yön değiştirmesi dolayısıyla momentumu da değişir.
Biliyoruz ki, bir sistemdeki momentum daima korunmaktadır. Yani, havanın momentumu aşağıya doğru olduğunda, momentumun korunması için kanat momentumunun yönü yukarıya doğru olur. Bu da uçakta kaldırma kuvvetinin oluşumuna ilave bir katkıda bulunur.
Momentumdan kaynaklanan bu ilave kaldırma kuvvetini artırmak ve kontrol edebilmek için pilot, uçağın kanat uçlarındaki flapları kullanarak havanın yönünü (açısını) değiştirir.
.3-Yerçekimi etkisindeki ağırlık kuvveti.
Yeryüzünde var olan her cismin bir ağırlığı vardır. Bu ağırlık her cismi aşağıya doğru çeken evrensel yer çekimi kuvvetinden (Newton prensibi) gelmektedir. Bir uçağın uçabilmesi için onu yeryüzüne çeken kuvvete (ağırlığına) karşı, ağırlığından daha fazla bir kuvvet uygulanması gerekmektedir. Havalanmış bir uçak yerçekimi etkisiyle oluşan ağırlık kuvvetini yendiği için uçmaya devam edebilmektedir.
4-Motorlardan gelen itici güç
Pervaneli uçaklarda çekme, jet motorlu uçaklarda itme şeklinde motorlardan elde edilen bu kuvvet uçağı ileri doğru hareket ettirmektedir. Sürüklenme (sürtünme) kuvveti motorun itiş veya çekiş gücü ile önlenmektedir.
Her kuvvetin kendisine zıt olarak çalışan bir kuvveti vardır. Kaldırma kuvveti Ağırlık kuvvetinin tersi yönünde hareket eder. İtme kuvveti Sürtünme kuvvetinin tersi yönünde hareket eder ve uçağa etki eden bu dört kuvvet birbirini dengelediği zaman uçak havada sabit hızla ilerler.
Bundan sonra birisi size Airbus A380 gibi yarım milyon kilogram’lık bir canavarın nasıl uçtuğunu sorduğunda, onlara uçağın doğadan esinlenerek ve 4 adet doğa kanunu (fizik kuralı) sayesinde uçtuğundan bahsedin.