Fizyka przejawia się w naszym codziennym życiu na każdym kroku. Niestety, przez ubogie polskie szkolnictwo, nauka ta kojarzy nam się tylko z magnesami i zsuwającymi klockami. Wiele osób nie jest świadome tego, że maszyny, takie jak np. samoloty poruszają się w głównej mierze dzięki tej dziedzinie. Zauważyłam ten fakt podczas rozmów ze znajomymi, także chciałabym rozwiać Wasze wątpliwości i przedstawić wpływ fizyki na środki transportu.
Ludzi najbardziej zastanawia to, jakim cudem tak potężne maszyny jak statki powietrzne czy morskie bezproblemowo poruszają się w swoim środowisku. Np. prom Independence of the Seas, który waży 154407 ton, swobodnie dryfuje po oceanie, ale kiedy do wody wrzucimy kamień, to pójdzie na dno. Zajmijmy się jednak na początek środkami latającymi. Siła grawitacji oddziałuje oczywiście na wszystko wokół nas. Statki powietrzne nie są wyjątkami, gdyż lecąc, znajdują się w polu grawitacyjnym. Co w takim razie sprawia, że maszyny te utrzymują się w powietrzu? Za to odpowiedzialna jest
siła nośna. Aby powstała, należy spełnić kilka ważnych warunków. Jeden z nich to nachylenie skrzydeł ku masom powietrza. Powietrze, które naciera na tę część samolotu, zmienia pęd na kierunek prostopadły do ruchu. Dzięki temu, siła nośna odpycha powietrze w dół. Kolejny warunek związany jest z III zasadą dynamiki Newtona. W dużym skrócie, zasada ta polega na tym, że 2 ciała działają na siebie z tą samą wartością ale z przeciwnymi zwrotami. Skrzydła przetwarzają duże ilości powietrza w dół i dzięki temu, maszyna unosi się do góry.
Trzecie kryterium to opływanie przez atmosferę skrzydeł statku powietrznego. Nie jest on jednak aż tak ważny we współczesnym lotnictwie jak wymienione wcześniej czynniki. Płat samolotu otaczany jest przez powietrze z góry i dołu. Warto zauważyć, że droga nad skrzydłem jest dłuższa, niż ta na dole, dzięki czemu powietrze porusza się szybciej. W fizyce, mieszanina gazów, która ma większą prędkość, ma również mniejsze ciśnienie. Co się z tym wiąże? Substancja, która jest wolniejsza (w tym przypadku ta pod skrzydłem) naciska mocniej na płaty samolotu.
Jak więc widać, skrzydła są jednym z najważniejszych elementów w działaniu statku powietrznego i to właśnie one wchodzą w interakcje z prawami fizyki.
Skoro omówiliśmy sobie działanie siły nośnej w przypadku tej maszyny, to zajmijmy się teraz transportem kosmicznym.
Rakieta napędzana jest mieszaniną paliwa i utleniacza, (np. ciekły tlen i nafta) która wtryskiwana jest do komory silnika. Następnie, w komorze dochodzi do gwałtownego spalania substancji i dzięki temu wytwarzane są gazy, które wypływają z dyszy z bardzo dużą szybkością. Można zaobserwować
zasadę zachowania pędu, ponieważ gdyby pomnożyć średnią prędkość cząsteczek (w fizyce oznaczaną jako v) z masą paliwa połączonego z utleniaczem, (oznaczenie- m) to zauważymy, że jest równa wartości pędu skierowanego do tyłu. Maszyna dzięki temu może uzyskać pęd skierowany do przodu, oczywiście z tą samą wartością. Tak więc rakieta działa również na zasadzie
zjawiska odrzutu. Jej masa zmniejsza się podczas unoszenia w górę, ponieważ pozbywa się ona gazów wylotowych. Lotowi nie sprzyja niestety
siła tarcia. Hamuje ono rakietę i rozgrzewa ją do wysokich temperatur.
Przeniesiemy się teraz na ziemię, gdzie przedstawię wam fizykę w transporcie drogowym. Przede wszystkim warto wspomnieć o
tarciu. Zjawisko to można zaobserwować chociażby podczas hamowania. Tarcie zależne jest od rodzaju trących powierzchni, jednak nie wpływa na niego ich wielkość. Wspomniałam o tym, ponieważ czasami, mylnie uważa się, że montując w aucie większe hamulce tarczowe, zmniejsza się dzięki temu drogę hamowania. Pomimo, że tarcie jest elementem niezbędnym do działania samochodu, to tak jak w przypadku rakiety- nie zawsze nam sprzyja, bo to właśnie jest przyczyną zdzierania się łożyska czy opon.
Omawiając ostatni środek transportu w tym wpisie odpowiemy sobie na pytanie: dlaczego statek nie tonie? Jak już wspomniałam na samym początku- wielkie maszyny zawsze budziły zainteresowanie, jak to się dzieje, że unoszą się na wodzie. Jest to kwestia
wyporności. (największe statki mają wyporność ponad 100 000 ton) Określa się przez ten termin wodę, która jest wypychana przez zanurzoną jednostkę pływającą. Może jednak być ona zatopiona do znaku wolnej burty, który widzicie poniżej:
Warto poznać
prawo Archimedesa, które reguluje siłę wyporu. Mówi, że wartość tej siły jest równa ciężarowi wypartej wody. Ciało będzie pływało, dopóki siła wyporu będzie większa niż ciężar ciała. Normalne statki nie są zanurzone w całości, dzięki czemu jeśli zostanie przeładowany, to nie pójdzie od razu na dno. To ze względu na utrzymany "zapas". Jednak każda osoba pracująca na pokładzie takiej maszyny wie, że nie warto lekceważyć przeładowania, bo nieraz doszło już do katastrofy na tle zbyt dużego ciężaru.
A czy Wy znacie jakieś prawa fizyki, które wpływają na działanie maszyn?
Kontakt: maszynyokiemdziewczyny@wp.pl
Źródła:
Repetytorium maturzysty- fizyka/ greg
Trzeba przyznać jedno- podczas II wojny światowej Amerykanie nie próżnowali pod względem lotnictwa. Wybudowali wiele maszyn, których jak się później okazało, było zdecydowanie za dużo. Podczas konfliktu zbrojnego były one niezwykle potrzebne, jednak po jego zakończeniu- nieszczególnie. Część statków powietrznych włączono do czynnej służby, natomiast resztę należało gdzieś "przechować". I to nie byle gdzie! Przed potencjalnym terenem stawiano wiele wymagań. Już od początku zadecydowano, że musi być to otwarta przestrzeń. W końcu żaden budynek nie pomieści kilku tysięcy samolotów.
