Номер 7, страница 88, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 7. Закон архимеда. Плавание тел. Параграф 67. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 7, страница 88.

Условие.

• Почему летает самолёт.

Решение.

Полёт самолёта основан на принципах аэродинамики и является результатом взаимодействия четырёх основных сил. Ключевую роль в этом процессе играет крыло, которое благодаря своей специальной форме и положению относительно воздушного потока создаёт подъёмную силу.

Четыре силы полёта

На летящий самолёт действуют четыре основные силы:

1. Подъёмная сила

Это сила, направленная вертикально вверх, которая противодействует силе тяжести и удерживает самолёт в воздухе. Она возникает при обтекании крыла потоком воздуха. Существует два основных объяснения её возникновения, которые дополняют друг друга:

- Принцип Бернулли: Крыло самолёта имеет специальный аэродинамический профиль: верхняя поверхность более выпуклая, чем нижняя. Из-за этого воздух, обтекающий крыло сверху, вынужден проходить больший путь за то же время, а значит, движется с большей скоростью, чем воздух под крылом. Согласно закону Бернулли, чем выше скорость потока жидкости или газа, тем ниже в нём давление. В результате над крылом создаётся область пониженного давления, а под крылом — повышенного. Эта разница давлений создаёт силу, выталкивающую крыло вверх.

- Третий закон Ньютона: Крыло расположено под некоторым углом к набегающему потоку воздуха (этот угол называется углом атаки). Обтекая крыло, воздушный поток отклоняется его нижней поверхностью вниз. В соответствии с третьим законом Ньютона («действие равно противодействию»), отбрасываемый вниз воздух толкает крыло в противоположном направлении, то есть вверх.

Величина подъёмной силы ($\text{Y}$) описывается формулой:

$Y = C_y \cdot \frac{\rho V^2}{2} \cdot S$

где $C_y$ — коэффициент подъёмной силы (зависит от формы профиля крыла и угла атаки), $\rho$ (ро) — плотность воздуха, $\text{V}$ — скорость самолёта относительно воздуха, $\text{S}$ — площадь крыла.

2. Сила тяжести

Это сила, с которой Земля притягивает самолёт. Она всегда направлена вертикально вниз к центру Земли. Для того чтобы самолёт летел на постоянной высоте (в горизонтальном полёте), подъёмная сила должна уравновешивать силу тяжести.

3. Сила тяги

Это сила, которая движет самолёт вперёд. Она создаётся двигателями (винтовыми или реактивными), которые отбрасывают массу воздуха или раскалённых газов назад, толкая самолёт вперёд. Сила тяги необходима для разгона и для преодоления сопротивления воздуха.

4. Сила лобового сопротивления

Это сила, которая препятствует движению самолёта и направлена против его движения. Она возникает из-за трения воздуха о поверхность самолёта и из-за турбулентности, создаваемой при обтекании его форм. Для полёта с постоянной скоростью сила тяги должна быть равна силе лобового сопротивления.

Как самолёт управляет полётом?

Полёт — это постоянный баланс четырёх сил:

• Взлёт: Двигатели работают на полную мощность, сила тяги значительно превышает силу сопротивления. Самолёт разгоняется, скорость растёт, и вместе с ней растёт подъёмная сила. Когда подъёмная сила становится больше силы тяжести, самолёт отрывается от земли.
• Горизонтальный полёт: Силы сбалансированы. Подъёмная сила равна силе тяжести, а сила тяги равна силе сопротивления. Самолёт летит с постоянной скоростью и на одной высоте.
• Набор высоты: Пилот увеличивает тягу двигателей и/или угол атаки, чтобы подъёмная сила стала больше силы тяжести.
• Снижение и посадка: Пилот уменьшает тягу двигателей, сила сопротивления начинает преобладать, скорость падает. Уменьшение скорости ведёт к уменьшению подъёмной силы, и самолёт начинает снижаться.

Ответ: Самолёт летает благодаря подъёмной силе, которая создаётся на его крыльях при движении с большой скоростью. Эта сила возникает из-за особой выпуклой формы крыла (профиля) и его наклона (угла атаки), которые создают разницу в давлении воздуха над и под крылом. Двигатели создают силу тяги, которая толкает самолёт вперёд, преодолевая сопротивление воздуха и обеспечивая скорость, необходимую для возникновения подъёмной силы. Полёт является результатом сбалансированного взаимодействия этих сил с силой тяжести и силой сопротивления воздуха.