Номер 3, страница 200 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 5. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 56. Воздухоплавание. Темы докладов - номер 3, страница 200.

Условие.

Решение.

Полет самолета — это результат сложного взаимодействия нескольких физических сил и принципов. Основной силой, которая позволяет самолету преодолевать гравитацию и подниматься в воздух, является подъемная сила.

1. Четыре основные силы полета

На самолет в полете действуют четыре основные аэродинамические силы:

• Сила тяги ($F_{тяги}$) — создается двигателями (реактивными или винтовыми) и толкает самолет вперед.
• Сила лобового сопротивления ($F_{сопр}$) — сила сопротивления воздуха, которая направлена против движения самолета.
• Сила тяжести ($F_{тяж}$) — сила притяжения Земли, направленная вертикально вниз.
• Подъемная сила ($F_{под}$) — создается крыльями и направлена вертикально вверх, противодействуя силе тяжести.

Для равномерного горизонтального полета необходимо, чтобы сила тяги была равна силе сопротивления ($F_{тяги} = F_{сопр}$), а подъемная сила была равна силе тяжести ($F_{под} = F_{тяж}$). Для взлета подъемная сила должна быть больше силы тяжести.

2. Создание подъемной силы

Ключевым элементом в создании подъемной силы является крыло самолета, имеющее специальную форму — аэродинамический профиль. Этот профиль, как правило, более выпуклый сверху и более плоский снизу. Возникновение подъемной силы объясняется двумя основными физическими принципами, которые дополняют друг друга.

а) Принцип Бернулли

Когда самолет движется вперед, воздушный поток обтекает крыло сверху и снизу. Из-за выпуклой формы верхней части крыла, воздух, проходящий над крылом, вынужден преодолеть большее расстояние за то же время, что и воздух, проходящий под крылом. Следовательно, скорость воздушного потока над крылом ($v_{верх}$) становится выше, чем скорость потока под крылом ($v_{низ}$).

Согласно закону Бернулли, в тех областях, где скорость потока жидкости или газа выше, давление ниже, и наоборот. Таким образом, над крылом создается область пониженного давления ($P_{верх}$), а под крылом — область повышенного давления ($P_{низ}$).

Эта разница давлений ($ \Delta P = P_{низ} - P_{верх} $) создает силу, направленную из области высокого давления в область низкого, то есть вверх. Эта сила и есть подъемная сила. Ее можно рассчитать по формуле:

$ F_{под} = \Delta P \cdot S $

где $\text{S}$ — площадь крыла.

б) Третий закон Ньютона

Крыло самолета расположено под небольшим углом к набегающему потоку воздуха (этот угол называется углом атаки). Благодаря этому и своей форме, крыло отбрасывает поток воздуха вниз. Согласно третьему закону Ньютона, на каждое действие есть равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Отбрасывая массу воздуха вниз, крыло испытывает со стороны воздуха реакцию — силу, направленную вверх. Эта сила также вносит свой вклад в общую подъемную силу.

3. Роль двигателей

Двигатели создают силу тяги, которая разгоняет самолет. Без достаточной скорости не будет и набегающего потока воздуха, необходимого для создания подъемной силы на крыльях. Таким образом, двигатели не поднимают самолет вверх напрямую, а обеспечивают ему горизонтальную скорость, благодаря которой крылья могут "работать" и создавать подъемную силу.

Ответ: Самолет летает благодаря подъемной силе, возникающей на его крыльях при движении с большой скоростью. Специальная выпуклая форма крыла (аэродинамический профиль) заставляет воздух обтекать его сверху быстрее, чем снизу. Согласно закону Бернулли, это создает зону пониженного давления над крылом и зону повышенного давления под ним. Разница давлений порождает силу, выталкивающую крыло вверх. Этот эффект дополняется третьим законом Ньютона, так как крыло отбрасывает воздух вниз, а воздух в ответ толкает крыло вверх. Необходимую для этого скорость самолету придают двигатели, создающие силу тяги.