Почему самолет летит прямо если земля круглая
У большинства людей существует стойкое представление о том, что Земля является плоской. Однако, уже с древних времен мы знаем, что наша планета имеет форму шара. Но почему же самолеты не «падают» с Земли, а летают прямиком в заданном направлении? Этот вопрос интересует людей уже не одно столетие.
Ответ на этот вопрос кроется в физике. Основным физическим принципом, объясняющим, почему самолет летит прямо, является закон инерции, согласно которому тело, движущееся равномерно и прямолинейно, сохраняет эту скорость и направление движения до тех пор, пока не появится действующая на него внешняя сила.
Понимание того, что Земля является шаром, позволяет пилотам и инженерам правильно прокладывать маршруты и вычислять необходимую для полета высоту. В этой статье мы рассмотрим основные физические принципы, позволяющие самолету лететь прямо при круглой Земле, а также разберем, какие факторы влияют на движение самолета в воздушном пространстве.
Кривизна Земли и линия прямого полета
Кривизна Земли — это геометрическое свойство поверхности Земли, при котором она имеет форму приближенно равную геоида. Это означает, что поверхность Земли является кривой, а не плоской.
Однако, при полете на больших расстояниях по кратчайшей дистанции, скорость самолета и угол наклона его траектории притушивают восприятие кривизны Земли. Самолет летит прямо по заданной линии, поэтому кривизна поверхности Земли не ощущается.
Для наглядного представления кривизны Земли и ее влияния на линии прямого полета, можно представить профиль Земли, наложив его на карту мира. Также для определения кратчайшего расстояния между точками на поверхности Земли используют формулы эллипсоида, который является приближением геоида.
Таким образом, при полетах на большие расстояния, линия прямого полета является кривой, которая приближается к поверхности геоида. Однако, для пилотов и пассажиров она выглядит как прямая линия, благодаря скорости самолета и соответствующему углу наклона траектории полета.
Гравитация и ее влияние на полет
Гравитация – это сила притяжения, которая действует между объектами. В контексте полета самолетов, гравитация играет важную роль. Она определяет траекторию полета, высоту, скорость и направление.
Чтобы самолет мог лететь, ему необходимо преодолеть силу тяжести, т.е. силу притяжения Земли. Для этого самолет должен создать подъемную силу, которая превосходит силу тяжести. Если подъемная сила меньше, чем сила тяжести, самолет начнет падать вниз. Если подъемная сила равна силе тяжести, самолет будет лететь на постоянной высоте.
При полете самолета, гравитация влияет на его скорость. Чем выше самолет, тем меньше гравитация действует на него. Это позволяет самолету развивать более высокие скорости. Однако, при этом он теряет подъемную силу и может начать падать вниз.
Для управления полетом и компенсации влияния гравитации, самолет имеет специальное оборудование – автопилот. Он контролирует полет, поддерживая заданные высоту, скорость и направление. В случае необходимости, пилот может вмешаться и изменить настройки.
Таким образом, гравитация играет важную роль в полете самолетов. Правильно понимая ее влияние, можно осуществлять безопасный и комфортный полет.
Атмосфера и изменение траектории полета
Атмосфера является важным фактором, влияющим на траекторию полета самолета. Воздух в атмосфере имеет разную температуру, плотность и скорость движения, что может приводить к изменению траектории полета.
При взлете самолет должен преодолеть силы сопротивления, создаваемые атмосферой. При этом пилоты учитывают погодные условия и метеорологические данные, чтобы определить наилучшую траекторию полета.
Во время полета самолета атмосфера может влиять на его движение, создавая силы, направленные по разным осям. Например, атмосферные турбулентности могут вызывать колебания, искажения или даже потерю устойчивости самолета.
Для борьбы с такими эффектами пилоты используют системы автоматической коррекции траектории полета или выполняют ручную корректировку. Эти системы учитывают параметры атмосферы, такие как скорость ветра, давление и температуру, чтобы поддерживать стабильность и безопасность полета.
Таким образом, атмосфера является основным фактором, влияющим на траекторию полета самолета. Ее параметры и условия могут изменяться в разных точках земли, поэтому пилоты должны учитывать эти факторы при планировании полета и корректировке его траектории во время полета.
Почему самолет не подруливает вниз, если Земля шарообразная?
То что самолет во время полета не делает поправку на кривизну планеты, явно свидетельствует, что Земля плоская. Так это или нет?
Всё просто в данном случае..
Самолёту не нужно ничего "подруливать", за него это делает гравитация..
Ну примерно это можно увидеть на примере лестницы многоэтажки..
Когда мы поднимаемся по ступенькам мы должны затратить энергию для преодоления силы тяжести..
И чем больше ступенек преодолеваем, тем больше энергии надо..
Эта энергия равна mgh..
И это чувствуется всем телом и особенно ногами, если забраться на 10 этаж, то ноги будут гудеть, особенно с непривычки..
Самолёт всё время прижимает гравитация к земле..
Гравитацию компенсирует подъёмная сила крыла..
Это как будто к самолёту привязана эластичная резиновая верёвка..
Он может подниматься выше, но верёвка растягивается и тянет вниз..
Эта "верёвка" привязана к центру Земли и тянет самолёт к себе, самолёт, чтобы не упасть с помощью крыльев преодолевает это усилие, Земля не даёт самолёту лететь прямо, а тянет к себе и этот самолёт повторят кривизну Земли.. Чтобы лететь всё время прямо самолёту нужно постоянно увеличивать подъёмную силу, но эта подъёмная сила здесь только для того, чтобы не упасть из-за гравитации..
А вот космическая ракета на маршевом участке всё время тратит энергию на подъём и летит прямо.. И тем не менее и она, если энергии двигателей не хватит вылетит и всё равно будет летать вокруг Земли как спутник её..
И здесь опять гравитация..
Самолет не подруливает потому, что по отношению к Земле самолет в масштабе как мельчайшая пылинка по отношению, скажем к слону. Бока у слона имеют тоже некоторую кривизну, если уж слон не точно шарообразный, то по крайней мере общую его поверхность тела или какую-то отдельную часть (живот, например и бока) можно назвать сферической.
Потому пылинка, садясь на слона "не подруливает". Он для нее фактически плоскость.
И самолет при посадке на землю тоже не подруливает, потому что соотношение величин еще более контрастное. И в точке посадки Земля для самолета — плоскость. Или почти плоскость. С огромным радиусом кривизны.
Кроме того, установит летчик высоту полета и силы гравитации будет держать самолет как за ниточку привязанный на одной и той же высоте, а рулежка почти и не нужна.
С высоты, на которой летают самолеты, убедиться, что земля имеет форму шара, можно только теоретически, Земля предстает шаром только из космоса. А вот плоской Земли никто не видел, ни из самолета, ни из космического аппарата. Если бы Земля была плоская, то кругосветные плавания на кораблях были невозможны.
А в этом нет нужды, ведь на самолет не прекращает действовать гравитация. Иначе говоря, на любой высоте выше поверхности земли самолет по прежнему притягивается к земле, и для преодоления этого притяжения нужно прикладывать немалые усилия.
Это вы просто не летчик и не в курсе. Конечно же "подруливает". Но это происходит автоматически. Уже на этапе проектирования заложена "поправка на шарообразность", буквально, несколько долей миллиметра вниз. На малых расстояниях, 100 — 1000 километров, это незаметно. А на большие расстояния самолеты не летают — топлива не хватает, приходиться садиться на дозаправку и "все настройки обнуляются", условно говоря. И это если еще погода безветренная и нет воздушных ям. А иначе самолет так бросает верх-вниз на сотни метров, что всякие "поправки" на пару метров бесполезны.
Хорошая аналогия на эту тема, почему водитель управляет обеими колесами одновременно, а не каждым колесом в отдельности, ведь дорога неровная. А вот потому! Водителю будет неудобно и тяжело крутить двумя рулями одновременно. Поэтому у машины сделано так называемое "развал-схождение", чтобы машина ехала ровно. То есть, колеса не прямо стоят, а на несколько градусов (миллиметров) скошены вперед и наружу. Но вы наверное и не водитель, коль задаете такой вопрос.
Самолёт летает в атмосфере земли и на него в каждый момент его полёта в каждой точке воздействует сила притяжения земли. То есть относительно земли он летит вполне себе в одной плоскости. А в космических масштабах он летит по дуге, равноудаленно от земли, но разноудаленно относительно планет или звёзд, если предположить, что они в космосе неподвижны. В массштабах земной системы координат их движением можно принебречь.
Чтобы самолёту вырваться с этой дуги и преодолеть притяжение земли ему необходима первая космическая скорость, примерно 8 километров в секунду, или восемь махов. Так что теоретически какой-нибудь супер-пупер реактивный самолёт вполне может улететь за пределы земной атмосферы если не будет "подруливать"
Почитайте книгу Павлюк Ю.С. — "Баллистическое проектирование ракет". Стр. 28. Цитата: ". считается, что земля плоская, не вращается. Ускорение силы тяжести с высотой не меняется". При расчете точки попадания предметов балистики (коими являются межконтинентальные баллистических ракеты) НЕ ПРИМЕНЯЮТСЯ поправки на кривизну и вращение земли.
Научный форум dxdy
Задачка про полёты самолётов над круглой землёй
Будучи далёким от науки ввязался в спор с человеком, утверждающим, что земля плоская.
И вот в разговоре мне привели вот такую задачку. Что на неё ответить не знаю. Но чувствую, что в ней что-то есть.
Самолёт летит над океаном строго по прямой линии строго по экватору. Достигнув высоты в 1 км и скорости 1000 км в час (например это может быть истребитель Су-35) самолёт полностью блокирует всю механизацию крыльев в положении горизонтального полёта. Автопилот выключен. Пилот ничего не предпринимает. Т.е. механизация никак не меняется. Вес самолёта пустого 19 тонн. С топливом в начале пути пусть будет 24 тонны.
На какой высоте над океаном строго по вертикали окажется самолёт через 1 час полёта. Ну или через 30 минут, если вдруг выяснится что час он так не сможет лететь.
Человек утверждает, что самолёт поднимется на несколько километров.
И что если земля круглая, то ему придётся постоянно корректировать полёт. Что ему ответить. Где ошибается? Чую что не прав, а вот доказать не могу.
Рецепт один: будучи далёким от науки человеком, не ввязывайтесь в такие споры.
У всего на свете, и у технических устройств, и у любых природных величин при измерении, есть погрешность . В том числе, и в положении «механизации крыльев в положении горизонтального полёта». Не говоря о том, что у неё есть ещё и какой-то люфт, позволяющий немного сдвигаться туда-сюда. Когда лётчику надо набрать высоту за секунды, эта погрешность не сильно видна и не мешает. Но когда самолёту надо лететь час, то именно эта погрешность, и случайность в пределах погрешности, и будет определять результат. Самолёт может как улететь вверх, так и впилиться в землю.
В реальности для горизонтального полёта недостаточно «заблокировать механизацию крыльев». Необходима система автоматического управления . Она сравнивает высоту полёта, измеряемую приборами (высотомер чаще всего основан на измерении атмосферного давления; впрочем, сегодня можно и по GPS ориентироваться), с желаемой высотой, и если самолёт ушёл вверх или вниз, подправляет его полёт рулями высоты.
Это ещё не говоря о том, что по мере исчерпания топлива самолёт будет становиться легче, и баланс силы тяжести с подъёмной силой изменится; и о других каких-то факторах.
К сожалению, только общая логика и эрудиция. С формулами беда, потому и прошу о помощи. Вдруг, кому интересно.
Это более или менее понятно. Но и задачка чётка. Механизация в положении «горизонтальный полёт». Т.е. есть необходимый для поддержания такого полёта угол атаки. Не меняя угла атаки, даже при люфтах (что в случае с Су-35 явно малы) сваливаться самолёт не начнёт. И должен набирать высоту, так как из-за искривления земли начнёт, по идее, увеличиваться угол атаки, т.е. увеличиваться подъёмная сила.
Вот и хочется чтобы люди знающие подсказали, как оно будет. Люфты, всё же примем за минимальные. Всё же задачка теоретическая. Про искривление.
Почему самолет летает
Почему самолет летает? Вопрос может показаться детским. Но попробуйте на него ответить, с большой долей вероятности ответ будет неправильным.
Потому, что на самом деле вопрос сложнее чем кажеться, да и правильных ответов может быть больше чем один.
Полет на самом деле очень сложный процесс, несмотря на то, что птицы и насекомые это делают миллионы лет, люди научились совсем недавно.
Аэродинамика простыми совами
Самолеты и вертолеты летает потому, что у него есть крылья. Несущий винт вертолета — это тоже крыло, просто оно вращается.
Крыло, это любая аэродинамическая поверхность которая создает подъемную силу. Эта сила создаться только в движении, когда поток воздуха обдувает крыло.
Чтобы самолет набрал достаточную скорость для создания подъемной сили ему нужен двигатель.
Верхняя честь крыла больше по площади, чем нижняя. Если разрезать его будет видно что верхняя кромка длиннее чем нижняя. Это главное, что нужно знать о крыле.
Воздух проходит над верхней частою быстрее чем над нижней. Там он ускоряется.
Тот же эффект можно наблюдать в любом ручье или речке, если русло сужается, поток воды ускоряется. С потоком газа все обстоит также.
Так как воздух движется быстрее, его давление меньше. Ведь давление, это ударение молекул газа, а если поток движутся быстрее молекулы ударяться реже.
Итак, над крылом давление меньше, под крылом давление больше. Значит крыло будет двигаться в сторону меньшего давления — вверх. Это и будет подъемная сила которую создает крыло. Именно благодаря своей несиметричности.
Градиент давления, чем «теплее» цвет, тем выше давление. Самое высокое перед крылом, самое низкое над крылом
Все написанное выше, очень упрощенное изложение закона Бернулли.
На самом деле все не так. Это упрощенное объяснение физики процесса.
По-настоящему все намного сложнее, но для того, чтобы понять реальный процесс нужно как минимум закончить профильный факультет хорошего университета. Поэтому и упрощенно.
Иначе прийдеться объяснять про градиент давление и фактически опровергать все то, что сказано выше.
Главное, суть никак не измениться, для того чтобы понимать почему возникает подъемная сила крыла нужно понимать только то что над крылом давление ниже.
Увеличить подъемную силу можно несколькими способами.
- Лететь быстрее. Чем выше скорость, тем выше разница в давлении и тем выше подъемная сила. Но и сопротивление будет выше.
- Увеличит угол атаки*. То есть поднять нос самолета и так еще больше увеличить «кривизну» крыла
- Изменит само крыло. Например, выпустить закрылки (изменит кривизну и увеличить площадь) или изменить угол стреловидности, если у вашего самолета крыло с изменяемым углом стреловидности
*Угол атаки — это угол между крылом самолета и направлением потока и хордой крыла. Простыми словами, во время взлета самолет «задирает нос» но двигается паралельно земле, а не летит вверх. В этот момент угол атаки больше, чем во время горизонтального полета.
Угол атаки принято обозначать греческой буквой «альфа»
Итак, самолет летит, потому, что крыло создает подъемную силу. У вертолета тоже есть крыло, это его несущий винт. Подъемная сила винта вертолета создается точно так же как и у крыла самолета, только у вертолета винт вращается, а у самолета крыло неподвижное.
Почему самолет летает. Физика полета
Это немного другой вопрос. Почему самолет летает и не падает. Потому, что подъемная сила больше ли равна весу самолета.
Вес, это сила которая тянет самолет вниз, подъемная сила — тянет вверх. Когда подъемная сила больше веса — самолет набирает высоту, когда меньше — снижается. Если силы равны — летательный аппарат летит горизонтально.
Кажеться просто, но на самом деле силы действующее на самолет все время меняются.
Например, с увеличением скорости смещается аэродинамический фокус (то есть точка приложения всех результирующих подъемных сил), а точка в которой сосредоточен вес самолета остается там же. Это приводит к тому, что создаться пикирующий момент, самолет «клюет носом».
Силы действующие на самолет: фокус подъемной силы и вес самолета сосредоточены в разных точках
При приближении к скорости звука этот эффект становится заметным и опасным.
Вес тоже меняется, ведь двигатели вырабатывают топливо и самолет становится легче.
Сильно отличается полет во время горизонтального полета и взлета и посадки. Для того, чтобы увеличить подъемную силу и взлететь пилот увеличивает угол атаки и выпускает закрылки, ведь скорость во время взлета.
Для того чтобы управлять полетом или балансировать самолет обычно используется вертикальное горизонтальное оперение (хвост) и элероны на крыле. Впрочем существуют аэродинамические схемы где горизонтальное оперение размещено не ссади, а спереди (схема «утка»), хвоста вообще нет (схема безхвостка) или нет ни хвоста ни фюзеляжа, весь самолет это крыло (схема летающее крыло).
Но крыло у самолета есть всегда, только благодаря ему он и летает.
И чаще всего крыло одно! Большинство современных самолетов — монопланы, у них одно крыло. Два крыла у биплана, например у Ан-2 «Кукурузник».
Почему самолет летает на высоте 10 км
Самолеты летают на той высоте, где это наиболее выгодно. Это может быть и 10 и 11 километров, нечемно выше или немного ниже. Некоторые боевые самолеты могут забраться на высоту 30 а то и 30 километров, но обычно летают примерно там же где и пассажирские лайнеры.
Дело в том что на этой высоте воздух достаточно плотный чтобы создавать подъемную силу крыла и обеспечивать кислородом сгорание топлива в двигателе и, одновременно, достаточно разреженный чтобы создавать минимально возможное лобовое сопротивление.
Чем ниже лобовое сопротивление, тем большую скорость можно развить и тем меньше будет расход топлива.
Высота в 10 километров просто оптимальная висота для экономичного полета современного турбореактивного двигателя. раньше, когда самолеты имели поршневые двигатели, они летали гораздо ниже.
Почему самолет не летает по прямой
Это как посмотреть. Относительно воздуха самолет в горизонтальном полете летит, конечно прямо. А вот относительно земли — нет.
Так как земля не плоская самолет летит по дуге. Например если он выдерживает высоту в 10 000 метров над землей постоянно, он на самом деле летит на прямо а паралельно дуге. Поэтому скорость самолета проще измерять в узлах, а не в километрах в час.
Один узел, это тоже самое что и миля в час, где «навигационная» миля это длинна дуги равная одной минуте экватора.
Что касается направления полета. То самолеты тоже иногда не летят прямо из точки A в точку B. Хотя казалось бы чего проще, ведь в небе дорог и препятствий нет, можно летать прямо…
Причин может быть несколько, это и облет каких-то неблагоприятных с точки зрения безопасности мест и требование безопасности при полете над океаном, самолет должен иметь возможность при аварии одного двигателя добраться до запасного аэродрома за 180 минут (ETOPS-180).
И просто необходимость захода на посадку на определенный аэродром, ведь не все взлетной посадочные полосы в мире параллельны.
Почему самолет летает, а крыльями не машет?
Ему это не нужно. Птицы тоже не всегда машут крыльями, только в случае, когда им нужно разогнаться или взлететь. У самолета для этого есть двигатель. Зато постоянно машут крыльями насекомые, но об разнице между насекомыми и птицами, поговорим немного позже.
Создать самолет машущий крыльями конечно, пытались, но такая конструкция получаться менее эффективной. Самолет, машущий крыльями называется Орнитоптер или Энтомоптер. Первый наследует механику полета птиц, второй — насекомых.
В книге Дюна Френка Герберта рассказано об орнитоптерах, а в фильме Дюна — показаны как раз Энтомоптеры.
Орниоптер из фильма Дюна на самом деле энтомоптер. Он летает как стрекоза, а не как птица.
Обычно орнитоптеры делают очень маленькими, просто потому, что аппарат размером с самолет просто не летает, он слишком тяжелый. Единственный махолет который смог поднять в воздух человека был без двигателя, этот самолет махал крыльями за счет мускульной силы человека, двигатель для такого летательного аппарата был слишком тяжелым.
Дело в том, что у птиц взмах крыла происходит в результате сокращения мышц, у самолета мышц нет, и чтобы повторить движение крыла птицы требуется сложный механизм, а это лишний вес. С другой стороны у птиц нет реактивных двигателей или пропеллеров, с ними они летали бы лучше.
Единственный действительно летающий махолет
Также, чем больше движущихся частей, тем чаще механизм будет ломаться, а у машущего крыла нагрузки будут огромными. Поэтому для самолета лучше иметь неподвижное крыло и двигатель, чем «учится» махать крыльями как птицы. У птиц ведь крыло гибкое и эластичное.
Летательный аппарат на фото выше, например, имеет только 1 подвижный сегмент, и тот раположен подальше от корня крыла, чтобы снизить нагрузку на механизм.
Самая большая летающая птица — кондор. Ее весь максимально достигает 15 килограмм. Сравните с массой самолета, измеряемой в тоннах. Более тяжелые птицы, просто не летают. Сделать большой махолет если не невозможно, то гораздо сложнее чем классический самолет или вертолет.
То же касается и энтомоптеров. Крыло насекомого гораздо меньше, чем требуется самолету для полета. Нельзя просто взять и увеличит насекомое до размеров самолета, нет материалов которые выдержат нагрузку на крыло такого летательного аппарата.
BionicOpter робот стрекоза весит всего 175 грамм, сделать существенно крупнее не получается
В итоге, то что хорошо для живой природы малопригодно для машин, и наоборот.
Аэродинамическое качество махолета находится в пределах 10-12 единиц, тогда как у пассажирского самолета Боинг 737 это 15, а у планеров часто больше 50.
Что же касается реальных образцов махающих крыльями летательных аппаратов, то они обычно создаются в небольших размерах, что не позволяет им переносить нм грузы ни людей. Возможно в будущем человечество изобретет материалы которые позволят либо увеличить прочность, либо снизить массу конструкции (либо и то и другое).