Как летают бумажные самолетики?

24 Апр
2013

Все мы делали самолетики из бумаги, некоторые отлично летали, другие сразу падали. Но даже лучшие модели были лишены очевидных аэродинамических деталей, например крыльев, на которые действует подъемная сила. В сущности, лучше всех летали самолеты, у которых вообще не было крыльев. Каким образом? Действительно ли они летают, как настоящие самолеты, или здесь мы имеем дело с другим принципом?

Что понадобится:

  • листы бумаги формата А4;
  • безветренное открытое пространство (предпочтительно спортивный зал, но подойдет и сад в тихий день);
  • натренированная рука.

Что делать? Сложите из бумаги самолетик привычным вам способом: большинство людей предпочитает летательные аппараты типа «Конкорд» или дельтовидные, с длинным хвостом, но у вас наверняка есть свои пристрастия. Запустите самолетик, посмотрите, как он летает. Можно отрегулировать длину и размер крыльев, а также общую форму. Если прежде вы никогда не делали бумажные самолетики и даже если ваше изделие летает безупречно, попробуйте воспользоваться нашими советами. Благодаря им можно изготовить самолет, обладающий наилучшими характеристиками. Надеемся, данный опыт убедит вас в том, что даже лист бумаги формата А4 способен взлететь.

Что можно наблюдать? Ваш самолет взлетит, а если нет, испробуйте наш способ. Одни самолеты описывают широкие петли, другие сразу клюют носом, третьи летят по прямой, пока не падают на землю. Запаситесь терпением, и у вас в конце концов появится летательный аппарат, способный довольно долго держаться в воздухе.

Что происходит? Даже камень обладает некоторыми , аэродинамическими свойствами, если как следует бросить его; вдобавок вспомните, как далеко умеют бросать металлические ядра опытные толкатели. Полеты бумажных самолетов подчиняются второму закону Ньютона: сила (в данном случае подъемная) равна скорости изменения количества движения. Иными словами, самолетик летит тем быстрее и дольше, чем сильнее будет бросок, за исключением случаев, когда что-то (чаще всего трепещущий клочок бумаги в носовой части или болтающиеся опущенные крылья) создает сопротивление и замедляет продвижение самолетика вперед.

Лист бумаги невозможно зашвырнуть так же далеко, как маленький камушек, имеющий такой же вес: все дело в сопротивлении, сочетании сопротивления воздуха и турбулентности. Сопротивление воздуха, вызванное его вязкостью, пропорционально площади поперечного сечения лобовой части самолета, иначе говоря, зависит от того, насколько велик нос самолета, если смотреть на него спереди. Турбулентность — результат действия вихревых воздушных потоков, образующихся вокруг самолета. Она пропорциональна площади поверхности самолета, обтекаемая форма значительно снижает ее.

Для бумажного самолетика длинные крылья бесполезны, поскольку они обвисают и не могут сопротивляться сгибающему воздействию подъемной силы, утяжеляют самолетик и увеличивают сопротивление. Вот почему короткие крылья эффективнее. Лишний вес мешает самолету лететь далеко, и этот вес, как правило, создают крылья, а наибольшая подъемная сила возникает в области крыла, ближайшей к осевой линии самолета. Следовательно, крылья должны быть очень короткими.

Еще один ключевой фактор, который следует принять во внимание, — угол, под которым самолет движется вперед. Воздух должен ударяться о нижнюю поверхность крыльев и отклоняться вниз, обеспечивая действие соответствующей подъемной силы на самолет. Если самолет расположен не под углом к направлению движения и его нос не приподнят вверх, подъемная сила не возникает. У самолета, похожего на бумажный дротик, большая часть веса смещена назад, это означает, что задняя часть опущена, нос приподнят и действие подъемной силы гарантировано. Она уравновешивает дротик, позволяя ему лететь. Именно поэтому — за исключением случаев, когда подъемная сила слишком велика, в результате чего самолет резко взмывает вверх и падает, — бумажные дротики летают лучше, чем самолетики, сделанные из бумаги, но похожие на настоящие.

P.S. Представленное на изображении описание конструкции бумажного самолетика и любопытные объяснения публикуем далее. Испытывая этот самолетик Марка наряду с другими, мы обнаружили, что первый держится в воздухе на 25% дольше самолетиков более привычной конфигурации. Еще один результат наших опытов — острое раздражение других сотрудников, пытавшихся продолжать работу.

Идеальный самолетик должен быть длинным и узким, суживающимся к носу и хвосту, как стрела, со сравнительно малой площадью поверхности для своего веса. Обладающий этими характеристиками самолетик пролетает большее расстояние.

Кроме того, если бумага сложена так, что нижняя поверхность самолетика ровная и горизонтальная, подъемная сила будет действовать на него по мере снижения и увеличивать дальность полета. Как мы уже отмечали, подъемная сила возникает при ударе воздуха о нижнюю поверхность самолета, который летит, слегка приподняв нос.

У традиционного самолета длинные узкие крылья ближе к середине основной части уравновешены маленькими горизонтальными крыльями ближе к хвосту. Бумаге недостает прочности для таких сложных конструкций, она легко гнется и сминается, особенно в процессе запуска. Это означает, что бумажные крылья теряют аэродинамические характеристики и создают сопротивление. Самолетик традиционной конструкции — обтекаемый и довольно прочный аппарат, его дельтовидные крылья дают стабильное скольжение, однако они сравнительно велики, создают избыточное торможение и могут потерять жесткость.

На схеме показано, как можно преодолеть эти трудности. Маленькие и более прочные подъемные поверхности в форме дельтовидных крыльев сделаны из двух или нескольких слоев сложенной бумаги, они лучше сохраняют форму при скоростном запуске. Их можно сложить так, чтобы на верхней поверхности образовалась небольшая выпуклость, увеличивающая подъемную силу, как на крыле настоящего самолета. Вдобавок прочно сложенная конструкция имеет массу, которая увеличивает момент при запуске, но без существенного роста сопротивления.

Если передвинуть дельтовидные крылья вперед и уравновесить подъемную силу длинным плоским телом самолета, имеющим V-образную форму ближе к хвосту, которая препятствует боковым движениям (отклонениям) в полете, можно сочетать в одной конструкции наиболее ценные характеристики бумажного самолетика.

И наконец, выступ из сложенной бумаги на нижней поверхности под носом самолетика можно использовать как держатель при запуске.


 

Комментарии:

наверх