کلمات "هوانوردی" و "هواپیمایی" تا دهه 20. قرن 20 مترادف بودند همه چیز در آغاز قرن گذشته تغییر کرد. هوانوردی با کمک وسایل سبک تر از هوا و هوانوردی - پرواز در هواپیماها حرکت نامیده می شود. یعنی کشتی هایی که از هوا سنگین ترند. در این مقاله تاریخچه هوانوردی، فیزیک این فرآیند را با جزئیات در نظر خواهیم گرفت.
چرا بالون بلند می شود
به یاد بیاورید جسم غوطه ور در مایع تحت چه شرایطی شناور می شود. اگر چگالی آن کمتر از چگالی مایع باشد. همین امر در مورد گاز، به ویژه هوا نیز صدق می کند. یک بالون (آئروستات) در صورتی که گاز سبکتر (در مقایسه با هوا) در داخل پوسته آن وجود داشته باشد بلند می شود. بالون همچنین به سمت بالا شناور می شود، اگرچه نیروی گرانش وارد بر پوسته مانع از آن می شود.
بیایید نیروهای وارد بر توپ را فهرست کنیم. اول، گرانش پوسته است. دوم گرانش گاز است. گاز داخل توپ نیز دارای جرم است، به این معنی که گرانش نیز بر آن تأثیر می گذارد. فرض کنیم این دو نیرو در کنار هم نیستندقادر به غلبه بر نیروی ارشمیدسی است که روی گاز از هوا تأثیر می گذارد. اگر چنین است، بالون می‌تواند بلند شود و بار را بلند کند.
بالابر
بیایید مفاد کلیدی فیزیک هوانوردی را در نظر بگیریم. اگر بادکنک را به زمین ببندیم به سمت بالا کشیده می شود و طناب را با نیرویی به نام لیفت می کشیم. برای محاسبه آن، باید وزن گاز را به همراه پوسته از نیروی ارشمیدس کم کنید. وزن مجموع گرانش پوسته و گرانش گاز است. نیروی ارشمیدس برابر است با حاصل ضرب چگالی هوا، شتاب سقوط آزاد و حجم توپ.
نیروی بالابر بیشتر است، پوسته سبک تر است. هر چه بزرگتر باشد، حجم توپ بزرگتر و اختلاف بین چگالی هوا و چگالی گاز بیشتر است. بنابراین، اگر می خواهید حداکثر بالابر را داشته باشید، بالون باید با سبک ترین گاز پر شود. این هیدروژن است. با این حال، یک مشکل وجود دارد: بسیار قابل اشتعال است، به خصوص هنگامی که با اکسیژن مخلوط شود. بنابراین، اغلب بادکنک ها با هلیوم باد می شوند.
بالون
بالون دستگاهی است که با گاز سبک پر می شود. عکس یک بالون هوای گرم را نشان می دهد که برای مطالعه آب و هوا استفاده می شود. این به اصطلاح کاوشگر بالون است. با هلیوم پر شده است، یک فرستنده رادیویی از پایین به حالت تعلیق درآمده و اطلاعاتی در مورد دما، فشار، رطوبت هوا در ارتفاعات مختلف ارسال می کند. بالن در هواشناسی استفاده می شود.
می توان وسایل حمل و نقل هوایی ساخت که هم نسبتاً ایمن و هم بسیار ارزان هستند و نه به هیدروژن نیاز دارند و نه هلیوم.به جای این گازها، پوسته با هوای معمولی، اما گرمتر پر می شود. چنین بالونی توسط فرانسوی ها، برادران مونتگولفیر اختراع شد. این رویداد عالی بود! شکل اولین بالون هوای گرم را نشان می دهد. آتشی از پایین روشن شد، هوای گرم پوسته را پر کرد و توپ به سمت بالا اوج گرفت. در ارتفاع معینی از بلند شدن باز ایستاد. برای ادامه صعود، بالاست از دستگاه رها شد. اگر فرود آمدن لازم بود، آتش را پایین می آوردند.
Stratostat
در ارتفاعات بسیار بالا، چگالی هوا کاهش می یابد. در نتیجه، نیروی بالابر نیز کاهش می یابد. چگونه می توان آن را افزایش داد؟ باید حجم را افزایش داد، بنابراین وسایل نقلیه هوانوردی که بسیار بالا به استراتوسفر می روند بسیار بزرگ هستند. به چنین کشتی‌هایی استراتوستات می‌گویند.
اخیراً یک ورزشکار افراطی رکوردی را به نام خود ثبت کرد: او بر روی یک بالن استراتوسفر تا ارتفاع 39 کیلومتری صعود کرد و در سقوط آزاد از سرعت صوت فراتر رفت. این فلیکس باومگارتنر است. عکس استراتوستاتی را نشان می دهد که او استفاده کرده است. ابعاد آن حدود 100 متر است که متناسب با ارتفاع مجسمه آزادی است. هواپیما با 85 هزار متر مکعب 3 هلیوم پر شده است، به اصطلاح گوندولا در زیر، جایی که مسافر در آن قرار دارد، معلق است.
کشتی هوایی
فیزیک هوانوردی را در نظر بگیرید. بالون و بالون استراتوسفر در جایی که باد می وزد حرکت می کند. هوانوردان باتجربه می دانند که باد در ارتفاعات مختلف متفاوت است. بنابراین ارتفاع بادکنک را طوری تنظیم می کنند که باد در جایی که می خواهند بوزد. اگر نیاز دارید از نقطه A به نقطه B حرکت کنیدصرف نظر از باد، باید یک ملخ مخصوص مانند هواپیما با دستگاه تطبیق داده شود، که به حرکت در جهت درست کمک می کند. به چنین وسیله ای کشتی هوایی می گویند. به عنوان یک قاعده، اینها سیستم های بسیار بزرگی هستند. دستگاه با هلیوم پر شده است، یک گوندولا در زیر آن وصل شده است و یک ملخ در زیر آن قرار دارد. کابل هایی که از پایین کشتی هوایی آویزان می شوند برای محکم کردن آن روی زمین استفاده می شوند.
یکی از معروف ترین کشتی های هوایی جهان توسط آلمانی ها در اوایل دهه 30 ساخته شد. قرن بیستم، "گندنبورگ" نامیده شد. سرنوشت این دستگاه تا حدودی شبیه سرنوشت تایتانیک است. او یک کشتی غیرعادی راحت بود. طول آن حدود یک چهارم کیلومتر بود. حدود 100 نفر در هواپیما قرار گرفتند. کشتی هوایی با 4 موتور نیرو می گرفت.
6 مه 1937، کشتی دچار حادثه شد. باید منحصراً با هلیوم پر می شد و در آن زمان هلیوم فقط در ایالات متحده موجود بود. از آنجایی که این دوران حکومت هیتلر بود، آمریکایی‌ها قاطعانه از فروش گاز به نازی‌ها خودداری کردند. کشتی هوایی پر از هیدروژن بود. اقدامات احتیاطی فوق العاده برای جلوگیری از آتش سوزی انجام شد. در هنگام فرود، هوا پیش از طوفان بود و میدان الکتریکی شدیدی در هوا وجود داشت. این کشتی هوایی از آلمان (فرانکفورت) به نیویورک و در سراسر اقیانوس اطلس پرواز کرد. هنگامی که او کاشته شد، جرقه ای بلند شد، به دلیل نشت هیدروژن، کشتی هوایی آتش گرفت. از 97 مسافر، 35 نفر جان باختند و یک نفر دیگر روی زمین کشته شد.
اولین گام های هوانوردی در کشور ما: کمی تاریخ
درباره هوانوردی در روسیهدر زمان کاترین دوم آموخت. فرستاده او در فرانسه اختراع برادران مونتگولفیر را اعلام کرد.
این احساس توسط روزنامه های روسی تکرار شد و بعداً کتابی منتشر شد که اصل بالون را توضیح می داد. اویلر، یکی از اعضای آکادمی علوم در سن پترزبورگ آن را خواند. او فیزیک هوانوردی را مطالعه کرد و اولین بالن را طراحی کرد. پس از تنها پرواز این دستگاه، کاترین دوم با فرمان خود، هوانوردی را به دلیل خطر آتش سوزی ممنوع کرد. برای نقض این فرمان، 20 روبل جریمه در نظر گرفته شد.
در زمان کاترین دوم، هیچ کس این فرمان را نقض نکرد، اما زمانی که اسکندر اول بر کشور حکومت کرد، بالون دوباره پرواز کرد. این اتفاق در مسکو افتاد، بالون توسط فردی به نام ترزی کنترل می شد. او بالن سواری را مانند یک سیرک ترویج می کرد و از آن پول زیادی به دست آورد.
در سال 1803، هوانورد معروف گارنرین و همسرش به روسیه دعوت شدند. آنها قابلیت‌های بالون را به تماشاگران شگفت‌زده نشان دادند، از جمله امپراتور الکساندر اول.
استفاده از دستگاه در علم و امور نظامی
گارنرین قبل از اینکه دانشمندان به هوانوردی علاقه مند شوند بیش از یک پرواز نمایشی انجام داد. آکادمی علوم یکی از اعضای خود به نام زاخاروف را برای انجام مشاهدات جوی به پرواز فرستاد. آکادمیسین وسایل اندازه گیری و معرف های زیادی را با خود برد. با توجه به اینکه بالون خیلی بزرگ نبود، برای به دست آوردن ارتفاع، نه تنها بالاست، بلکه بسیاری از لوازم، مواد غذایی وحتی یک دمپایی.
در سال 1812، در دربار امپراتور، آنها مطمئن بودند که ناپلئون با این وجود به جنگ روسیه خواهد رفت. تصمیم گرفتیم از این هواپیما برای مقاصد نظامی استفاده کنیم. کار بر روی ساخت کشتی هوایی آغاز شد. 150 نجار و آهنگر تله کابین را ساختند، در حالی که خیاطان روی پوسته کار می کردند. کشتی هوایی دارای یک سکان برای تغییر ارتفاع پرواز و همچنین پاروهایی برای مانور بود. تله کابین دریچه ای برای انداختن مین روی دشمن داشت. متأسفانه، هواپیما هرگز عمل نکرد.
