Вращение Земли и сила Кориолиса
Земля — неинерциальная (вращающаяся) система отсчёта. В этой системе действуют особые силы. Одна из них — сила Кориолиса.
Эта сила влияет на все тела, движущиеся с ненулевой скоростью. Она отклоняет поток воздуха в сторону: в Северном полушарии на восток, в Южном — на запад. И из-за неинерциальной силы вес самолёта меняется в зависимости от направления маршрута. При движении с запада на восток самолёт становится легче и тратит меньше тяги на создание подъёмной силы, чем самолёт, летящий в обратном направлении. И чем меньше вес самолёта, тем выше скорость он может развить и быстрее преодолеть расстояние.
Как летают авиалайнеры
Отвечая на вопрос, почему летают самолеты, следует вспомнить закон физики. Разница давлений воздействует на подъемную силу крыла.
Поэтому, если скорость авиалайнера большая, то его крылья приобретают подъемную силу, которая толкает воздушное судно.
Еще на подъемную силу крыла авиалайнера влияют некоторые обстоятельства: угол атаки, скорость и плотность потока воздуха, площадь, профиль и форма крыла.
Современные лайнеры имеют минимальную скорость от 180 до 250 км/час, при которых осуществляется взлет, планирует в небесах и не падает.
Высота полета
Какая же предельная и безопасная высота полета самолета.
Не все суда имеют одинаковую высоту полета, «воздушный потолок» может колебаться на высоте от 5000 до 12100 метров. На больших высотах плотность воздуха минимальная, при этом лайнер достигает наименьшего сопротивления воздуха.
Двигателю лайнера необходим фиксированный объем воздуха для сжигания, потому как двигатель не создаст нужной тяги. Также, при полетах на большой высоте, самолет экономит топливо до 80% в отличие от высоты до километра.
За счет чего самолет находится в воздухе
Чтобы ответить, почему самолеты летают, необходимо поочередно разобрать принципы его перемещения в воздухе. Реактивный авиалайнер с пассажирами на борту достигает несколько тонн, но при этом, легко взлетает и осуществляет тысячекилометровый перелет.
На движение в воздухе влияют и динамические свойства аппарата, конструкции агрегатов, формирующие полетную конфигурацию.
Силы, влияющие на движение самолета в воздухе
Работа авиалайнера начинается с запуска двигателя. Небольшие суда работают на поршневых двигателях, вращающих воздушные винты, при этом создается тяга, помогающая воздушному судну перемещаться в воздушном пространстве.
Большие авиалайнеры работают на реактивных двигателях, которые в процессе работы выбрасывают много воздуха, при этом реактивная сила приводит летательный аппарат к движению вперед.
Почему же самолет взлетает и находится долгое время в воздухе? Так как форма крыльев имеет разную конфигурацию: сверху округлая, а снизу плоская, то поток воздуха с обеих сторон не одинаковый. Сверху крыльев воздух скользит и становится разреженным, а давление его меньше, чем воздух снизу крыла. Потому, посредством неравномерного давления воздуха и форме крыльев, возникает сила, приводящая к взлету самолета вверх.
Но чтобы авиалайнер мог легко оторваться от земли, ему необходимо на высокой скорости совершить разбег по взлетной полосе.
Куда летит самолет? FAQ по маршрутам авиаперелетов – FrequentFlyers.ru
Если вы часто летаете или часто наблюдаете за самолетами на сервисах вроде Flightradar 24, то наверняка задавали себе вопросы, почему самолет летит именно так, а не иначе. В чем логика? Давайте попробуем разобраться.
Почему самолет летит не по прямой, а по дуге?
Если смотреть на траекторию полета на дисплее в салоне или дома на компьютере, то она выглядит не прямой, а дугообразной, выгнутой в сторону ближайшего полюса (северного в северном полушарии, южного в южном). На самом же деле самолет на протяжении практически всего маршрута (и чем он длиннее, тем это справедливее) старается лететь именно по прямой.
Просто дисплеи плоские, а Земля круглая, и проекция объемной карты на плоскую видоизменяет ее пропорции: чем ближе к полюсам, тем более изогнутой окажется «дуга». Проверить это очень просто: возьмите глобус и натяните по его поверхности нитку между двумя городами. Это и будет кратчайший маршрут.
Если же теперь перенести линию нитки на бумагу, у вас получится дуга.
То есть, самолет всегда летит по прямой?
Самолет летит не как ему заблагорассудится, а по воздушным трассам, которые прокладываются, конечно, таким образом, чтобы минимизировать расстояние.
Трассы состоят из отрезков между контрольными точками: в их качестве могут использоваться как радиомаяки, так и просто координаты на карте, которым присвоены пятибуквенные обозначения, чаще всего легко произносимые и поэтому запоминающиеся.
Вернее, произносить их нужно побуквенно, но, согласитесь, запомнить сочетания вроде DOPIK или OKUDI проще, чем GRDFT и UOIUA.
При прокладке машрута для каждого конкретного полета используются различные параметры, в том числе тип самого самолета.
Так, например, для двухдвигательных самолетов (а они активно вытесняют трех- и четырехдвигательные) действуют нормы ETOPS (Extended range twin engine operational performance standards), которые регламентируют планирование маршрута таким образом, чтобы самолет, пересекая океаны, пустыни или полюса, находился при этом в пределах определенного времени полета до ближайшего аэродрома, способного принять данный тип ВС. Благодаря этому при отказе одного из двигателей он сможет гарантированно дотянуть до места совершения аварийной посадки. Разные самолеты и авиакомпании сертифицированы на разное время полета, оно может составлять 60, 120 и даже 180 и в редких случаях 240 (!) минут. Между тем планируется сертифицировать Airbus A350XWB на 350 минут, а Boeing-787 на 330; это позволит отказаться от четырехдвигательных самолетов даже на маршрутах вроде Сидней-Сантьяго (это самый протяженный в мире коммерческий маршрут, проходящий над морем).
Влияние реактивных потоков на полеты
Любой трансатлантический маршрут будет отличаться по продолжительности полета. Долететь из Северной Америки в Европу всегда будет быстрее, чем в обратном направлении. Это фактор влияния струйных потоков (западных ветров). С попутным ветром лететь быстрее, чем навстречу мощному воздушному течению.
Опытные летчики, летящие на восток, снижают скорость и экономят горючее. Самый сильный поток наблюдается с января по февраль. В это время разница температур между экватором и Северным полюсом достигает максимальной отметки. Именно в этот период продолжительность полета из Европы в Северную Америку будет наиболее продолжительной, а в обратном направлении самой короткой. Разница во времени может составить до полутора часов.
Как управляют самолетом?
Как управляют самолетом? Крыла и двигателей недостаточно для управляемого, безопасного и комфортного полета. Самолетом нужно управлять, при этом точность управления более всего нужна во время посадки. Летчики называют посадку управляемым падением – скорость самолета снижается так, что он начинает терять высоту. При определенной скорости это падение может быть очень плавным, приводящим к мягкому касанию колесами шасси полосы.
Управление самолетом совершенно не похоже на управление автомобилем. Штурвал пилота предназначен для отклонения вверх и вниз и создания крена. “На себя” – это набор высоты. “От себя” – это снижение, пикирование. Для того, чтобы повернуть, изменить курс, нужно нажать на одну из педалей и штурвалом наклонить самолет в сторону поворота… Кстати, на языке пилотов это называется “разворот” или “вираж”.
Интересно: Силы и частицы или фундаментальное взаимодействие — описание, фото и видео
Для разворота и стабилизации полета в хвосте самолета расположен вертикальный киль. А находящиеся под ним и над ним небольшие “крылья” – это горизонтальные стабилизаторы, которые не позволяют огромной машине бесконтрольно подниматься и опускаться. На стабилизаторах для управления имеются подвижные плоскости – рули высоты.
Для управления двигателями между креслами пилотов находятся рычаги – при взлете они переводятся полностью вперед, на максимальную тягу, это взлетный режим, необходимый для набора взлетной скорости. При посадке рычаги отводят полностью назад – в режим минимальной тяги.
Многие пассажиры с интересом смотрят, как перед посадкой задняя часть огромного крыла вдруг опускается вниз. Это закрылки, “механизация” крыла, которая выполняет несколько задач. При снижении полностью выпущенная механизация тормозит самолет, чтобы не дать ему слишком разогнаться. При посадке, когда скорость очень невелика, закрылки создают дополнительную подъемную силу для плавной потери высоты. При взлете они помогают основному крылу удерживать машину в воздухе.
Почему самолёт летит быстрее на восток чем на запад?
Главная » Техника »
Загрузка…
Вопрос знатокам: Почему лететь в США дольше чем обратно?
Лучшие ответы
Когда летим в США (вернее на Запад) , то летим против вращения Земли. Вместе с Землей вращается и воздух. Он создает дополнительное трение (препятствие) полету самолета.
А когда летим на Восток (обратно) , то летим попутно с вращением Земли (воздуха) . В этом случае дополнительного трения не создается. Скорее наоборот — попутное ускорение. Из-за этого и разница во времени перелетов.
Это явление называют «воздушный ветер».Вы сами подметили, что атмосфера вращается вместе с Землей.
туда с надеждой, обратно с отвращением
1) Земля тоже движется2) встречный ветер
На Канарские острова летел из Москвы 7 часов, а обратно 6:30
Тоже самое что и в Китай, туда ты летиш против движения земли обратно наоборот! Вот часок лишний и набегает!
А почему от понедельника до пятницы 4дня. а от пятницы до понедельника только 3 дня?
законы физики — летим по часовой стрелке
По той же, по которой перелет из Москвы во Владивосток занимает меньше времени, чем из Владивостока в Москву: на высоте 9-10 км (обычная высота таких перелетов) ветры в средних широтах дуют, преимущественно, с запада на восток.
Кажется это как-то увязано с пассатами (дуют с востока на запад) , на направление которых влияют силы Кориолиса зависящие от направления вращения Земли, но как именно все это происходит, я не знаю.
над Атлантикой ветра дуют на Востоктуда самолет летит против ветра-обратно- по ветру
И почему с запада на восток самолет летит быстрее?
То, что наша планета вращается вокруг наклонной оси с запада на восток, известно каждому школьнику. Но кто может сходу ответить, почему вращение Земли не влияет на расстояние между точками на ее поверхности? Не должно ли вращение нашей планеты «помогать» самолетам, летящим в западном направлении? Разбираемся ниже.
На самом деле ответ прост: самолет вращается вместе с Землей. Воздушные судна летают над поверхностью нашей планеты, поэтому единственное, что имеет значение, – это расстояние.
А расстояние – это физическое измерение, которое не меняется, независимо от того, в каком направлении вращается Земля. Кроме того, вместе с планетой вращается и атмосфера, в которой летит самолет. В широком смысле Землю и атмосферу можно рассматривать как единую целостную систему.
И любое тело, будь то воздушное судно, корабль, машина, человек, гепард или муравей, которое находится на Земле или над ней, будет двигаться с той же скоростью, что и поверхность нашей планеты. На экваторе эта скорость составляет около 1670 км/ч.
Так что если у вас есть дом в Сингапуре или Найроби (оба города расположены очень близко к экватору) и вы смотрите телевизор в своей гостиной, вы тоже движетесь со скоростью 1670 км/ч. Причем постоянно! А вы думали, что лежите и отдыхаете на диване?
Если разбираться в вопросе глубже, из-за вращения Земли атмосфера и все, что в ней находится, подвержены определенным физическим силам. Одна из них известна как сила Кориолиса, которая получила свое название из-за имени французского ученого Гаспара-Гюстава де Кориолиса, впервые описавшего ее в статье 1835 года.
Это эффект, при котором масса, движущаяся во вращающейся системе, испытывает силу (силу Кориолиса), действующую перпендикулярно направлению движения и оси вращения планеты. Обычно на Земле эффект заставляет перемещающиеся вдоль поверхности объекты отклоняться вправо (по отношению к направлению движения) в северном полушарии и влево – в южном.
wikipedia.org
Кроме того, эффект Кориолиса играет важную роль в формировании циклонических погодных систем. За счет него в различных частях земного шара формируются совершенно разные схемы воздушных потоков – в отличие от ветровых течений или потоков, связанных с местными погодными условиями. Эти движения ветра могут существенно влиять на скорость полета самолетов.
Это означает, что в зависимости от направления полета существует вероятность увеличения времени перелета между двумя городами, расстояние между которыми остается прежним. В результате путь из Лондона в Нью-Йорк занимает почти на час больше, чем путь из Нью-Йорка в Лондон.
В итоге можно сказать, что вращение Земли все же влияет на то, насколько «далеки» друг от друга объекты, но лишь косвенно. Движение планеты вокруг своей оси не оказывает воздействия на расстояние, которое преодолевает самолет, зато влияет на время полета воздушного судна между двумя точками на поверхности Земли.
Что влияет на взлет лайнера
При движении воздушного судна вырабатывается разница давлений на нижнюю и верхнюю стороны крыла, благодаря чему получается подъемная сила, удерживающая воздушное судно в воздухе. Т.е. высокое давление воздуха снизу толкает крыло вверх, при этом низкое давление сверху затягивает крыло на себя. В результате крыло поднимается.
Для взлета авиалайнера, ему необходим достаточный разбег. Подъемная сила крыльев увеличивается в процессе набора скорости, которая должна превысить предельный взлетный режим. Затем пилот увеличивает угол взлета, отводя штурвал к себе. Носовая часть лайнера поднимается вверх, и машина поднимается в воздух.
Затем убираются шасси и выпускные фары. С целью уменьшения подъемной силы крыла, пилот постепенно выполняет уборку механизации. Когда авиалайнер достигнет необходимого уровня, летчик устанавливает стандартное давление, а двигателям – номинальный режим. Чтобы посмотреть, как взлетает самолет, видео предлагаем просмотреть в конце статьи.
Взлет судна выполняется под углом. С практической точки зрения этому можно дать следующее объяснение. Руль высоты – это подвижная поверхность, управляя которой можно вызвать отклонение самолета по тангажу.
Рулем высоты можно управлять углом тангажа, т.е. изменять скорость набора или потери высоты. Это происходит вследствие изменения угла атаки и силы подъема. Увеличивая скорость двигателя, пропеллер начинает крутиться быстрее и поднимает авиалайнер вверх. И наоборот, направляя рули высоты вниз, нос самолета опускается вниз, при этом скорость двигателя следует уменьшать.
Хвостовая часть авиалайнера укомплектована рулем направления и тормозами на обе стороны колес.
Изобретения братьев Райт
17 декабря 1903 года братья Райт совершили первый задокументированный полёт самолёта. Полёт братьев Райт стал результатом не только многочисленных экспериментов, но и тщательных предварительных расчётов, касающихся подъёмной силы крыла и управления летательных аппаратов с её помощью. Ключевым достижением братьев Райт стала управляемость полёта.
Статья по теме
12 секунд неба. Как братья Райт научили людей летать
Их предшественники рассматривали воздушный полёт как плоскостной, аналогичный движению автомобиля или корабля по земной поверхности — только над поверхностью земли. Крен или вращение самолёта не рассматривались или считались нежелательными, которыми пилот управлять не может. В то же время братья Райт видели в этом способ абсолютного контроля над летательным аппаратом. Основываясь на своих наблюдениях, Уилбер Райт обнаружил, что птицы поворачивают влево или вправо, изменяя угол окончаний своих крыльев. Подобный способ позволил бы самолёту создавать крен в сторону поворота — как это делают птицы или мотоциклисты на повороте, а также восстановить равновесие при наклоне самолёта порывом бокового ветра (что стало причиной гибели многих первых авиаторов). В стремлении повторить этот эффект братья Райт изобрели метод перекоса крыла: перекос крыльев или их искривление увеличивает подъёмную силу на одном конце крыла, которое поднимается, начиная поворот в направлении более низкого конца. Сочетание этого метода (в т. ч. с помощью элеронов) с традиционными рулями высоты обеспечило полный контроль над летательным аппаратом и стало, по сути, началом истории современных самолётов.
В ходе экспериментов братья Райт столкнулись с тем, что существовавшие на тот момент формулы расчёта подъёмной силы крыла оказались весьма неточными. Для расчётов требовались значения коэффициента подъёмной силы, который зависит от формы крыла. Для их определения братья Райт создали аэродинамическую трубу, в которой испытали около 200 миниатюрных моделей разных крыльев. Внутри трубы находились изобретённые ими «весы» для крыльев. Это устройство позволило сделать расчёт коэффициентов подъёмной силы для каждого типа крыла.
Разница в скорости вращения Земли
Кроме того, что наша планета движется вокруг Солнца, она еще вращается вокруг своей оси. Не все точки, расположенные на Земле, вращаются с одинаковой скоростью.
Если учесть, что оборот выполняется за 24 часа, а расстояние — это, например, длина экватора составляющая немногим больше 40 тысяч километров, вернее длина его окружности, является самой продолжительной, то и скорость вращения здесь будет самой большой. Как подсчитали американцы, она будет приблизительно составлять 1667 км/ч.
В точках, расположенных на 40 градусе северной широты, где находятся американские Огайо и Колумбия, скорость вращения уже составит 792 мили в час. Если взять полюса, то их путь за 24 часа будет равен нулю, следует, что скорость вращения на них равна нулю.
Почему в одну сторону самолёт летит быстрее, а в другую — медленнее
Рейс Москва — Новосибирск длится в среднем три часа, а Новосибирск — Москва — четыре с лишним. Расстояние между городами не меняется, маршрут один и тот же. Но разница между полётами с запада на восток и наоборот достигает от получаса до нескольких часов.
Направление ветра
Плыть против течения сложнее, чем по нему. Идти, когда ветер дует прямо в лицо, тоже не так-то просто. Так и с самолётами: попутный ветер подгоняет, встречный — тормозит.
Путевая скорость самолёта зависит от направления ветра. Чаще всего он дует с запада на восток, поэтому такие полёты с попутным ветром короче, чем с востока на запад против направления ветра. К такому выводу пришли учёные из Вудсхольского института океанографии и Висконсинского университета в Мэдисоне. Их исследование опубликовано в журнале Nature Climate Change.
Крис Карнаускас (Kris Karnauskas), автор исследования, доцент кафедры геологии и геофизики Вудсхольского института океанографии
Но и здесь есть нюансы. Летать с попутным ветерком приходится, и здесь нет ничего страшного. Но в целях безопасности взлёт и посадка должны осуществляться строго против ветра. Допускается и боковой ветер, но не попутный, потому что он увеличивает необходимые для взлёта и торможения расстояния. Проще говоря, при ветре «в лоб» самолёт взлетит легче и не выкатится за пределы взлётной полосы.
