Uçaklar Nasıl Uçuyor, Tonlarca Ağırlık Nasıl Havada Süzülüyor?
Uçaklar nasıl uçuyor? Her gördüğümüzde belki de cevabını merak ettiğimiz bir soru olarak karşımıza çıkıyor. Böylesine büyük ve ağır makineleri havada süzülürcesine uçabilmesini izlemek gerçekten etkileyicidir. Bu yazımızda, uçakların nasıl uçabildiğini detaylarıyla birlikte inceleyeceğiz.
Uçaklar Nasıl Uçuyor?
Uçakların uçabilmesi, Bernoulli’nin prensibi ve Newton’un hareket yasaları dahil olmak üzere bir dizi fiziksel prensibe dayanır.
Uçakların uçmalarını sağlayan temel prensipler ilk başlarda karmaşık gelse de, bu prensiplerin ne işe yaradığını fark ettikçe nasıl uçabildiklerini kolayca anlayacaksınız.
Uçakların Temel Uçma Prensibi
Devasa motorlarına bakıp doğrudan bir ilişki kurulsa da, uçaklar aslında motorları sayesinde uçmazlar. Uçakları asıl uçuran ve havada kalmasını sağlayan şeyler bir tutam fizik kuralının bir arada uygulanmasıdır.
Uçakların motorları, beklenildiği gibi itme kuvveti sağlar. Ancak, bu itme kuvveti tek başına uçakların havada süzülmesi için yeterli değildir.
Bir cismin havada kalabilmesi için kaldırma kuvvetinin yer çekimi kuvvetinden daha büyük olması gerekmektedir. Eğer havanın kaldırma kuvveti yer çekimi kuvvetinden daha küçük olursa, cisim havalanamaz.
Yalnızca kuvvetler birbirine eşit olduğunda uçak havada kalabilir. Ancak uçağın yükseltilmek istenmesi durumunda, kaldırma kuvvetinin artırılması gerekmektedir. Balonlardaki yükün atılmasıyla yukarıya doğru uçması buna güzel bir örnektir.
Peki, bu yapılanlar uçakları uçurmak için yeterli midir? Tabii ki hayır. Uçakların uçuşunu gerçekleştirebilmek için üstesinden gelinmesi gereken başka problemler de bulunmaktadır.
Uçakların temel uçma prensibi, dört ana kuvvetin dengelenmesine dayanır. Bu dört kuvvetin dengelenmesi, uçakların uçmasını ve havada kalmasını sağlar. Bu kuvvetler:
- Kaldırma kuvveti (lift force)
- İtme kuvveti (thrust force)
- Sürtünme kuvveti (drug force)
- Yer çekimi kuvveti (gravitational force)
Kaldırma Kuvveti
Kaldırma kuvveti, uçağın kanatlarının şekli ve hava akışı ile oluşur. Kanatlar genellikle airfoil şeklindedir, yani üst yüzeyi alt yüzeyinden daha uzundur.
Yukarıdaki resimde de görüleceği üzere bu şekil, hava moleküllerinin kanadın üstünden altına göre daha hızlı hareket etmesini sağlar. Hızlı hareket eden hava, Bernoulli prensibine göre daha düşük basınç oluşturur. Bu basınç farkı, uçağı yukarı doğru iten kaldırma kuvvetini oluşturur.
İtme Kuvveti
İtme kuvveti, uçağın ileri doğru hareket etmesini sağlar. Bu kuvvet genellikle jet motorları veya pervaneler tarafından sağlanır.
Motorlar, hava ve yakıtı karıştırıp yakarak gazları hızla arka tarafa doğru iterek uçağı ileriye doğru hareket ettirir. Newton’un üçüncü hareket yasası, her eylemin bir tepkime oluşturduğunu belirtir. Bu durumda, gazların arka tarafa doğru itilmesi, uçağın ileriye doğru hareket etmesine neden olan bir tepki oluşturur.
Sürtünme Kuvveti
Sürtünme, uçağın ileri hareketine karşı koyan bir kuvvettir. Bu kuvvet, hava direnci ve uçağın motorlarının çalışmasından kaynaklanan iç sürtünme nedeniyle oluşur. Uçakların uçabilmesi adına itme kuvvetinin, sürtünme kuvvetinden daha büyük olması gerekir.
Yer Çekimi Kuvveti
Ağırlık, yerçekimi nedeniyle uçağın aşağı doğru çekilmesine neden olan kuvvettir. Uçakların uçabilmesi için kaldırma kuvvetinin, yer çekimi kuvvetinden daha büyük olması gerekir.
Uçağa Nasıl Yön Verilir?
Uçaklar, havada büyük bir hızla hareket ederler ve bu nedenle tonlarca ağırlıktaki bu araçlara yön vermek oldukça önemlidir.
Uçağa yön vermek, uçağın kontrol yüzeylerinin kullanılmasıyla gerçekleşir. Bu kontrol yüzeyleri, uçağın yatay ve dikey eksende hareket etmesini sağlar. Bunlar:
- Aileronlar
- Dümen (Rudder)
- Asansör (Elevator)
Bu kontrol yüzeylerinin her biri, hava akışını etkileyerek uçağın üzerindeki kaldırma kuvvetini değiştirir. Bu da uçağın farklı yönlere dönmesini sağlar.
Pilotlar, uçağın hızını ve yüksekliğini kontrol etmek için sadece kontrol yüzeylerini değil, aynı zamanda motorların gücünü ve iniş takımlarını da ayarlarlar.
Motor gücü, uçağın hızını ve ivmesini etkileyerek uçuş performansını kontrol etmeye yardımcı olur. İniş takımları ise uçağın iniş ve kalkış esnasında tekerleklerin açılıp kapanmasını sağlar ve yere temas ederken sürtünmeyi kontrol ederek uçağın güvenli bir şekilde yerleşmesini sağlar.
Tüm bu unsurlar, pilotların uçakları hassas bir şekilde yönlendirmesini ve uçuş performansını kontrol etmesini sağlar.
Aileronlar
Aileronlar, uçağın kanatlarının arka kenarında bulunan hareketli parçalardır. Uçağın “roll” hareketini kontrol ederler, yani uçağın bir kanadını yukarı ve diğerini aşağı doğru hareket ettirerek uçağın yana dönmesini sağlarlar.
Bir aileron yukarı doğru hareket ettiğinde, diğer aileron aşağı doğru hareket eder ve böylece bir kanatta daha fazla kaldırma, diğer kanatta ise daha az kaldırma oluşur. Bu durum haliyle uçağın dönmesini sağlar. Aileronlar, pilotun kontrolündeki yüzeylerden biridir ve uçağın istenilen yönde dönmesini sağlamak için kullanılır.
Dümen
Dümen, uçağın kuyruk kısmında bulunan dikey bir kontrol yüzeyidir. Uçağın “yaw” hareketini kontrol eder, yani uçağın burnunun sağa veya sola dönmesini sağlar.
Pilot, dümen pedallarını kullanarak dümeni sağa veya sola hareket ettirir. Dümenin hareketi, yanal dengeyi sağlamak ve uçak üzerindeki direksiyon etkisini kontrol etmek amacıyla kullanılır.
Dümenin doğru kullanımı, uçağın düzgün bir şekilde yönlendirilmesini sağlar ve uçuş sırasında denge ve kontrolü elde etmek için önemlidir.
Asansör
Asansörler, uçağın kuyruk kısmında bulunan yatay kontrol yüzeyleridir. Uçağın “pitch” hareketini kontrol eder, yani uçağın burnunun yukarı veya aşağı dönmesini sağlar.
Pilot, kontrol çubuğunu veya direksiyon simidini ileri veya geri hareket ettirerek asansörleri kontrol eder. Asansörlerin hareketi, uçağın yükseklik değişikliklerini kontrol etmek ve uçuş sırasında istenilen açıda tırmanma veya iniş yapmak için kullanılır.
Pilotun asansörleri doğru bir şekilde kullanması, uçağın düzgün bir şekilde yükselip alçalmasını sağlar ve uçuş performansını kontrol etmede önemli bir rol oynar.
Kaynak: NASA