גרונטלעכע פּרינציפּן פון פיזיק אין אַוויאַציע וויסנשאַפֿט
אַוויאַציע וויסנשאַפֿט איז נישט נאָר וועגן שטאַרקע מאָטאָרן אָדער מאָדערנע עראָפּלאַן פּלאַן; עס איז אויך באַזירט אויף די פּרינציפּן פון פיזיק וואָס דערקלערן ווי אַן עראָפּלאַן קען פליען סטאַביל, זיכער און עפֿעקטיוו. פֿון אָפּפֿליען ביז לאַנדונג, יעדע פֿאַזע פֿון פֿלי נעמט אַרײַן קאָמפּלעקסע אינטעראַקציעס צווישן כוחות, דרוק, ענערגיע און פֿליסיקייט דינאַמיק. פֿאַרשטיין די יסודות פֿון אַוויאַציע פֿיזיק העלפֿט אונדז פֿאַרשטיין ווי עראָפּלאַנען דזשענערירן ליפט, איבערקומען לופֿט קעגנשטאַנד, האַלטן פעסטקייט און שפּאָרן ברענשטאָף.
1. פיר הויפּט כוחות וואָס ווירקן אויף אַן עראָפּלאַן
Dalam penerbangan, ada empat gaya utama yang selalu bekerja pada pesawat: gaya angkat (lift) , berat (weight) , dorong (thrust) , dan hambat (drag) . Keempatnya saling berinteraksi dan menentukan apakah pesawat akan naik, turun, mempercepat, atau melambat.
1. Lift adalah gaya ke atas yang dihasilkan oleh sayap untuk melawan berat pesawat. Lift harus cukup besar untuk mengangkat pesawat dari landasan dan mempertahankannya di udara.
2. Weight adalah gaya gravitasi yang menarik pesawat ke bawah. Semakin besar massa pesawat (termasuk penumpang, kargo, dan bahan bakar), semakin besar gaya ini.
3. Thrust merupakan gaya dorong ke depan yang dihasilkan oleh mesin, baik baling-baling (propeller) maupun mesin jet. Thrust diperlukan untuk mencapai dan mempertahankan kecepatan.
4. Drag adalah gaya hambatan udara yang melawan gerak maju pesawat. Drag meningkat ketika pesawat terbang lebih cepat atau ketika bentuk pesawat kurang aerodinamis.
סטאַבילער פלייט פּאַסירט ווען ליפט איז באַלאַנסירט מיט וואָג, און שטופּ איז באַלאַנסירט מיט שלעפּ. אויב איין קראַפט איז דאָמינאַנט, וועט דער עראָפּלאַן דערפאַרן אַ ענדערונג אין באַוועגונג.
2. אַעראָדינאַמיק און דער מעכאַניזם פון ליפט פאָרמאַציע
Lift sering dijelaskan melalui dua gagasan yang saling melengkapi: perbedaan tekanan dan pembelokan aliran udara (downwash). Sayap pesawat memiliki bentuk khusus yang disebut airfoil , biasanya melengkung di bagian atas dan lebih datar di bagian bawah. Ketika udara mengalir di sekitar airfoil, terjadi perubahan kecepatan dan tekanan.
לויט די פּרינציפּן פון פליסיק דינאַמיק, ווען לופט שטראָם ווערט באַשנעלערט, טענדירט זיין דרוק צו פאַרקלענערן. אויף אַ פליגל, קען דער אויבערשטער טייל פון לופט שטראָם האָבן אַ נידעריקער דרוק, בשעת דער נידעריקער טייל טענדירט צו האָבן אַ העכערן דרוק. דער דרוק אונטערשייד איז וואָס פּראָדוצירט ליפט.
Selain itu, sayap juga “mendorong” udara ke bawah. Berdasarkan Hukum Newton III (aksi-reaksi), jika sayap memberikan gaya ke bawah pada udara, maka udara memberikan gaya reaksi ke atas pada sayap. Dua cara pandang ini bukanlah kontradiksi, melainkan dua perspektif untuk menjelaskan fenomena yang sama.
Lift juga dipengaruhi oleh sudut serang (angle of attack) , yaitu sudut antara chord sayap dan arah aliran udara. Sudut serang yang lebih besar umumnya meningkatkan lift hingga batas tertentu. Jika sudut serang terlalu besar, aliran udara dapat terlepas dari permukaan sayap dan menyebabkan stall (kehilangan lift secara drastis).
3. דרוק, שנעלקייט, און הייך: די ראלע פון דער אטמאספערע
Kondisi atmosfer sangat menentukan performa penerbangan. Semakin tinggi ketinggian, umumnya kepadatan udara menurun . Kepadatan udara berpengaruh pada lift dan thrust (untuk mesin tertentu). Untuk menghasilkan lift yang sama pada udara yang lebih tipis, pesawat perlu terbang lebih cepat atau menggunakan konfigurasi sayap tertentu seperti flap.
Suhu juga berperan. Udara panas biasanya kurang rapat dibanding udara dingin. Itulah sebabnya di bandara yang panas atau berada pada ketinggian tinggi, pesawat sering membutuhkan landasan lebih panjang untuk lepas landas. Pilot dan perencana penerbangan memperhitungkan faktor ini melalui konsep seperti density altitude , yakni ketinggian “setara” yang menggambarkan kerapatan udara nyata.
4. שלעפּן און ווי ערקראַפט רעדוצירן עס
שלעפּ איז אַ הויפּט פאַקטאָר אין באַשטימען ברענשטאָף עפעקטיווקייט. בכלל, שלעפּ פאַלט אין צוויי קאַטעגאָריעס:
1. Parasite drag , yang muncul akibat gesekan udara pada permukaan pesawat dan bentuk badan pesawat yang “menghalangi” aliran. Parasite drag meningkat tajam seiring bertambahnya kecepatan.
2. Induced drag , yang muncul sebagai konsekuensi dari pembentukan lift. Saat sayap menghasilkan lift, terbentuk vortex di ujung sayap yang menambah hambatan. Induced drag biasanya lebih dominan pada kecepatan rendah (misalnya saat takeoff dan landing).
Untuk mengurangi drag, desain pesawat menggunakan bentuk aerodinamis, permukaan yang halus, serta perangkat seperti winglet di ujung sayap untuk mengurangi vortex. Pada penerbangan jelajah (cruise), pesawat dioperasikan pada kombinasi kecepatan dan ketinggian yang meminimalkan total drag dan konsumsi bahan bakar.
5. שטופּ: מאשינען און אַקציע-רעאַקציע פּרינציפּן
Mesin pesawat menghasilkan thrust berdasarkan prinsip konservasi momentum dan aksi-reaksi . Pada mesin jet, udara masuk melalui inlet, dikompresi, dicampur bahan bakar, dibakar, lalu gas panas berkecepatan tinggi dikeluarkan ke belakang. Dorongan ke depan muncul sebagai reaksi dari percepatan massa udara ke belakang.
Pada pesawat propeller, baling-baling bekerja seperti “sayap berputar” yang mempercepat aliran udara ke belakang, menghasilkan gaya ke depan. Baik jet maupun propeller sama-sama memanfaatkan konsep momentum: semakin besar massa udara yang dipercepat atau semakin besar perubahan kecepatannya, semakin besar thrust yang dihasilkan.
מאָטאָר עפעקטיווקייט דעפּענדס אויף די אָפּערייטינג באדינגונגען. דזשעט מאָטאָרן זענען טיפּיקלי מער עפעקטיוו ביי הויך ספּידז און קרוזינג כייץ, בשעת פּראָפּעלער מאָטאָרן טענד צו זיין בעסער פּאַסיק פֿאַר נידעריקער ספּידז און קירצער פליען.
6. סטאַביליטעט און קאָנטראָל: רעגולירן די באַוועגונג פון די ערקראַפט
עראָפּלאַן סטאַביליטעט נעמט אַרײַן דרײַ הויפּט אַקסן:
1. Pitch (hidung naik-turun), dikendalikan oleh elevator pada ekor horizontal.
2. Roll (miring kiri-kanan), dikendalikan oleh aileron pada sayap.
3. Yaw (hidung berbelok kiri-kanan), dikendalikan oleh rudder pada ekor vertikal.
די קאנטראל-פלאַכן ענדערן די פארטיילונג פון אעראדינאמישע כוחות כדי צו דערמעגלעכן דעם פליגער צו מאַנעוורירן. למשל, עילעראָנס פאַרשאַפן איין פליגל צו דזשענערירן מער ליפט ווי דער אַנדערער, וואָס פאַרשאַפן דעם פליגער צו דרייען זיך אַרום זיין ראָלל אַקס.
Stabilitas juga dipengaruhi oleh posisi pusat massa ( center of gravity ) dan pusat tekanan. Pesawat dirancang agar memiliki kecenderungan kembali stabil setelah gangguan kecil, misalnya akibat turbulensi. Namun, dalam beberapa pesawat modern, stabilitas “alami” bisa dibuat lebih rendah untuk meningkatkan kelincahan, lalu dibantu oleh sistem kontrol elektronik seperti fly-by-wire .
7. ענערגיע, גיכקייט, און פלי-פארוואלטונג
Fisika penerbangan juga dapat dipahami melalui konsep energi. Pesawat memiliki energi kinetik (karena kecepatan) dan energi potensial (karena ketinggian). Pilot secara praktis “menukar” kedua energi ini: ketika pesawat naik, energi kinetik dapat berkurang jika thrust tidak ditambah; sebaliknya saat turun, pesawat dapat bertambah cepat jika drag tidak ditingkatkan.
ענערגיע פאַרוואַלטונג איז ספּעציעל וויכטיק בעת די אַפּראָוטש און לאַנדינג פאַסעס. די פליגער מוז האַלטן גענוג גיכקייט צו ויסמיידן אַ סטאָל, אָבער נישט צו שנעל צו דערמעגלעכן אַ זיכער לאַנדינג. פלאַפּס העלפֿן פאַרגרעסערן ליפט ביי נידעריקע גיכקייטן, בשעת ספּוילערז און לופט ברעיקס פאַרגרעסערן שלעפּן, אַלאַוינג די פליגער צו רעדוצירן גיכקייט און הייך אין אַ קאַנטראָולד שטייגער.
קלאָוזינג
אַוויאַציע איז אַ גוט בייַשפּיל פֿון ווי פֿיזיק אַרבעט אויף אַ גרויסן מאַסשטאַב און מיט גרויס פּינקטלעכקייט. פֿיר הויפּט כוחות - ליפט, וואָג, שטופּ און שלעפּ - פֿאָרמען די יסוד פֿאַר פֿאַרשטיין ווי אַן עראָפּלאַן הייבט זיך אויף, פֿאָרט, מאַנעוורירט און לאַנדט. הינטער די כוחות זענען די אַעראָדינאַמיק פֿון פֿליגלען, אַטמאָספֿערישע באַדינגונגען, מאָמענטום-געטריבענע מאָטאָר אָפּעראַציע, און סטאַביליטעט און קאָנטראָל פּרינציפּן וואָס זיכערן די זיכערקייט פֿון דעם עראָפּלאַן. דורך פֿאַרשטיין די גרונט פּרינציפּן פֿון פֿיזיק אין אַוויאַציע, זען מיר עראָפּלאַנען נישט פשוט ווי סאָפיסטיקירטע טעכנאָלאָגיע, נאָר ווי סיסטעמען וואָס נוצן די געזעצן פֿון נאַטור דורך פֿאָרזיכטיקע קאַלקולאַציע און פֿאָרזיכטיקן פּלאַן.
