Самолетите не падат лесно: Турбуленцията е като желе, казват пилотите

Млада жена пъха смачкано парче салфетка в чаша с желе, карайки зрителя да си представи, че това е самолет, високо във въздуха.

"Това си ти, ти летиш в небето", обяснява тя на камерата. "Има натиск отдолу, натиск отгоре, отстрани, натиск идва отвсякъде."

Тя почуква по горната част на желето, карайки топка от салфетка да потрепери.

"Това се случва, когато има турбуленция", посочва тя. "Усещаш как самолетът се тресе, но той няма ей така да падне."

@anna..paull

Fear of flying tip

♬ original sound - Anna Paul

Видеото е дело на австралийската TikTok-ърка Ана Пол. Само дни след като го е качила през юни 2022 г., то е натрупало над 15 милиона гледания и хиляди коментари от хора, които казват, че са се излекували от страха си от летене. Пол съобщава, че е научила това "от истински пилот".

Но колко точна е аналогията? Дали турбуленцията наистина е като желе?

Произходът на аналогията с желето

Аналогията с желето е плод на въображението на бившия капитан на авиокомпания Том Бън, който сега е лицензиран терапевт и основател на програмата SOAR, която помага на хората да преодолеят страха си от летене. След като години слуша притеснени клиенти, Бън осъзнава, че научното обяснение за полета често не е достатъчно, за да увери хората, че летенето е наистина безопасно.

"Когато хората погледнат нагоре в небето и видят самолет, той им изглежда сякаш не би трябвало да е там", разказва Бън. "Трябва да падне, защото не виждат нищо, което да го крепи там."

Тъй като притеснените пътници не разбират силите, които държат самолета във въздуха, когато усетят тласъците по време на турбуленция, изпадат в паника, представяйки си, че самолетът е на път да падне от небето.

За да им помогне да преодолеят този страх, Бън търси аналогия, която да убеди емоционалната част на мозъка им, че самолетът няма да падне.

И я намира: нека да си припомнят познатото усещане за нарастващо съпротивление на въздуха с увеличаване на скоростта.

"Ако прекосите стаята, въздухът не ви забавя", обяснява той. "Ако обаче сте в кола и се движите напред с ръка през прозореца, усещането е почти същото като да сложите ръката си в басейн и да се отблъсквате от водата."

Апелирайки към тази логика, Бън карал клиентите си да си представят как въздухът се сгъстява, докато самолетът ускорява по пистата. Когато се озоват във въздуха, той вече има консистенцията на желе, поддържащо ги от всички страни.

Бън признава, че аналогията не е напълно точна от научна гледна точка. Но това е емоционално резонансен начин за визуализиране на силите, които държат самолета по време на полет.

"Технически, това е свързано с теоремата на Бернули", обяснява пилотът. "Свързано е с факта, че долната част на крилото е почти плоска, а горната е извита."

Ако някога сте си подававали ръката през прозореца на кола, сте усещали същия вид налягане, което помага на самолетите да се задържат във въздуха, когато летят. Кредит: Freerange Stock (CC0 1.0)

Науката, която поддържа самолетите в движение

Даниел Бернули е швейцарски математик и физик от 18-ти век, който формулира няколко ключови концепции в динамиката на флуидите. Най-известната е принципът на Бернули, който гласи, че увеличаването на скоростта на флуида намалява налягането, упражнявано от него.

В една река например водата се ускорява, когато преминава през по-тесни участъци. Водното налягане е по-ниско в тези стеснени зони, тъй като ускорението се дължи на по-високото налягане зад стеснението, отколкото вътре в него.

Законът на Бернули, a също и уравнението на Бернули, установява връзката между скоростта на стационарен, т.е. непроменящ се във времето, флуиден поток и неговото налягане. Според този закон, ако налягането на флуида се увеличи по линията на течението, скоростта на потока намалява и обратно. Статичното налягане нагоре по течението (1) е по-високо, отколкото в стеснението (2), а скоростта на флуида при "1" е по-бавна, отколкото при "2", защото площта на напречното сечение при "1" е по-голяма, отколкото при "2". Законът на Бернули обяснява ефекта на Вентури. Кредит: Wikimedia Commons

Въздухът се държи подобно на течност. Когато срещне препятствие, той се свива или ускорява, докато обикаля обекта по пътя си.

"Когато самолетът се издигне във въздуха, въздухът, който преминава през горната част на крилото, трябва да го настигне", обяснява Бън. Поради извивката на горната част на крилото, въздухът "трябва да избере по-дълъг маршрут, така че молекулите се разпръскват леко. Така те не оказват толкова натиск върху горната част на крилото, колкото върху долната."

Принципът на Бернули, приложени за характеристиките на самолетните крила. Кредит: Wikimedia Commons

Както Пол разказва във видеото си в TikTok, има налягане, идващо от въздуха над и под самолета. Но дизайнът на крилото означава, че въздушното налягане е по-голямо под него, отколкото в по-бързо движещия се въздух над него, което избутва крилото нагоре. Това е феноменът, който в аеродинамиката се нарича "подемна сила".

"Колкото по-бързо се движите, толкова по-силен е ефектът на Бернули", обяснява Бън. Ето защо, когато самолет лети във въздуха с близо 1000 км в час, налягането под крилата го държи в небето толкова здраво, колкото топка от салфетка в желе.

Турбуленцията възниква, когато въздушни блокове се трият един в друг при различни температури, налягания или скорости. Тя може да има много различни причини, от гръмотевични бури до центробежната сила на въртенето на Земята, която избутва въздушни ленти навън. Силата ѝ варира от лека, причиняваща дискомфорт само леко треперене, до силна, при която пътниците или екипажът могат да бъдат подхвърляни из кабината и да рискуват нараняване, ако не носят предпазни колани.

Турбуленцията е по-малко страшна, отколкото се усеща

Но макар силната турбуленция да тревожи пътниците, "хората често имат много преувеличена представа за това какво всъщност прави самолетът", казва Патрик Смит (Patrick Smith), търговски пилот и автор на блога Ask the Pilot.

"Самолетите имат нещо, което наричаме положителна стабилност (positive stability)", обяснява пилотът. "Когато позицията им в пространството е отклонена от турбуленцията, естествено се връщат там, където са били."

По време на турбуленция, всяко тласъкване надолу е съпроводено с еквивалентен тласък нагоре, което държи самолета стабилен по курса му - сякаш е окачен в желе.

"Никога не е имало самолетна катастрофа поради турбуленция", отбелязва Пол във видеото си. Вярно ли е това?

Бън си спомня един инцидент през 60-те години на миналия век, когато полет, излитащ от летището в Токио в Япония, се е сблъскал със силна турбуленция край планината Фуджи, която причинява структурни повреди и катастрофа. Но, подчертава той, подобен инцидент никога не би се случил днес. Първо, търговските самолети никога не биха летели толкова близо до планина, знаейки, че това може да наруши въздушните потоци и да причини силни форми на турбуленция близо до твърда земя, където самолетите са естествено най-уязвими.

От друга страна, подобренията в технологиите на самолетите означават, че самолетите сега са много по-добре конструирани, за да издържат дори на най-силните форми на турбуленция.

По време на тестове на съвременни пътнически самолети, "може почти двойно [наполовина] да огънете крилото и то няма да се счупи", разказва Бън. В реални ситуации "никога не виждате дори една десета от това огъване на крилото".

И така, турбуленцията наистина ли е като желе? Не съвсем. Но ако сте нервен пътник, може би изображението може да ви помогне да се уверите, че единствените реални опасности от турбуленцията могат да бъдат решени само със затягане на предпазния колан.

Както казва Пол:

"Просто се отпуснете, всъщност треперите в желе."

Източник: Is turbulence really like Jello-O?, Cat Rainsford, Popular Science 

Още по темата

24/01/2023

Земята

Левитиращи летателни апарати ще изследват границата на космоса (видео)

08/12/2022

Космос

Нова идея за задвижване на космически кораби, която включва динамично планиране

07/09/2022

Физика

Могат ли драконите на Вестерос да летят без магия? Да, казва авиоинженер

19/07/2021

Физика

5 често срещани заблуди относно летенето (видео)