Sisältö
Ihmisen tekemä lentokone lentää samojen fysiikan periaatteiden mukaisesti kuin lintu: sen on ylitettävä painovoimat nostamisen ja lennon saavuttamiseksi. Lentokoneen siipien avulla saadaan aikaan hissi, ja ne suorittavat tämän kaareuttamalla ilmavirtausta niiden ympärille. Ilman siipiä lentokone on pelkkä auto.
Ilmavoimat
Ilma-alukset ja linnut pystyvät lentämään, koska ne tasapainottavat neljä voimaa: nosto, paino, vetäminen ja työntövoima. Lentokone nousee ilmaan, kun hissi - siipien alapintaan ylöspäin työntävä voima - ylittää koneen painon painovoiman vuoksi. Nostota luo ilmavirta koneen ympärillä, etenkin siipien ympärillä. Vedä on ilmavastuksen voima koneen liikettä vastaan. Tämä voima kasvaa lentokoneen nopeuden kasvaessa, mutta pienenee, jos lentokoneessa on sileä tai aerodynaaminen muoto. Lentokoneen moottori ja käyttövoimajärjestelmä, joko suihku tai potkuri, tuottaa työntövoiman voiman voittamiseksi.
Newton ja Bernoulli
Kaksi eurooppalaista tutkijaa selitti lentokoneiden lennon periaatteet. Englantilainen fyysikko Isaac Newton (1642–1727) esitti kolme liikelakia, joita voidaan soveltaa kaikkiin liikkuviin esineisiin. Ensimmäinen on, että esineet pysyvät levossa tai tasaisessa liikkeessä, elleivät niitä pakota muuttamaan ulkoisella voimalla. Toisessa todetaan, että esineeseen kohdistettu voima saa sen kiihtymään kyseisen voiman suuntaan. Kolmannessa väitetään, että jokaisella voimalla on sama ja päinvastainen voima. Sveitsiläinen matemaatikko Daniel Bernoulli (1700–1782) oli edelläkävijä kehitettäessä nesteiden dynamiikan matemaattista selitystä, nesteiden ja kaasujen virtauksen mekaniikkaa. Hänen suurimman havaintonsa, joka tunnetaan nimellä Bernoulli-periaate, todetaan, että ilmavirran nopeuden kasvaessa sen paine laskee.
Hyökkäyskulma
Lentokoneen siipi on suunniteltu kallistuvaksi hieman vaakatasosta, joka tunnetaan myös nimellä lentoreitti. Tätä kallistuskulmaa kutsutaan hyökkäyskulmaksi ja se on tärkein muuttuja hissin tuottamisessa. Lentokone alkaa liikkua, kun ohjaaja kohdistaa työntövoiman moottorista saadakseen lentokoneen kulkemaan eteenpäin maassa. Lentäjä pyörittää lentokoneita ylös nostamalla nenää nostaakseen hyökkäyskulman ja saavuttaakseen nousun. Liian suuri hyökkäyskulma estää kuitenkin lentokoneen.
Virtauksen kaarevuus
Nosta syntyy ilman kaarevuudesta lentokoneen siipien ympäri. Kun ilmavirta osuu siipin etureunaan, se jakaantuu kahteen osaan, osa virtaa yläpintaa pitkin ja osa virtaa alla olevaa pintaa pitkin. Siipin muoto on hieman epäsymmetrinen, ja sen yläpinta on suurempi. Ilmavirta tarttuu yläpintaan liikkuessaan siipien etureunojen ja takareunojen välillä, kaareutuen ja alentaen painetta Bernoulli-periaatteen mukaisesti. Kun lentokone kerää nopeutta, hissi kasvaa Newtonin toisen liikelain mukaan. Tämä puolestaan lisää ilman kaarevuutta yläpinnalla pakottaen enemmän ilmaa alas siipien takareunasta. Kun taso liikkuu ilman läpi, siipien alapinta, joka osoittaa ilmavirtaan hyökkäyskulmassa, taipuu myös jonkin verran ilmavirtaa alaspäin. Tämä alaspäin suuntautuva ilmavirta synnyttää samanlaisen ja päinvastaisen reaktion korkeapaineisen ilmavirran ylöspäin (Newtonin kolmas laki), nostaen nostoa ja pitäen koneen ilmassa.