เครื่องบิน บินได้อย่างไร?

เครองบน บนไดอยางไร 2

เครื่องบิน บินได้อย่างไร?

เวลาที่เครื่องบินกำลังจะบินขึ้นทีไร มักจะมีคำถามเกิดขึ้นในใจไม่ได้ว่า เครื่องบิน บินได้อย่างไร ทำไมมนุษย์ถึงได้เก่งจังที่ทำให้เหล็กที่มีน้ำหนักหลายตันขึ้นไปลอยอยู่บนท้องฟ้าได้ ในสมัยแรกๆที่มนุษย์มีความต้องการที่อยากจะบินไปบนท้องฟ้าก็ทำให้เริ่มมีการทดลองต่างๆนานา การลองผิดลองถูกมาเรื่อยๆ และในที่สุดก็เริ่มได้นำเอาหลักการทางวิทยาศาสตร์มาใช้ ทำให้ในปัจจุบันนี้เราสามารถบินอยู่บนท้องฟ้าได้ ซึ่งอันที่จริงแล้วการที่จะทำให้วัตถุใดๆ ก็ตามสามารถบินขึ้นไปบนท้องฟ้านั้น สามารถอธิบายได้ด้วยหลักการวิทยาศาสตร์ดังต่อไปนี้

สาเหตุที่ทำให้เครื่องบินบินได้ มาจากแรงในทิศทางต่างๆ ซึ่งแรงที่ว่านี้มีทั้ง 4 แรงด้วยกัน

เครองบน บนไดอยางไร 3

1. แรงขับเคลื่อนไปข้างหน้า (Thrust) 

แรงขับไปข้างหน้า เป็นแรงที่ผลัก หรือฉุดให้เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า เป็นแรงที่เกิดจากเครื่องยนต์ของเครื่องบิน ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท เครื่องยนต์ลูกสูบ หรือเทอร์โบแฟน เมื่อเครื่องบินเคลื่อนที่ ผิวของเครื่องบินนั้นก็จะเกิดการปะทะกับมวลอากาศทำให้เกิดแรงต้านขึ้น ซึ่งเหตุผลนี้จึงทำให้เครื่องบินต้องถูกออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์เพราะต้องทำให้เครื่องบินนั้นมีแรงต้านน้อยที่สุด

2. แรงดึงดูดของโลก (Gravity force or Weight) 

แรงที่เกิดขึ้นจากแรงดึงดูดของโลกนี้จะเป็นแรงกดหรือ ดึงเครื่องบินลงมายังโลก ซึ่งถือว่าเป็นแรงกระทำที่จุดศูนย์กลางของแรงของเครื่องบิน

3. แรงต้านทานหรือแรงฉุด (Drag) 

แรงต้านทานคือแรงที่ฉุดในเครื่องบินนั้นบินไปข้างหลัง หรือเป็นแรงกระทำตรงกันข้ามกับแรงที่เคลื่อนที่ของเครื่องบินที่กำลังบินไปข้างหน้า เป็นแรงเสียดทานของอากาศบนพื้นผิวของตัวเครื่องบิน

4. แรงยก (Lift ) 

เป็นแรงที่เกิดบนพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของปีกเครื่องบิน เวลาที่เครื่องบินเคลื่อนที่ โดยส่วนบนของปีกจะออกแบบมาให้เวลาที่อากาศพัดไหลผ่านต้องใช้ระยะทางในการเดินทางมากกว่า ดังนั้นอากาศต้องไหลผ่านเร็วขึ้นกว่าข้างล่าง จนความกดอากาศต่ำลงแล้วปีกของเครื่องบินก็จะถูกยกขึ้น ซึ่งแรงยกจะเป็นแรงที่อยู่ตรงกันข้ามกับแรงดึงดูดของโลก และแรงยกเป็นแรงที่ดึงเครื่องบินให้ลอยตัวขึ้น 

เครองบน บนไดอยางไร 1

ดังนั้นเราจะเห็นว่าปีกของเครื่องบินด้านบนจะออกแบบโค้งมน แรงที่เกิดจากการเคลือนที่ของเครื่องบิน บินไปมี 2 แรง คือแรงยกและแรงต้าน ถือว่าเป็แรงที่เกิดจาก aerodynamics หากใครต้องการทราบว่า แรงนี้ทำให้ปีกเครื่องบินถูกยกเชิดขึ้นมาได้ยังไงก็ทดลองง่ายๆด้วยตัวเอง ลองใช้มือ 2 ข้างจับตรงขอบกระดาษ A4 แล้วใช้ปากเป่าใกล้กับแผ่นกระดาษ จะเห็นว่ากระดาษทั้งแผ่นจะยกตัวขึ้น

ส่วนประกอบสำคัญของเครื่องบิน ที่ทำให้บินได้ มีดังต่อไปนี้

1.ปีก 

ปีกของเครื่องบินเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้เครื่องบินลอยอยู่เหนืออากาศได้ ฉะนั้นการออกแบบปีกเครื่องบินจึงเป็นส่วนสำคัญ และได้มีการใช้หลักการในการออกแบบปีกเครื่องบินด้วยหลักการที่ว่า อากาศที่มีความดันมากย่อมเคลื่อนไปยังอากาศที่มีความดันน้อย จึงได้ออกแบบปีกเครื่องบินให้มีส่วนโค้งเพื่อให้ระยะทางในการเคลื่อนของอากาศข้างบนปีกกับข้างล่างของปีกนั้นต่างกันโดยด้านบนมีระยะทางในการเคลื่อนที่ของอากาศที่มากกว่าทำให้ กระแสของลมมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงกว่าด้านล่าง และส่งผลทำให้อากาศด้านบนนั้นน้อยกว่าด้านล่างเช่นกัน จากปฏิกิริยาเช่นนี้ก็จะทำให้เกิดแรงยกตัวขึ้น

2. เครื่องยนต์ 

เครื่องยนต์ของเครื่องบินนั้นทำให้เกิดแรงขับเคลื่อน ทำให้เครื่องบินนั้นเครื่องที่ไปข้างหน้าได้ด้วยความเร็ว และยิ่งมีความเร็วเพียงพอต่อการเคลื่อนที่ในอากาศกับแรงดันในอากาศแล้ว ก็จะทำให้เครื่องบินนั้นสามารถลอยอยู่ในอากาศและเครื่องบินก็สามารถลงจอดได้

จากคำอธิบายข้างต้นก็จะทราบได้ว่า เครื่องบินจะลอยตัวไปในอากาศได้นั้นตัวเครื่องบินจะต้องมีความเร็วไปทางด้านหน้าเพื่อให้ปีกของเครื่องบินปะทะกับอากาศที่ไหลผ่านปีกไป และเมื่ออากาศไหลผ่านเร็วขึ้น ก็จะทำให้กระแสของอากาศที่ไหลมาปะทะผ่านไปทางด้านล่างปีกทำให้เกิดแรงดันใต้ปีกเพิ่มขึ้น ส่วนแรงดันบนปีกก็จะลดลง และเมื่อความเร็วของเครื่องบินเพิ่มสูงมากขึ้น แรงดันของกระแสอากาศภายใต้ปีกนั้นก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย จึงทำให้เกิดเป็นแรงยกเพื่อดันตัวเครื่องบินเครื่องบินไปบนอากาศ ตราบใดก็ตามที่เครื่องบินยังคงมีความเร็วเพียงพอเครื่องบินก็จะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ด้วยแรงขับที่มีเครื่องยนต์และใบพัดหรือเครื่องยนต์ไอพ่นที่จะผลักมวลอากาศไปด้านหลังทำให้เกิดแรงขับทำให้เครื่องบินเครื่องที่ไปข้างหน้า และเครื่องบินจะสามารถลงจอดได้ด้วยแรงโน้มถ่วงของโลกนั่นเอง

ที่มา : Youtube ช่อง Assavarak Channel และวิทยุการบิน