एक हवाई जहाज हवा में कैसे रहता है? चाहे आपने उड़ान भरते समय इस सवाल पर विचार किया हो या नहीं, यह एक आकर्षक, जटिल विषय बना हुआ है। यहाँ हवाई जहाज की उड़ान से जुड़े भौतिकी पर एक त्वरित नज़र डाली गई है, साथ ही इस विषय से जुड़ी एक गलत धारणा पर भी एक नज़र डाली गई है।
सबसे पहले, एक विमान की कल्पना करें - एक वाणिज्यिक एयरलाइनर, जैसे कि बोइंग या एयरबस ट्रांसपोर्ट जेट - आकाश में स्थिर उड़ान में मंडराता हुआ। उस उड़ान में विरोधी बलों का एक नाजुक संतुलन शामिल होता है। कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में वायुगतिकी के एक प्रोफेसर होल्गर बैबिंस्की कहते हैं, "पंख लिफ्ट पैदा करते हैं, और लिफ्ट विमान के वजन का मुकाबला करती है।"
पर्ड्यू यूनिवर्सिटी में स्कूल ऑफ एरोनॉटिक्स एंड एस्ट्रोनॉटिक्स के प्रमुख विलियम क्रॉसली कहते हैं, "वह लिफ्ट [या ऊपर की ओर] बल हवाई जहाज के वजन के बराबर या उससे अधिक होना चाहिए - यही उसे हवा में रखता है।"
इस बीच, विमान के इंजन उसे वह जोर दे रहे हैं जो उसे अपने आस-पास की हवा के घर्षण से होने वाले प्रतिरोध का मुकाबला करने के लिए चाहिए। "जब आप आगे की ओर उड़ रहे होते हैं, तो आपके पास कम से कम प्रतिरोध के बराबर पर्याप्त जोर होना चाहिए - अगर आप गति बढ़ा रहे हैं तो यह प्रतिरोध से अधिक हो सकता है; अगर आप धीमा कर रहे हैं तो यह प्रतिरोध से कम हो सकता है - लेकिन स्थिर, समतल उड़ान में, जोर प्रतिरोध के बराबर होता है," क्रॉसली कहते हैं।
यह समझना थोड़ा जटिल है कि विमान के पंख किस तरह से लिफ्ट बनाते हैं। बैबिंस्की कहते हैं, "आम तौर पर मीडिया हमेशा एक त्वरित और सरल व्याख्या की तलाश में रहता है।" "मुझे लगता है कि इसने हमें मुश्किल में डाल दिया है।" एक लोकप्रिय व्याख्या, जो गलत है, इस प्रकार है: एक पंख के घुमावदार शीर्ष पर चलने वाली हवा को उसके नीचे चलने वाली हवा की तुलना में अधिक दूरी तय करनी पड़ती है, और इस वजह से, यह नीचे की हवा के बराबर चलने की कोशिश करने के लिए अपनी गति बढ़ा लेती है - जैसे कि दो वायु कण, जिनमें से एक पंख के ऊपर से जा रहा है और दूसरा नीचे जा रहा है, जादुई रूप से जुड़े रहने की जरूरत है। नासा के पास इस विचार को समर्पित एक वेबपेज भी है, जो इसे "गलत एयरफ़ॉइल सिद्धांत" के रूप में लेबल करता है।
तो इसके बारे में सोचने का सही तरीका क्या है?
हाथ बटाओ
इस विषय के बारे में सोचना शुरू करने का एक बहुत ही सरल तरीका यह है कि आप कल्पना करें कि आप एक कार की यात्री सीट पर सवार हैं। अपनी बांह को अंदर की ओर हवा में बाहर की ओर रखें, अपनी हथेली नीचे, अंगूठा आगे की ओर और हाथ मूल रूप से जमीन के समानांतर रखें। (यदि आप वास्तविक जीवन में ऐसा करते हैं, तो कृपया सावधान रहें।) अब, अपने हाथ को सामने की ओर थोड़ा ऊपर की ओर झुकाएं, ताकि हवा आपके हाथ के नीचे के हिस्से को पकड़ ले; अपने हाथ को ऊपर की ओर झुकाने की यह प्रक्रिया पंखों के साथ एक महत्वपूर्ण अवधारणा का अनुमान लगाती है जिसे उनके हमले का कोण कहा जाता है।
"आप लिफ्ट बल को स्पष्ट रूप से महसूस कर सकते हैं," बैबिंस्की कहते हैं। इस सीधे परिदृश्य में, हवा आपके हाथ के निचले हिस्से से टकरा रही है, नीचे की ओर विक्षेपित हो रही है, और न्यूटोनियन अर्थ में (कानून तीन देखें), आपके हाथ को ऊपर की ओर धकेला जा रहा है।
वक्र का अनुसरण करें
लेकिन पंख, ज़ाहिर है, आपके हाथ की तरह आकार का नहीं होता है, और विचार करने के लिए अतिरिक्त कारक हैं। पंखों के साथ ध्यान में रखने के लिए दो मुख्य बिंदु हैं कि एक पंख का अगला भाग - अग्रणी किनारा - घुमावदार होता है, और कुल मिलाकर, जब आप उन्हें क्रॉस-सेक्शन में देखते हैं तो वे एक एयरफ़ॉइल नामक आकार भी लेते हैं।
एक पंख का घुमावदार किनारा महत्वपूर्ण है क्योंकि हवा का प्रवाह "एक घुमावदार सतह का अनुसरण करता है," बैबिंस्की कहते हैं। वह कहते हैं कि वह एक बाल्टी के गोल किनारे पर हेयर ड्रायर को इंगित करके इस अवधारणा को प्रदर्शित करना पसंद करते हैं। हवा का प्रवाह बाल्टी की घुमावदार सतह से जुड़ जाएगा और एक मोड़ लेगा, संभवतः बाल्टी द्वारा अवरुद्ध दूसरी तरफ एक मोमबत्ती को भी बुझा देगा। यहाँ एक आकर्षक पुराना वीडियो है जो उसी विचार को प्रदर्शित करता है। "एक बार जब प्रवाह खुद को घुमावदार सतह से जोड़ लेता है, तो यह जुड़ा रहना पसंद करता है - [हालांकि] यह हमेशा के लिए जुड़ा नहीं रहेगा," उन्होंने नोट किया।
एक पंख के साथ - और इसे कुछ हद तक ऊपर की ओर झुका हुआ कल्पना करें, जैसे कि आपका हाथ कार की खिड़की से बाहर है - जो होता है वह यह है कि हवा गोल अग्रणी किनारे से टकराती है। "ऊपरी सतह पर, हवा खुद को जोड़ लेगी, और गोल हो जाएगी, और वास्तव में उस घटना, हमले के उस कोण का बहुत अच्छी तरह से पालन करेगी," वे कहते हैं।
चीजों को कम दबाव में रखें
अंत में, जो होता है वह यह है कि पंख के ऊपर से गुज़रने वाली हवा घुमावदार सतह से जुड़ जाती है और मुड़ जाती है, या कुछ हद तक नीचे की ओर बहती है: एक कम दबाव वाला क्षेत्र बनता है, और हवा भी तेज़ी से यात्रा करती है। इस बीच, हवा पंख के नीचे की तरफ़ टकरा रही है, जैसे हवा कार की खिड़की से बाहर निकलते समय आपके हाथ से टकराती है, जिससे एक उच्च दबाव वाला क्षेत्र बनता है। वोइला: पंख के ऊपर एक कम दबाव वाला क्षेत्र है, और नीचे उच्च दबाव है। "उन दो दबावों के बीच का अंतर हमें लिफ्ट देता है," बैबिंस्की कहते हैं।
बैबिन्स्की ने कहा कि पंख के ऊपर कम दबाव वाले क्षेत्र द्वारा पंख के नीचे उच्च दबाव वाले क्षेत्र की तुलना में अधिक काम किया जा रहा है। आप पंख को ऊपर और नीचे दोनों तरफ हवा के प्रवाह को नीचे की ओर मोड़ने के रूप में सोच सकते हैं। पंख की निचली सतह पर, प्रवाह का विक्षेपण "वास्तव में ऊपरी सतह पर प्रवाह विक्षेपण से छोटा है," उन्होंने कहा। "अधिकांश एयरफ़ॉइल, एक बहुत ही कच्चा नियम यह होगा कि लिफ्ट का दो-तिहाई हिस्सा वहाँ [ऊपरी सतह पर] उत्पन्न होता है, कभी-कभी इससे भी अधिक," बैबिन्स्की कहते हैं।
क्या आप आखिरी बार मेरे लिए यह सब एक साथ ला सकते हैं?
ज़रूर! नासा के एम्स रिसर्च सेंटर में एयरोस्पेस इंजीनियर ग्लोरिया यामूची इसे इस तरह से बताती हैं। "तो हमारे पास एक हवाई जहाज है, जो हवा में उड़ रहा है; हवा पंख के पास पहुँचती है; इसे पंख के आगे के किनारे से घुमाया जाता है," वह कहती हैं। ("घुमाने" से उनका मतलब है कि यह दिशा बदलता है, जिस तरह से सड़क पर चलती कार हवा को अपने चारों ओर जाने के लिए अपनी दिशा बदलने के लिए मजबूर करती है।) "पंख की सतह पर, ऊपर और नीचे से गुजरते समय हवा का वेग बदलता है।"
वह आगे कहती हैं, "पंख के ऊपर का वेग, सामान्यतः, पंख के नीचे के वेग से अधिक होता है, और इसका अर्थ है कि पंख के ऊपर का दबाव, पंख के नीचे के दबाव से कम होता है, और दबाव में यह अंतर ऊपर की ओर उठाने वाला बल उत्पन्न करता है।"
