Deutsch
English
Nederlands
Dansk
Waarom vliegen vliegtuigen?
Vliegtuigen zijn een van de meest voorkomende en veiligste vervoermiddelen ter wereld. Waarom vliegtuigen kunnen vliegen, is echter bij velen niet bekend. Hoewel er online veel artikelen zijn die de fysische processen uitleggen, stellen deze de processen meestal vereenvoudigd of zelfs feitelijk onjuist voor. Dit artikel zal veelvoorkomende misvattingen en de daadwerkelijke redenen waarom een vliegtuig vliegt, uitleggen.
Inhoud
Basis Krachten: Lift, Druk & Luchtweerstand
Allereerst is het essentieel om de basis fysische principes te begrijpen die een rol spelen bij het vliegen. Vooral belangrijk zijn lift, druk en luchtweerstand:
Lift
Lucht is een gas en net als vloeistoffen kunnen gassen stromen. De normale luchtstroom, die wij bijvoorbeeld als wind waarnemen, verloopt parallel aan de grond. Lift is een kracht die loodrecht op de stroomrichting van de lucht werkt, dus van de grond af. Om een vliegtuig te laten vliegen, moet er dus lift worden gegenereerd.Druk
Ook bij druk kan het helpen om een vloeistof ter vergelijking voor te stellen. Dieper in de zee is het gewicht en daarmee ook de druk die water op een lichaam uitoefent, hoger – luchtdruk werkt op dezelfde manier. Een andere parallel is dat lucht een gegeven ruimte zo gelijkmatig mogelijk vult. Als er op een plek minder lucht is dan op een andere, spreken we van onderdruk. De lucht zal zoveel mogelijk naar deze plek terugstromen om de druk weer in evenwicht te brengen.Luchtweerstand
Hoewel we lucht niet bewust waarnemen, bevinden we ons niet in een vacuüm. De hele atmosfeer is gevuld met lucht en elke beweging in een bepaalde richting vereist aandrijving, anders blijven we stilstaan. Hoe sneller we willen bewegen, hoe groter deze weerstand wordt.
Newton's Wetten, het Bernoulli-effect & veelvoorkomende misvattingen
Naast de basis krachten moeten bepaalde fysische wetten in acht worden genomen om uit te leggen waarom vliegtuigen vliegen. Vooral Newton's derde wet en het Bernoulli-effect worden in deze context vaak genoemd en kunnen daadwerkelijk helpen bij de uitleg. Foutief wordt echter vaak het Bernoulli-effect als enige factor genoemd – en daarbij vaak ook nog verkeerd uitgelegd.
Newton's Wetten
Isaac Newton heeft drie fundamentele wetten van beweging waargenomen, die naar hem als de wetten van Newton bekend zijn geworden.
Wet: Er moet een kracht op een lichaam inwerken om het te bewegen of zijn bestaande beweging te veranderen. Als we een tennisbal in de hand houden en loslaten, valt hij omdat de zwaartekracht op hem werkt. We kunnen hem echter optillen door er een grotere kracht op uit te oefenen.
Wet: De verandering van beweging is evenredig met de toegepaste kracht. Als we een tennisbal gooien, vliegt hij verder naarmate we harder gooien. Bovendien vindt de beweging plaats in de richting van de werkende kracht, de tennisbal beweegt dus in de gooirichting.
Wet: Voor elke kracht werkt een even grote kracht in de tegenovergestelde richting. Bij ons voorbeeld met de tennisbal is dit niet direct duidelijk. Maar als we ons voorstellen dat we op een skateboard staan terwijl we de bal gooien, wordt het duidelijker – hier zou de worp ervoor zorgen dat we met het skateboard een stukje in de tegenovergestelde richting bewegen.
Bernoulli-effect
Het Bernoulli-effect stelt dat stromende vloeistoffen en gassen minder druk uitoefenen op hun omgeving dan stilstaande. Dit effect neemt toe naarmate de beweging sneller is. Bij een vliegtuig dat snel langs de grond rijdt, neemt dus de luchtdruk op het vliegtuig af.
Veelvoorkomende misvattingen
Noch Newton's wetten, noch het Bernoulli-effect alleen zijn voldoende om uit te leggen waarom vliegtuigen vliegen. Vaak wordt beweerd dat het opstijgen wordt bereikt doordat de lucht sneller over de vleugels beweegt dan eronder, en zo het Bernoulli-effect alleen het vliegtuig optilt. Hoewel de basisaanname van snellere luchtbeweging juist is, zou het effect alleen niet voldoende zijn om een vliegtuig te laten vliegen.
Hoe Vliegtuigen Vliegen
Het exacte fysische proces bij het vliegen van een vliegtuig is complex. Met de genoemde krachten en wetten kan het basisprincipe echter begrijpelijk worden uitgelegd. Hoe een vliegtuig werkt, kan stap voor stap als volgt worden weergegeven:
Het vliegtuig versnelt
De motoren bewegen het vliegtuig vooruit op de startbaan. De lucht stroomt sneller om het vliegtuig heen, waardoor de luchtweerstand door het Bernoulli-effect afneemt.De vleugels duwen de lucht naar beneden
Door de vorm en oriëntatie van de vleugels wordt lucht naar beneden gedrukt terwijl het vliegtuig vooruit beweegt. Newton's 3e wet zorgt ervoor dat de vleugels in de andere richting worden gedrukt – lift wordt gegenereerd.Het vliegtuig stijgt op
Meerdere krachten werken nu samen. Door het Bernoulli-effect ontstaat er een onderdruk boven de vleugels. Ook de lift duwt deze omhoog. Hoe sneller het vliegtuig beweegt, hoe groter deze krachten worden. Op een bepaald punt, dat altijd afhangt van de grootte en het gewicht van het vliegtuig, stijgt het vliegtuig op.Met toenemende hoogte verder versnellen
Hoe snel een vliegtuig vliegt, hangt ook af van de vlieghoogte. Hoe hoger het vliegtuig stijgt, hoe lager de luchtweerstand. Dit betekent dat het vliegtuig zich sneller beweegt op grotere hoogten. Het kan echter niet boven een bepaalde hoogte stijgen, omdat door de lage luchtweerstand anders niet genoeg lift zou worden gegenereerd.Luchtremmen en landingskleppen remmen af
Wanneer het vliegtuig moet landen, worden de genoemde krachten verminderd. Luchtremmen en landingskleppen aan de vleugels kunnen worden uitgeschoven om gecontroleerd de lift te verminderen en de luchtweerstand te verhogen. Hierdoor wordt het vliegtuig langzamer en daalt het naar de grond.
Het is dus een samenspel van verschillende effecten dat verklaart waarom vliegtuigen vliegen. De onderliggende fysische wetten worden ook door andere vliegende apparaten, zoals luchtschepen, benut voor het opstijgen. Voor welke vorm van vliegen u ook kiest, wij wensen u in ieder geval een prettige reis.
