Không khí xung quanh chúng ta

Hãy đi ra ngoài vào một ngày lộng gió. Bạn sẽ sớm nhận ra không khí mạnh
biết dường nào. Nó có thể nâng một con diều lên cao trên bầu trời và
tác dụng đẩy lên khinh khí cầu và mang nó đi ra. Nhưng ngay cả khi không
khí lặng gió, bạn cũng có thể cảm nhận sức mạnh của nó khi bạn di
chuyển. Hãy nghĩ tới chuyện đi xe đạp chẳng hạn. Bạn đạp xe càng nhanh,
thì không khí lùa vào mặt và cơ thể bạn càng mạnh. Hãy sải tay bạn ra –
bàn tay hơi hướng về phía trước – không khí đang chuyển động sẽ nâng nó
lên.

Có lẽ chúng ta không nhìn thấy không khí, nhưng nó hiện diện xung quanh
chúng ta. Thật vậy, hỗn hợp này của các chất khí bao xung quanh trái đất
giống như một tấm chăn khổng lồ. Những chất khí này, giống như mọi vật
chất, cấu tạo gồm những hạt rất nhỏ gọi là phân tử.

Cô gái này thích thả dốc xuống chân đồi trên chiếc xe đạp của mình, cô
có thể cảm nhận không khí đang lùa vào mặt và cơ thể mình.

Các phân tử không khí luôn luôn chuyển động. Chúng cũng chuyển động ra
khỏi đường đi của chúng ta khi chúng ta đi qua. Nhưng không khí cũng đẩy
ngược lên chúng ta từ mọi phía. Các phân tử không khí có trọng lượng.


Sinh ra để bay, con mòng biển này sử dụng đôi cánh của nó để bay liệng trong không khí.

Thiết kế để bay

Trong hàng thế kỉ, con người đã hiểu rõ không khí hành xử như thế nào.
Nhưng các nhà chế tạo máy bay còn hiểu một số cái khác nữa. Họ biết rằng
cấu trúc của họ, hay chiếc máy bay, phải được thiết kế theo một kiểu
nhất định nào đó. Khi được thiết kế như vậy, chiếc máy bay mới lượn đi
trơn tru trong không khí. Khi không được thiết kế như vậy, chiếc máy bay
sẽ không bao giờ rời khỏi mặt đất được.

Máy bay của tự nhiên

Nhiều loài động vật và thực vật sử dụng không khí để di chuyển. Chim
chóc, dơi và nhiều loài côn trùng có cánh để mà bay lượn. Một số động
vật như con sóc bay lướt đi từ cây này sang cây khác. Thực vật thì có
thể phân tán hạt giống của chúng qua không khí. Hạt cây sao chẳng hạn có
lớp bọc ngoài dạng cánh và được gió thổi mang đi xa.

---------- Bài thêm lúc 19:46 ---------- Bài trước là lúc 19:45 ----------

Hai loại máy bay

Mọi loại máy bay đều được thiết kế để bay trong không khí. Nhưng không
phải máy bay nào cũng bao giống nhau. Thật vậy, có hai loại máy bay. Một
loại được gọi là “nhẹ hơn không khí”. Còn loại kia được gọi là “nặng
hơn không khí”.

Một máy bay nhẹ hơn không khí có thể nổi bồng bềnh. Nó có thể nhẹ hơn về
trọng lượng so với không khí xung quanh nó. Quả khí cầu làm xiếc là thí
dụ đơn giản của loại máy bay này. Trước khi bơm đầy, quả khí cầu không
chuyển động. Trọng lượng của nó kéo nó trở xuống. Nhưng bơm đầy túi với
chất khí helium, thì quả khí cầu bay lên. Tại sao hiện tượng này xảy ra?
Nguyên do là helium nhẹ hơn nhiều so với không khí.

Một con diều thì nặng hơn không khí. Nhưng vào một ngày lộng gió, không
khí chuyển động bên dưới con diều có thể nâng nó lên cao trên bầu trời.

Vì sao con diều bay được?

Máy bay nặng hơn không khí thì có khác. Nó vẫn luôn luôn nặng hơn không
khí xung quanh nó. Loại máy bay này bay vì một nguyên do khác. Những bề
mặt của nó làm cho không khí nâng máy bay lên. Một máy bay nặng hơn
không khí đơn giản là con diều. Con diều có nhiều hình dạng và kích cỡ.
Nhưng chúng đều được chế tạo để bay lên trong gió.

Loại diều mà mọi người trên thế giới thích chơi đùa là diều hình con chim. Loại diều này có thể tìm thấy trên khắp thế giới.

Chỉ việc xếp và bay

Một kiểu máy bay nặng hơn không khí dễ chế tạo là máy bay giấy. Bắt đầu
là một tờ giấy phẳng. Khi phóng lên thì tờ giấy phẳng từ từ rơi trở
xuống sàn nhà. Nhưng chỉ sau một vài nếp gấp, tờ giấy trở thành một
chiếc máy bay. Với hình dạng mới của nó, tờ giấy cất lên và bay ngang
qua phòng.
theo thư viện vật lý
Khí cầu không khí nóng

Đa số chúng ta đều đã từng thấy chúng. To lớn và sặc sỡ màu sắc, những
quả khí cầu không khí nóng mang người đi những hành trình dài trong
không khí. Làm thế nào nó có thể bay như vậy?

Những chiếc máy bay nhẹ hơn không khí này có vài phương thức hoạt động
khác nhau. Thứ nhất, mỗi khí cầu không khí nóng có một cái túi chứa đầy
không khí, hay lớp vỏ. Do kích cỡ lớn của nó, cái túi đó có thể đánh
giạt đi rất nhiều không khí. Nhưng không khí dời sang chỗ khác đẩy ngược
trở lại. Thật vậy, không khí bị dịch chỗ này tác dụng lực mạnh đến mức
nó giữ cho cái túi nổi lên. Nói cách khác, cái túi đó là một vật nổi.

Nhưng cái rỗ buộc với cái túi thì vẫn ở trên đất. Tải trọng của thiết bị và con người mà nó mang thì nặng.

Quả khí cầu không khí nóng sặc sỡ màu sắc nổi bồng bềnh trong Thung lũng Napa ở California.

Nung nóng và làm nguội không khí

Để làm cho khí cầu không khí nóng bay lên, người phi công phải bật đèn
mỏ dưới cái túi. Mỏ đèn tạo ra lửa. Không khí nóng nhanh chóng dâng vào
cái túi khổng lồ. Điều này làm nóng các phân tử không khí bên trong.
Chúng bắt đầu chuyển động nhanh hơn. Đồng thời, một số phân tử thoát ra
ngoài qua phía dưới đáy của túi. Sự thoát ra đó để lại ít phân tử không
khí bên trong hơn. Chúng cũng ở cách xa nhau hơn. Không khí bên trong
khi đó kém đậm đặc hơn không khí bên ngoài, và vì thế nó nhẹ hơn. Kết
quả là gì? Khí cầu không khí nóng bay lên cao.

Để hạ khí cầu không khí nóng xuống, người phi công tắt mỏ đèn đi. Không
khí bên trong túi nguội dần đi. Điều đó có nghĩa là các phân tử không
khí chuyển động chậm dần. Chúng cũng tiến đến gần nhau hơn. Không bao
lâu sau thì đã có chỗ cho không khí bên ngoài tràn trở vào trong túi. Có
nhiều phân tử hơn khiến cho không khí bên trong túi trở nên đậm đặc hơn
– và nặng hơn. Vì thế, máy bay sẽ hạ xuống.

Chuyến bay khí cầu không khí nóng đầu tiên

Năm 1783, hai anh em người Pháp đã tạo nên lịch sử. Joseph và Jacques
Montgolfer đã chế tạo một cái túi bằng tơ và bơm đầy không khí nóng vào
trong nó từ một ngọn lửa rơm. Họ gắn một cái giỏ vào nó và quan sát thấy
khí cầu không khí nóng của họ bay xa dần. Những người thợ bay đầu tiên
là một con vịt, một con gà và một con cừu. Không bao lâu sau, những hành
khách con người đầu tiên đã thực hiện một chuyến bay trên một khí cầu
Montgolfer – trôi nổi trên bầu trời Paris trong gần nửa giờ đồng hồ.

Khí cầu bay

Khí cầu không khí nóng có thể bay, nhưng chúng không thể lái được. Chúng
chỉ trôi nổi trong bất kì hướng nào mà gió mang chúng đi. Khí cầu bay
cũng là một máy bay nhẹ hơn không khí. Nhưng không giống như khí cầu
không khí nóng, khí cầu bay có một động cơ và các cánh thăng bằng. Những
bộ phận này cho phép phi thuyền được lái đi bất kì hướng nào mà người
phi công muốn.

Lớp vỏ bọc của khí cầu bay có dạng dài và tròn. Người ta thường dùng khí
helium để bơm nó. Khí helium được chứa kín bên trong. Nó không thể
thoát ra ngoài. Vì helium nhẹ hơn không khí, nên lớp vỏ bọc đó trôi nổi.
Nó là một vật nổi.

Một khí cầu bay qua Tòa nhà Đế chế ở thành phố New York

Nâng động cơ và cabin

Nhưng động cơ của khí cầu bay thì nặng. Cabin, bộ phận chứa người và
hàng hóa, cũng vậy. Vậy thì máy bay loại này bay lên bằng cách nào?

Đối với đa số khí cầu bay ngày nay, câu trả lời là ballonet. Chúng là
những túi nhỏ cho không khí ở bên trong lớp vỏ bọc. Không khí có thể
được bơm vào hoặc bơm ra khỏi chúng. Khi không khí được bơm ra thì các
túi khí xẹp xuống. Khí cầu trở nên nhẹ hơn so với không khí bên ngoài.
Vì thế, nó bay lên cao. Để hạ khí cầu xuống, người ta bơm không khí vào
các ballonet trở lại. Càng chứa nhiều không khí thì khí cầu càng nặng.
Khí cầu trở nên nặng hơn không khí bên ngoài. Vì thế, hạ đáp xuống.

Không phải mọi chất khí đều giống nhau

Hindenburg là khí cầu bay đầu tiên mang những nhóm nhiều người bay xuyên
Đại Tây Dương. Con tàu bay khổng lồ dài tới 245 mét. Lớp vỏ của nó chứa
khí hydrogen. Hydrogen thì nhẹ hơn không khí. Nhưng không giống như
helium là chất khí không bén lửa, hydrogen có thể dễ dàng bén lửa. Đó là
cái xảy ra vào ngày 6 tháng 5 năm 1937. Khí cầu Hindenburg phát nổ.
Nhiều hành khách của nó bị thiệt mạng. bức ảnh trên chụp lại xác của khí
cầu sau khi nổ.

Máy bay nặng hơn không khí: Cơ sở khoa học
Máy bay nặng hơn không khí không có khả năng nổi. Chúng luôn nặng hơn
không khí xung quanh chúng. Tuy nhiên, những máy bay này có thể cất cánh
bay. Để làm như vậy, chúng cần đến không khí chuyển động nhanh và những
bề mặt có hình dạng thích hợp.

Cánh máy bay được chế tạo sao cho có hình dạng hoàn hảo để mà bay. Bề
mặt phía trên của nó uốn cong lượn. Đồng thời, rìa trước của nó dày hơn
rìa phía sau. Mặt dưới của cánh hầu như phẳng. Hình dạng này được gọi là
hình cánh máy bay.

Khi máy bay nặng hơn không khí chuyển động nhanh về phía trước, các phân
tử không khí đập vào phía trước mỗi chiếc cánh của nó. Một số phân tử
chuyển động phía trên cánh. Một số phân tử khác chuyển động bên dưới nó.
Hai nhóm phân tử khí gặp nhau ở phía sau cánh cùng lúc.

Không khí chuyển động nhanh

Các phân tử đi qua phía trên cánh phải đi xa hơn – trên đường cong – so
với các phân tử đi qua mặt dưới bằng phẳng của cánh. Cho nên không khí
phía trên cánh phải chuyển động nhanh hơn. Và khi không khí chuyển động
nhanh hơn, các phân tử phân tán ra xa hơn. Chúng trở nên kém đặc hơn.
Không khí này có áp suất thấp hơn.

Hình dạng của cánh máy bay tạo ra lực nâng làm cho máy bay rời khỏi mặt đất.

Nhưng không khí bên dưới cánh không bị kém đặc đi hoặc bị mất chút áp
suất nào hết. Cho nên không khí bên dưới cánh đẩy lên cánh với một lực
lớn hơn không khí phía trên cánh đẩy xuống. Lực lớn hơn đẩy từ dưới lên
này gọi là lực nâng. Lực nâng là cái làm cho máy bay rời khỏi mặt đất.

Đường hầm gió

Để quan sát không khí chuyển động xung quanh một chiếc máy bay như thế
nào, các nhà khoa học sử dụng những đường hầm gió. Bên trong đường hầm,
một dòng không khí mạnh thổi lùa về phía máy bay. Những người kiểm tra
thường thêm khói hoặc thuốc nhuộm vào không khí để dễ quan sát các dòng
chảy.

Bốn lực tác dụng

Bạn có thể thấy lực nâng phát huy tác dụng nếu bạn quan sát máy
bay trên đường băng. Một chiếc máy bay đang sẵn sàng nhận tốc độ thật
nhanh. Các động cơ của nó đẩy nó chuyển động mỗi lúc một nhanh. Trong
chốc lát, lực hấp dẫn vẫn giữ chiếc máy bay to nặng đó trên mặt đất. Tuy
nhiên, cuối cùng thì chiếc máy bay chuyển động đủ nhanh để cất lên. Vào
lúc đó, lực nâng đã đủ mạnh để thắng lực hấp dẫn.

Một khi máy bay đã cất cánh, các động cơ của nó hoạt động hết công suất
để đẩy phi thuyền về phía trước. Nhưng không khí cũng tác dụng lực đẩy
ngược, hay lực cản, đối với máy bay. Lực cản này được gọi là lực kéo
theo. Nó làm chậm những vật đang chuyển động trong không khí. Nếu phi
thuyền chuyển động chậm đi, thì lực nâng sẽ nhỏ hơn để thắng nổi lực hấp
dẫn. Để giữ cho máy bay ở trong không trung và chuyển động về phía
trước, các động cơ hoạt động mạnh hơn.

Để cho máy bay bay trong không khí, lực nâng từ các cánh của nó phải
mạnh hơn lực hấp dẫn, và lực đẩy về phía trước từ những động cơ của nó
phải mạnh hơn lực của không khí đẩy ngược lại.

Một khi chiếc máy bay này đã cất cánh xong, phi công sẽ thu các bánh xe vào để giảm lực kéo theo khi máy bay bay.

Lực kéo theo

Các nhà chế tạo máy bay biết rất nhiều về lực kéo theo. Họ biết không
khí cản trở một số hình dạng nhiều hơn so với những hình khác. Đó là
nguyên do các nhà chế tạo khí động hóa máy bay của họ. Một chiếc máy bay
khí động hóa để cho không khí chảy êm ái xung quanh nó. Một máy bay
chưa khí động hóa giữ các phân tử không khí xoáy tròn ở chỗ nào đó. Kết
quả là lực kéo theo lớn hơn, làm phi thuyền chậm đi.

Thu bánh xe lên

Cách thức thiết kế các bánh xe của máy bay là một thí dụ hay của sự khí
động hóa. Các bánh xe là cần thiết cho sự cất cánh và hạ cánh, nhưng
chúng vẫn dính ở bên ngoài khi máy bay đang bay. Vì thế, không khí liên
tục lùa vào các bánh xe và chuyển động xoáy tròn. Nó không thể chảy qua
chúng một cách êm ái. Để giải quyết vấn đề này, đa số các máy bay ngày
nay có những dụng cụ thu bánh xe lên trong khi bay.