Номер 7, страница 146 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

7. От дельтаплана до самолета.

Решение

Эволюция летательных аппаратов от простейшего дельтаплана до современного самолета — это история технологического прогресса, смелых идей и глубокого понимания законов аэродинамики. Этот путь можно разделить на несколько ключевых этапов, каждый из которых добавлял новую фундаментальную возможность к базовой идее полета.

1. Эра безмоторного полета: планеры и дельтапланы

В основе любого полета лежит способность создавать подъемную силу. Дельтаплан, как и его предшественник — планер, является простейшим летательным аппаратом тяжелее воздуха. Он не имеет собственного двигателя и использует для полета восходящие потоки воздуха и силу тяжести.

• Принцип действия: Крыло дельтаплана имеет специальный профиль. При движении сквозь воздух над крылом создается область пониженного давления, а под ним — повышенного. Эта разница давлений порождает подъемную силу $L$, которая противодействует силе тяжести $W$.
• Управление: Пилот управляет дельтапланом, смещая центр тяжести своего тела относительно точки подвески. Это позволяет изменять крен (наклон влево-вправо) и тангаж (наклон носа вверх-вниз), направляя аппарат в нужную сторону.
• Историческое значение: Пионеры авиации, такие как Отто Лилиенталь в конце XIX века, использовали именно планеры для изучения основ аэродинамики и управляемости. Их работа доказала, что управляемый полет тяжелее воздуха возможен, и заложила фундамент для создания самолета.

2. Революция братьев Райт: двигатель и трехмерное управление

Переход от планера к самолету стал возможен благодаря двум ключевым нововведениям, реализованным братьями Райт в 1903 году.

• Двигатель (Тяга): Братья Райт установили на свой аппарат «Флайер-1» легкий двигатель внутреннего сгорания и два толкающих винта. Это позволило создать горизонтальную силу — тягу $T$, которая преодолевала сопротивление воздуха (лобовое сопротивление $D$) и обеспечивала аппарату необходимую скорость для создания подъемной силы. Впервые полет стал не просто планированием вниз, а активным движением вперед. Для установившегося горизонтального полета должно выполняться условие равновесия сил: подъемная сила равна силе тяжести ($L=W$), а сила тяги равна силе сопротивления ($T=D$).
• Система управления по трем осям: Это было не менее важным изобретением. Братья Райт создали систему, позволявшую управлять самолетом в трех измерениях:
- Тангаж (Pitch): Управление по продольной оси (нос вверх/вниз) осуществлялось с помощью переднего горизонтального руля (руля высоты).
- Рыскание (Yaw): Управление по вертикальной оси (нос влево/вправо) — с помощью заднего вертикального руля (руля направления).
- Крен (Roll): Управление по поперечной оси (наклон крыльев) — с помощью перекашивания крыла (wing warping), предтечи современных элеронов.

Именно комбинация силовой установки и эффективной системы управления позволила совершить первый в истории управляемый полет на аппарате тяжелее воздуха с двигателем.

3. От первых самолетов до «Золотого века авиации» (1910–1930-е гг.)

После успеха братьев Райт развитие авиации пошло стремительными темпами:

• Конструкция: Хрупкие деревянно-тканевые бипланы (самолеты с двумя крыльями) постепенно уступали место более прочным и аэродинамически совершенным монопланам (с одним крылом). Появились самолеты с цельнометаллической конструкцией (например, Junkers J 1).
• Аэродинамика: Были внедрены элероны для управления креном, закрытые кабины для пилотов и пассажиров, убирающиеся шасси и капоты двигателей для снижения лобового сопротивления.
• Двигатели: Мощность и надежность поршневых двигателей постоянно росли, что позволяло увеличивать скорость, дальность и грузоподъемность самолетов. Вершиной этого периода стал Douglas DC-3 (1935 г.) — самолет, который сделал пассажирские авиаперевозки по-настоящему массовыми и рентабельными.

4. Реактивная эра и современность

Следующий качественный скачок был связан с изобретением реактивного двигателя в 1930–40-х годах.

• Скорость и высота: Реактивные двигатели позволили достичь скоростей, недоступных для винтовых самолетов, и летать на больших высотах (10–12 км), где ниже сопротивление воздуха и нет плохой погоды. Это потребовало создания герметичных салонов с системой наддува.
• Новые аэродинамические решения: Для полетов на околозвуковых скоростях была разработана стреловидная форма крыла, которая задерживала наступление волнового кризиса.
• Электроника и материалы: На смену механической проводке управления пришла электродистанционная система управления (fly-by-wire), где команды пилота передаются на рулевые поверхности через компьютер. В конструкции стали широко применяться композитные материалы, которые легче и прочнее алюминиевых сплавов.
• Эффективность: Современные турбовентиляторные двигатели с высокой степенью двухконтурности стали намного экономичнее и тише своих предшественников.

Таким образом, путь от дельтаплана до современного авиалайнера — это эволюция от пассивного использования сил природы к активному управлению ими. Ключевыми шагами на этом пути стали: добавление силовой установки для создания тяги, разработка систем управления по трем осям, совершенствование конструкции и аэродинамики, переход на реактивную тягу и, наконец, широкое внедрение компьютеров и новых материалов.

Ответ:

Эволюция от дельтаплана к самолету представляет собой последовательное усложнение летательного аппарата, основанное на добавлении ключевых систем. Дельтаплан — это безмоторный аппарат, использующий подъемную силу крыла и управляемый смещением веса пилота. Первый самолет братьев Райт стал революцией, так как к базовому принципу планера были добавлены: 1) двигатель для создания тяги, позволяющей совершать горизонтальный полет, и 2) система управления по трем осям (тангаж, крен, рыскание), обеспечившая полную управляемость. Дальнейшее развитие шло по пути совершенствования этих компонентов: переход от деревянных конструкций к металлическим и композитным, рост мощности и эффективности двигателей (от поршневых к реактивным), улучшение аэродинамики (монопланы, убирающееся шасси, стреловидное крыло) и внедрение электроники (автопилоты, навигационные системы, электродистанционное управление). Каждый этап делал полеты быстрее, безопаснее, дальше и экономичнее, превратив их из экстремального спорта в обыденный вид транспорта.