en av de interessante tingene om å lære om thrust for en rakett, er at vi kan bruke de samme typer formler for fly. Så, la oss ta noen minutter og finne ut hvor mye drivstoff et fly bruker til å reise fra ett sted til et annet. Vi kan også se på hvorfor fly flyr i høyder som de gjør, og hvordan vinden påvirker drivstoffet som brukes.

hvordan gjør du dette? Vel, vi trenger to ligninger som vi har snakket om på forskjellige innlegg: (1) ligningen for trykk; og (2) ligningen for dragkraften. Når et fly reiser mellom to steder i konstant høyde, kan vi ignorere kreftene i vertikal retning, siden jordens tyngdekraft er balansert av heisen fra vingene. I horisontal retning er kreftene også balansert (siden vi reiser med konstant hastighet), nemlig at flyets trykk er balansert av dragkraften fra flyet som beveger seg gjennom luften.

Så, hva er dragkraften på et fly? Vel, vi kan beregne det ved hjelp av formelen: F=0.5 * Rho * Område * Dragkoefficient * Speed2, Hvor Rho er massetettheten av luft, Området er frontområdet til flyet, Dragkoefficient er Flyets Dragkoefficient, Og Hastigheten er flyets hastighet (med hensyn til vinden). La oss gjøre et enkelt eksempel, og ta Boeing 747, som flyet vist ovenfor. Noen forutsetninger om 747:

Område = 158,3 m2 (det er ganske stort!)

Dragkoeffisient = 0,05 (det er ganske lite!)

Velocity = 562 miles per time = 250 m/s

jeg fant i utgangspunktet disse ved å se på nettet.

overflatemassetettheten er 1,23 kg / m3. Tettheten avtar ganske raskt når du går opp i luften. Ved 30 000 fot er tettheten omtrent 38% av overflatetettheten (0,467 kg / m3). Ved 40.000 ft er tettheten ca 25% (0.308 kg / m3).

Ok, det var mange tall. Lei. Hva betyr dette? Vel, vi kan snakke om dragkraften som 747 opplever. Hvis vi gjør all matte, og vi antar at 747 er cruising på 40.000 ft, får vi en kraft på 75.750 N, som er 17.030 lbs. Hvis flyet skulle fly bare 10.000 ft lavere, ville kraften være 25.885 lbs, som er mye (50%) større, og viser at høyden som flyet flyr er ganske viktig.

la Oss nå beregne hvor mye drivstoff som brukes under en 6 timers flytur (si New York Til London). Hvis vi antar at det er alt cruise (som er en dårlig antagelse, siden mye drivstoff brukes til å ta av), hvor mye drivstoff bruker 747?

vel, vi må beregne hvor mye drivstoff en 747 bruker hvert sekund ved cruisehastighet og i høyde. Husk At Trykk = MassFlowRate * ExhaustVelocity. For en rakettmotor Er Eksoshastigheten virkelig hastigheten som gassen kommer ut av motoren. For en jetmotor er det egentlig ikke tilfelle, og det er litt mer komplisert. Men la oss hoppe over det og bare ta mitt ord at» ExhaustVelocity » av en jetmotor er omtrent 35.000 m / s. (hvis eksoshastigheten var så stor, ville det være ganske farlig å være rundt baksiden av et fly!)

for Å få MassFlowRate, kan vi bare dele kraften av ExhaustVelocity. Ved 40.000 ft høyde vil Massestrømmen være 2,16 kg / s. en gallon jetbrensel er ca 2.7 kg. Så, en 747 bruker like under (80%) en gallon jetbrensel hvert sekund. Avhengig av synspunktet ditt, er dette enten mye (en bil bruker en gallon noen få timer), eller en liten bit (en rakett bruker hundrevis av liter hvert sekund).

i løpet av en 6-timers (6*3600 sekunder) flytur, ville flyet bruke ca 17.300 liter drivstoff (ikke teller start og landing) hvis det fløy på 40.000 ft.

hvis flyet skulle fly på 30.000 ft og holde samme nøyaktige hastighet (562 mph), ville flyet bruke 26.300 liter! Det er 9000 liter jetbrensel mer, bare for å fly på 30.000 ft.

Forhåpentligvis hjelper Dette deg å forstå hvorfor fly flyr så høyt som mulig. Hvis du er på et veldig stort fly som flyr langt, kan flyet øke høyden et par ganger da det bruker drivstoff. En super tung 747 kan ikke fly på 50.000 ft, siden vingene ikke kan støtte heisen på 50.000 ft. Da 747 bruker drivstoff og er mindre masse, kan den fly i høyere og høyere høyder. Det beste sporet ville være å fly på høyeste høyde hele tiden, økende høyde hele tiden, men regler stopper dette – det er visse høyde «baner» som fly kan fly inn.

Bare for moro skyld, hvis flyet er på 40.000 ft, blir det omtrent 0.195 miles per gallon. På 30.000 ft blir det ca 0,128 miles per gallon. Hvis flyet hadde 400 personer på 747, og det fløy på 40.000 ft, ville hver person få tilsvarende 78 MPG. Ikke egentlig så ille! Det ville være vanskelig å kjøre et sted for denne typen drivstofføkonomi!

Interessant, Hvis en 747 skulle fly på bakkenivå hele flyet, ville det bruke 69.000 liter drivstoff til å fly Fra New York Til London, eller ville få ca 0,05 miles per gallon. Yikes!

Til slutt, hvordan påvirker vind mengden drivstoff som brukes? Vel, en 747 går 562 MPH ikke med hensyn til bakken, men med hensyn til bakgrunnsvinden. Så, hvis 747 flyr i jetstrømmen, som kan være omtrent vest til øst ved 100 MPH, vil bakken på 747 som flyr fra New York Til London være 652 MPH, men kommer tilbake Fra London Til New York, vil bakken være 452 MPH. Dette fører ikke til at mengden drivstoff som brukes per sekund, endres, men det endrer antall sekunder flyet er i luften. Fra New York Til London ville flyet bli forkortet til 5:10, og tilbake Til New York, det ville bli forlenget til 7: 30. Mengden drivstoff som brukes vil være 14 700 liter (sparer 2600 liter, NY Til London) eller 21 000 liter (koster ca 3700 flere liter, London Til New York).

ah, fysikk. Jeg elsker deg.

Å, på en side notat, tenk på I Den første Iron Man-filmen da Han (Iron Man) fløy Fra Los Angles Til Midtøsten i sin dress. Tydeligvis må det ha blitt trykket, siden han måtte fly på utrolig høye høyder. Iron Man er ganske stor mindre enn en 747, men han fløy sannsynligvis omtrent dobbelt så fort som en 747. Så, hvis du gjør beregningene, ville han ha måttet bruke ca 147 kg drivstoff. Hvis dette var jetbrensel (som det ikke var, men det er en egen diskusjon), ville det være omtrent 55 liter. Hvor la han alt dette drivstoffet??? Marvel Fans vil vite!