למה מטוסים ממריאים ונוחתים נגד הרוח?

מטוסים ממריאים ונוחתים באופן שמנוגד לכיוון זרימת האוויר. כלומר, אם הרוח נושבת מכיוון מזרח לכיוון מערב, סביר להניח שטיסות ימריאו וינחתו מכיוון מערב לכיוון מזרח, כך שהרוח כאילו "תדחוף" את המטוסים לאחור. למה זה קורה? 5 דקות על הפיזיקה הבסיסית של התעופה.

ek773

עוד כילד הכרתי, מבלי ממש להבין, את הכלל הבסיסי של המראות ונחיתות, לפיו המסלול שיהיה בשימוש הוא זה שפונה נגד כיוון הרוח. אם הרוח נושבת, למשל, בזוית של 180 מעלות (כלומר רוח צפונית, מכיוון צפון לכיוון דרום), אז סביר להניח, בהעדר שיקולים אחרים שיפעיל שדה התעופה, שהמסלול שיהיה בשימוש יהיה מסלול 36 (שפונה לכיוון 360 מעלות, כלומר לכיוון צפון) או מסלול שפונה הכי קרוב לכיוון זה. המטוסים שימריאו וינתחו על גבי מסלול 36, יבצעו את הריצה על המסלול כשהרוח נושבת על אפם, ממש כאילו הרוח דוחפת אותם לאחור. כילד הנתון הזה עשה איכשהו שכל, בכל הנוגע לנחיתות. חשבתי לעצמי, שהרוח הנושבת נגד אף המטוס בנחיתה, תפקידה לעזור לטייסים להאט את המטוס ביתר קלות. בכל זאת, מכונה כבדה הם מטיסים. זה אולי עשה שכל לגבי נחיתות, אבל מה לגבי המראות? נשאר תעלומה עבורי הרבה שנים. אבל כיום אני כבר מספיק גדול כדי להבין שיש כאן סיבה אחרת לגמרי, הרבה יותר מעניינת, לתופעה הזו.

———————————————————————————————————————

הצטרפו לעמוד הפייסבוק של בלוג המתמידים בו מתפרסמים פוסטים נוספים עם מידע, טיפים והמלצות

———————————————————————————————————————

(*דיסקליימר – אני לא פיזיקאי, ואולי אני שוגה מעט בהסברים, אבל הרעיון הוא להציג הסבר פשוט ככל הניתן.)

כדי לפצח את התעלומה, צריך להכיר תחילה את שני הכוחות המרכזיים שפועלים על מטוסים, בעת ריצה על מסלול ההמראה: כוח הכבידה וכוח העילוי.

כוח הכבידה (המשקל) מושפע מהמסה של המטוס ומקבוע הכבידה שאיננו משתנה. כוח הכבידה מושך את המטוס כלפי מטה, כך שככל שמסת המטוס גדולה יותר, כך המטוס נמשך יותר לאספלט של מסלול ההמראה, וכך קשה יותר לנתק אותו.

כוח העילוי מושפע ממספר רכיבים, ביניהם – והחשוב לענייננו – מהירות המטוס. ככל שהמטוס נע מהר יותר על גבי האספלט של המסלול, כך העילוי שלו גדול יותר. כוח העילוי מושך את המטוס כלפי מעלה, כך שככל ההעילוי חזק יותר, כך המטוס ישאף לטפס מעלה.

בהמראות, מטוסים מאיצים כדי לצבור מהירות גדולה יותר שתאפשר להם לנתק מהקרקע בדיוק בנקודה שבה כוח העילוי שלהם יהיה גדול יותר מכוח המשקל שלהם. בנחיתות, מטוסים מאטים את המטוס עד למהירות שתאפשר להם לנחות ברכות על המסלול (אותה מהירות שמעליה המטוס ינסוק כלפי מעלה ומתחתיה כוח המשקל ימשוך אותו לארץ).

לשם המחשה, מטוס Boeing 737 ממריא נניח ב-130 קשר. זה אומר שבהמראות, כאשר המטוס מגיע למהירות 131 קשר, כוח העילוי שלו חזק מכוח המשקל שלו (בהפשטה, יש כאן גם חשיבות לזווית ההתקפה ולהיבטים אחרים, בהם אגע בעתיד), ואז הוא מנתק ומתחיל לטפס. כשהוא ינחת, הוא יגיע למסלול כשמהירותו שואפת ל-130 קשר. הוא יאט את המהירות ממש עד לרגע שהיא תהיה 129 קשר, ואז כוח הכבידה שלו יהיה גדול יותר מכוח העילוי והוא פשוט ינחת ברכות על המסלול.

ואיך כל זה קשור לסוגיית "נגד הרוח"?

הרעיון הוא, שמהירות המטוס לצורך כוח העילוי, איננה מהירות המטוס ביחס לקרקע, אלא ביחס לחלקיקי האוויר שמקיפים את הכנף בזמן תנועת המטוס. את הכנף עוטפים מלמעלה ומלמטה חלקיקי אוויר, שחולפים על פני הכנף במהירות. מהירות הכנף ביחס לאותם חלקיקי אוויר היא שקובעת את כוח העילוי הרלוונטי. כאשר מטוס ממריא או נוחת נגד הרוח הוא למעשה ממריא ונוחת נגד כיוון תנועת חלקיקי האוויר. כך שהיחס בין מהירות הכנף למהירות חלקיקי האוויר גבוה יותר בהמראות נגד הרוח.

עכשיו, העובדה שהרוח נושבת נגד כיוון תנועת המטוס מאפשרת למטוס להמריא ולנחות מהר יותר ביחס למהירות הקרקעית שלו (כלומר, מהירות המטוס ביחס לקרקע, לאספלט של מסלול ההמראה). אם יש רוח אף חזקה, אז ביחס לקרקע עצמה המטוס ממריא ונוחת במהירות נמוכה יותר. חלקיקי האוויר חותכים את הכנף במהירות גבוהה, ואילו המטוס נע על הקרקע במהירות נמוכה יותר.

ולמה חשוב להמריא ולנחות במהירות קרקעית נמוכה? מטמעי בטיחות ואורך מסלול. השאיפה היא תמיד להמריא ולנחות כמה שיותר מהר ולנצל אורך מסלול מינימלי ככל הניתן, על מנת לאפשר מרווחי ביטחון למקרים של תקלות וכן להמריא ולנחות בצורה קלה ונוחה, ללא תנועות חדות של המטוס.

בשורה תחתונה, תפקיד כיוון הרוח בעת המראות ונחיתות היא כדי לאפשר למטוסים להמריא ולנחות בצורה מהירה יותר ביחס לחלקיקי האוויר, אך בצורה איטית יותר ביחס לאספלט.

מודעות פרסומת

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת גוגל

אתה מגיב באמצעות חשבון Google שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

מתחבר ל-%s