Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào mà những chiếc máy bay khổng lồ có thể bay trên không chưa? Mặc dù có vẻ như phép màu, nhưng các nguyên tắc đằng sau chuyến bay bắt nguồn từ vật lý cơ bản. NASA đã phát triển các thí nghiệm đơn giản bằng cách sử dụng các vật dụng hàng ngày như bóng bay, bóng nhỏ, quạt và đồng hồ bấm giờ để chứng minh bốn lực tác động lên máy bay: trọng lượng, lực đẩy, lực cản và lực nâng.

Hãy tưởng tượng chuyến bay như một hành động cân bằng liên tục giữa bốn lực đối kháng. Việc hiểu rõ mối quan hệ của chúng sẽ tiết lộ bí mật về cách máy bay bay.

• Trọng lượng: Đây là lực hút của Trái đất lên máy bay, luôn hướng xuống. Máy bay càng nặng thì trọng lượng càng lớn. Để khắc phục trọng lượng, một chiếc máy bay cần có đủ lực nâng.
• Lực đẩy: Lực đẩy về phía trước thường được tạo ra bởi động cơ. Lực đẩy càng lớn thì gia tốc càng nhanh. Một quả bóng bay đơn giản chứng minh điều này: khi được thả ra, không khí thoát ra tạo ra lực đẩy giúp quả bóng bay tiến về phía trước.
• Lực cản: Sức cản của không khí chống lại chuyển động của máy bay. Lực cản tăng theo tốc độ và phụ thuộc vào hình dạng của máy bay và mật độ không khí. Thiết kế khí động học giảm thiểu lực cản, giống như cách những chiếc xe hơi bóng bẩy di chuyển nhanh hơn trong không khí. Hãy thử điều này bằng cách lăn một quả bóng trong không khí so với trong nước — lực cản lớn hơn trong nước làm chậm quả bóng một cách đáng chú ý hơn.
• Lực nâng: Lực hướng lên chống lại trọng lượng. Cánh tạo ra lực nâng thông qua bề mặt trên cong (hình dạng cánh). Khi không khí chảy qua cánh, không khí chuyển động nhanh hơn ở trên tạo ra áp suất thấp hơn so với không khí chậm hơn ở bên dưới, tạo ra lực nâng hướng lên. Hãy thử giữ một tờ giấy lên miệng và thổi lên — tờ giấy sẽ bay lên, chứng minh lực nâng đang hoạt động.

Tài liệu giáo dục của NASA bao gồm các thí nghiệm hấp dẫn giúp những khái niệm này trở nên hữu hình đối với những người học trẻ tuổi. Bằng cách sử dụng các vật dụng gia đình, trẻ em có thể quan sát cách các hình dạng khác nhau ảnh hưởng đến lực cản hoặc cách trọng lượng ảnh hưởng đến tốc độ rơi. Những hoạt động này biến các nguyên tắc trừu tượng thành sự hiểu biết cụ thể thông qua khám phá tương tác.

Việc hiểu các lực này giải thích các hiện tượng hàng không chủ chốt. Máy bay tăng tốc trong khi cất cánh để tạo ra đủ lực nâng để khắc phục trọng lượng. Thiết kế cánh cong tối đa hóa hiệu quả nâng. Kiến thức này tạo thành nền tảng để thiết kế máy bay an toàn hơn, hiệu quả hơn.

Lần tới khi bạn nhìn thấy một chiếc máy bay lượn trên đầu, hãy xem xét các lực vô hình đang hoạt động — vật lý đáng chú ý giúp chuyến bay trở nên khả thi ở xung quanh chúng ta.