【力學關係】
汽車與道路、飛機與空氣的４種力學關係
如果空氣什麼都不做，就無法支撐起飛機
汽車能夠在路上停下來，是因為作用在汽車上的重力往道路施壓，以及道路的反作用垂直阻力互相平衡。在一定的速度下前進時，引擎產生的前進力與道路的摩擦力、空氣阻力等和行進方向相反的阻力互相平衡。
由以上得知，汽車包含了重力、道路反作用力、向前推進力及阻力等4種力學關係。
飛機和汽車完全相同，由4種力學關係組成。但與道路不同的是，如果空氣什麼也不做，那就無法支撐起飛機。為了與重力相平衡，必須從空氣中獲得力量。而擔任這個角色的，就是機翼。
機翼所產生的力量，就是升力，為了要獲得升力，飛機必須一直前進。也就是說，飛機不僅是為了移動，要獲得升力，也必須持續往前。藉由向前進，機翼劃破空氣後，空氣會產生反作用，於是形成了升力。
由引擎產生的往前進的力量稱為推進力，而空氣產生的抵抗力稱為阻力，飛機與汽車相同，當在相同高度下維持一定的飛行速度時，重力與升力、推進力和阻力的大小均各自相等。
要檢查飛機性能，重要的要素有升力與阻力的比率，也就是升阻比。在升力250噸下，當阻力為14噸時，升阻比為18。這個意思是用飛機總重量的18分之1的力即可飛行。
讓我們來看看空氣力學（其1）
吸盤黏在浴室磁磚上的原理
為了了解支撐飛機的升力及阻力大小，首先要調查空氣當中有多少力量。
將手放在水中，會感覺到壓迫感，這股力量就是靜壓力。如將手放入像河川一樣會流動的水中，除了壓迫感外，還會感受到手被沖往後方的力量，這股力量就是動壓力。如果講深一點，動壓力具有切向分量，其大小取決於手掌的方向，以及阻斷水流的方式。鯉魚在河川裡稍微受到水流影響，便會在原地悠游，這就是證明。
空氣和水一樣，都是流體一族，其靜壓力與動壓力的定義也相同。如果在風吹的情況下可以感覺到動壓力，但靜壓力則無法得知有無。這是因為我們體內也有1大氣壓力。
1大氣壓力指的是地面承受的氣壓，其大小為承受底面積1平方公尺、高10公尺以上的水柱重力，每1平方公尺約有10噸。
以例子來實際感受這個力量的大小，就相當於在浴室的磁磚上，使用沒有打釘子的吸盤。
如圖所示，與吸盤緊密連接的磁磚側的氣壓接近0。相對於此，外側就有約20kg的作用力。
這相當於需要舉起4瓶500毫升寶特瓶的力氣，無法輕易拿下來。不過，當磁磚側有空氣進入時，就變成了1大氣壓，如此便可以輕鬆取下了。
讓我們來看看空氣力學（其2）
靜壓力與動壓力的關係
洗車時，如果捏住水管前端，水勢就會增強，要沖掉輪胎周圍的髒汙就很方便。出水口的水量沒有改變，為什麼水勢及速度會增加呢？
當捏住水管前端周圍，水勢就會增強，也就是水流速度會變快，動壓力就會變大。
不過，當停滯在前端周圍的水壓比原本的水壓高時，水就不會再流動。但實際上水會更有力地流出，將輪胎上的髒汙確實沖掉。
原因是當流速變快時，也就是動壓力變大的時候，靜壓力就會變小，當全體壓力（全壓）固定時，水流就不會再受到阻礙。
以事實觀點來看，動壓力變大，靜壓力就會變小。壓力能量（靜壓）在狹窄的通道會變成運動能量（動壓）。以全體能量（總壓力）而言，在能量保存法則下並無變化，這就叫做柏努利定律（Bernoulli's principle），如圖中公式所示。
上述狀況如果把水換成空氣，也是相同的。例如當正面迎風時，是不是就會感覺到向後倒的力量？
用身體阻擋風的速度使其變成0時，運動能量就會轉換成壓力能量，受壓側的靜壓力就會變大，並感受到向後倒的力量。當動壓力一被阻擋流動，靜壓力就會發揮出來。
機翼所產生的「升力」是？
升力與動壓力及機翼面積成正比
鯉魚在河川中，受到水流輕微影響仍能在同一個地方悠游。
這是因為和流線型這種形狀有關。觀察鯉魚周圍的水流樣態（稱為流線），會發現這是左右對稱。就算水流有彎曲，也就是動壓力產生變化，左右兩側仍然相同，力量也是平衡的。
這意味著當破壞動壓力平衡後產生反作用力時，動壓力愈大，反作用力也愈大。
這個力量在周遭的事物中也能夠體驗到。
舉例來說，用湯匙的彎曲側靠近水龍頭出水口的水，會感受到從某個位置忽然被拉起的力量。這是因為彎曲側的空氣被水加速後，動壓力變大的關係。
此外，在紙的上半部吹氣，紙就會飄起，這也是相同的道理。再者如圖所示，用各式各樣的板子以不同角度在風中實驗，就會得知能夠形成最有效力量的板子形狀、以及板子的角度（攻角）。
如此就能有效利用動壓力變化所產生的力量，而機翼所產生的力量就稱為升力。另有一題外話，如果是利用比河水的動壓力更大的瀑布動壓力，「鯉躍龍門」或許就有可能了。
如此，機翼藉由平穩地接受空氣之力後便會產生升力，動壓力具有切向分量，其大小取決於捕捉風流的形狀，也就是面積，機翼面積愈大，能夠獲得的升力就愈大。
由此可知，升力與動壓力及機翼面積成正比。
試著用算式呈現升力
升力＝升力係數ｘ動壓力ｘ機翼面積
這裡用別的觀點來看，機翼讓氣流向後方下側彎曲，其反作用的力量就是升力，我們就先談談這個話題。反作用力的大小，根據牛頓的第2運動定律，力量＝質量ｘ加速度，也就是說，升力＝空氣的質量ｘ彎曲加速度，而加速度＝速度÷時間，因此升力＝空氣的質量ｘ速度÷時間。
此外，這裡所指的時間，就是空氣通過機翼長度的時間，因此，時間＝機翼長度÷速度。而空氣的質量＝空氣密度ｘ機翼體積，機翼體積＝機翼長度ｘ機翼面積，也就是說，升力與空氣密度ｘ（速度）2ｘ機翼面積成正比。如果將升力係數當作比例係數，升力＝升力係數ｘ空氣密度ｘ（速度）2ｘ機翼面積。
更簡單地說，如果升力是源自於機翼成功接收動壓力後自空氣產生出的反作用力，而作用於全體機翼的力量就是動壓力ｘ面積，那麼也能表示為升力＝升力係數ｘ動壓力ｘ機翼面積。
綜上所述，可以表示成左圖的式子。
飛機從空氣所承受的「動壓力」
作用於與行進方向呈直角的空氣力量就是升力，相反的方向為阻力。
如同伽利略在比薩斜塔上做的實驗，當在某高度將物品向下丟，如果沒有空氣阻力，那麼物品掉落的速度將與重量無關，且速度相同，這是眾所皆知的。
其掉落速度如左圖所示，以每秒9.8公尺加速向下，這就是重力加速度。如果沒有空氣阻力，那就會加速度向下掉落（自由落體）。
例如高空跳傘，在跳下的最開始幾秒間，會因重力的加速度而加速。但在數秒後，就會以一定的速度（臉朝下的姿勢時速約為200km！）向下降。這是因為空氣的阻力與重力相平衡。
打開降落傘後，由於阻力會增大，速度會減至即使著陸腳也不會摔斷的程度，一邊保持適當的阻力大小，一邊緩慢下降並著陸。
如此，當在空氣中以高速移動時，可知會從空氣中承受力量，而當飛機在空中飛行時，從空氣承受的力量可區分為：
‧作用於與行進方向呈直角的空氣力量為升力
‧作用於與行進方向相反的空氣力量為阻力
也就是說，升力與阻力都是作用於飛機的空氣力量，只因作用的方向不同而有不一樣的名稱。
從空氣承受到的力量，就是目前為止一直提到的動壓力。無論是阻力或升力，都與動壓力成正比，因此要以算式呈現的話也幾乎相同。不一樣的地方只有升力係數代換成阻力係數。
如何產生「向前推進的力量」
飛機與直升機、鳥類的差異是什麼
鳥類靈巧地拍動翅膀，藉由切斷空氣，用翅膀根部到中間產生升力，然後用翅膀前端產生推進力。
鳥類只需要靠一對翅膀，就可以同時產生升力及推進力，在空中自由飛翔。
同樣地，直升機也是如此，以機翼單獨產生升力及推進力。這個原理和竹蜻蜓相同，讓機翼以旋轉方式取代拍動，藉此同時產生升力及推進力。由於機翼一邊旋轉一邊在天上飛，因此直升機又叫做旋翼機。
不旋轉，而是固定翼機種的飛機恰如其名，由於機翼是固定的，因此無法拍動。為了要利用機翼切斷空氣，一定要用其他方式來代替拍動向前進。最簡單的前進方式，就是從高處跳下。在降落地面之前如果得到足夠的升力，那就能夠成功。
萊特兄弟利用汽車引擎讓螺旋槳旋轉然後飛行，這是最早從平地起飛的紀錄（1903年）。於此30年後才開始噴射引擎的歷史，現在則成為客機的主流。
噴射引擎的原理簡言之就跟膨脹的氣球能夠飛行的原理相同（參考第25頁）。只不過，當氣球的空氣用完就不能飛了，而噴射引擎會吸入大量空氣，在後方加速後噴出，只要周圍有空氣就能飛行。噴射出空氣的英文就是jet（噴射），因此稱為噴射引擎（※關於噴射引擎，詳細內容於下一章說明）。
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