| CATEGORII DOCUMENTE |
| Agricultura | Asigurari | Comert | Confectii | Contabilitate | Contracte | Economie |
| Transporturi | Turism | Zootehnie |
| Navigatie |
Concursul de fizica ,,IULIAN GRINDEI"
Mijloace de transport moderne
si de viitor
Definitie: AVION, avioane, s.n. Vehicul aerian mai greu decat aerul, care se mentine in aer datorita unor aripi si se deplaseaza cu ajutorul elicei si motoarelor sau al reactoarelor, aeroplan.
Avionul este una dintre cele mai mari descoperiri al secolului XX.Inginerii s-au inspirat din studierea zburatorilor naturii-pasarile.
Din totdeauna oamenii au visat sa cucereasca cerul cu abilitatea si gratia pasarilor. Icar din legendele grecesti a zburat cu aripi de ceara spre cer. Cand a ajuns prea aproape de soare, ceara s-a topit iar el s-a prabusit.
Leonardo da Vinci, marele artist si inventator a fost obsedat de ideea de a zbura. A lasat in urma sa mai multe proiecte ale unor masinarii zburatoare imaginate de el. Au trecut insa 400 de ani pana s-a aflat secretul zborului.
Primele tentative de zbor au avut de cele mai multe ori un sfarait tragic. Unii dintre pilotii cu spirit de aventura si-au legat aripi, de brate dand din ele cu indirjire, pentru a se inalta la cer. Nici una dintre aceste incercari nu a dat rezultate, fiindca "pilotii" nu si-au dat seama ca atat forma, cat si miscarea aripii unei pasari are un rol important in zbor.
Mai tarziu aviatorii au descoperit cum pot face sa zboare aparatele mai grele decat aerul. Pentru asta a fost nevoie sa-si dea seama, cum se produce forta ascensionala necesara. In cazul plutirii in aer lucrurile au fost mai simple, lasand totul pe seama aerului, dar pentru a se ridica, a trebuit sa se gaseasca modalitatea de a atinge viteza necesara pentru a obtine forta ascensionala.
Wilbur si Orville Wright au rezolvat problema, folosind un motor cat mai mic si mai usor. Pe motor au montat o alice formata din piese de profil de aripa: aceasta se rotea pe plan vertical in fata MOTORULUI. Miscarea aerului determinata de rotatie, sau mai bine zis forta determinata de aceasta miscare, se numeste forta de tractiune. Aerul va fi impins inapoi, iar aparatul de zbor va inainta. La 27 decembrie 1903 in Kitty Harok, Carolina de nord, fratii Wright au efectuat primul zbor pe avionul lor cu motor. Aparatul a putut sa parcurga doar 36 de metri in 22 secunde, dar a reusit sa PUNA in practica principiul utilizat si de proiectantii de avioane care i-au urmat.
1.2. Componentele avionului
Componentele avionului:
- tren de aterizare;
- deriva;
- directie;
- fuzelaj;
- stabilizator;
- profundor;
- aripa;
- flaps;
- eleron;
Tren
de aterizare (sau de
amerizare) = ansamblul organelor cu ajutorul carora un avion (sau
un hidroavion) aluneca pe pamant (sau pe apa) inainte de
a-si lua zborul sau dupa ce a aterizat (sau a amerizat).
Deriva: Partea verticala fixa a ampenajului unui avion, al unui planor.
Directie: Ansamblul organelor folosite pentru conducerea unui vehicul (automobil, tractor etc.). ♦ (Si in sintagma bara de directie) Bara de otel articulata la ambele capete de rotile unui vehicul si care serveste la orientarea rotilor intr-o anumita directie.
FUZELJ, fuzelaje, s.n. - Parte componenta a avionului sau a planorului, care face legatura intre aripi si ampenaje si care poarta incarcatura, postul de pilotaj, comenzile.
Stabilizator: Partea fixa a ampenajului orizontal al unui avion.
Profundor: partea
posterioara, mobila a ampenajului orizontal al unei aeronave, care
asigura usurinta manuirii, echilibrul si stabilitatea
aeronavei.
Aripa Piesa de aparat care prezinta asemanare cu aripa pasarilor si ajuta la realizarea zborului aparatului.
Flaps- Volet situat in partea dinapoi a planurilor unui avion pentru a-i mari portanta.
Eleron - Fiecare dintre aripioarele de comanda ale carmei transversale a unui avion, prin manevrarea careia se realizeaza miscarile in zbor ale avionului.
1.3. Functionarea avionului
Avionul se desprinde de la sol fiind ajutat de forta motoarelor. Avionul poate zbura spre destinatie, dar pe parcurs va fi nevoit sa vireze pentru a avansa in directie potrivita. Virajele se pot efectua cu ajutorul stabilizatoarelor, si anume:cu eleroane situate pe aripi si cu deriva (sau carma), componenta ampenajului vertical.
Ridicarea aripii avionului se realizeaza prin ascensiune si turbulente ale aerului care trece deasupra aripii la parasirea bordului de scurgere se intoarece si se produce turbionarea aerului, la fel ca in cazul apei care se scurge intr-o gaura. Fenomenul se numeste turbulenta initiala, care la randul ei produce o alta turbulenta: contraturbulenta. Aceasta este la fel de puternica, ca si turbulenta initiala, dar se roteste in directie opusa, astfel ca atunci cand va trece pe sub aripa, tn directie opusa, se va intalni cu curentul de aer principal, pe care il va incetini.
Contraturbulenta se va deplasa mai departe, iar la bordul de atac al aripii se va deplasa in sus, alaturandu-se curentului principal. Din acest motiv curentul de aer inferior incetineste, iar cel superior, deasupra aripii, accelereaza. Astfel, presiunea va scadea in partea de sus, si va creste in partea de jos, ceea ce se numeste forta de ascensiune.
Eleroanele se afla pe bordul de scurgere a aripilor. Daca pilotul vrea sa intoarca avionul la stanga atunci va cobori eleronul de pe aripa dreapta, crescand pe partea respectiva forta de ascensiune. In acelasi timp va ridica eleronul stang, pe acea parte reducand forta de ascensiune. Cand avionul este inclinat spre stanga, manevra fiind astfel completa. Apoi daca avionul este orientat spre directia dorita, pilotul retrage eleroanele si deriva in pozitie normala.
Cand avionul se apropie de destinatie, pilotul trebuie sa se pregateasca de aterizare in conditii de siguranta. Este un proces complex si trebuie efectuat cu precizie extraordinara, pentru ca nu cumva aparatul sa piarda brusc din inaltime. In conditii ideale pilotul va zbura in directia opusa vantului, curentii de aer facilitand directionarea. Vantul lateral poate cauza probleme, deoarece poate dezechilibra avionul, si ingreuneaza efectuarea manevrelor de aterizare.
Pentru aterizare pilotul reduce viteza si coboara flapsurile si profundoarele pentru ca botul sa fie orientat in jos; scade forta dinamica de ascensiune, creste forta de rezistenta a aerului, avionul incepe sa coboare. Cand ajunge in apropierea pistei de aterizare, sunt ridicate stabilizatoarele orizontale, si intra in functiune aripile adjuvante frontale, situate la bordul de atac al aripilor. Acestea maresc suprafata aripilor si accentueaza forta de ascensiune. Rezultatul va fi inclinarea avionului pe plan orizontal, botul fiind orientat mai sus decat coada. Aceasta compenseaza scaderea fortei de ascensiune care rezulta din reducerea vitezei. Viteza avionului va fi atat de redusa incat pentru cateva momente pare ca pluteste deasupra pistei de aterizare.
Pentru reducerea vitezei se pun in functiune cateva flapsuri suplimentare. Acestea se afla pe bordul de atac al aripilor si se numesc spoilere. Acestea produc turbinarea aerului, care la randul lor vor mari forta de rezistenta a aerului si depasesc forta de ascensiune.
In aceasta etapa vor fi coborate rotile ceea ce mareste in continuare forta de frecare. La inceput avionul va atinge solul cu rotile trenului de aterizare principale. Profundoarele vor fi coborate, pentru ca botul sa coboare si rotile trenului frontal sa atinga solul. Aparatul a aterizat complet. Flapsurile sunt coborate complet, pentru a mari cat mai mult forta de frecare. Sunt actionate franele de roata, iar aparatul se opreste in final.
Forma exterioara a avionului, dimensiunile, motorizarea, organizarea structurala a componentelor sale ii influenteaza direct performantele. Avionul este un aparat complex alcatuit in mod normal din patru subsisteme:
1. structura de rezistenta
2. sistemul de propulsie
3. echipamentele de bord si aparatele de comanda a zborului
4. instalatiile si mecanizarea aeronavei
La avioanele militare se adauga armamentul de bord, instalatiile de bombardament si dirijare a rachetelor, blindajul de protectie, acrosajele si aparatura adecvata misiunilor de lupta.
Actionarea comenzilor avionului se realizeaza prin intermediul instalatiilor hidraulice si pneumatice. Esentiale pentru zborul avionului sunt si instalatiile de alimentare cu combustibil si ulei, instalatiile electrice, de antigivraj (dezghetare), sanitara, de izolatie termica si fonica, climatizare si comenzile agregatelor aeronavei, echipamentul de dirijare.
Comanda sistemului de propulsie si a comenzilor partilor sale mobile asigura manevrarea aeronavei.
Comanda tractiunii se realizeaza prin maneta de gaze care actioneaza sistemul de propulsie. Comenzile partilor mobile sunt asigurate prin mansa, paloniere, flapsuri, frane, etc. De exemplu, actionarea mansei inainte si inapoi implica bracarea profundoarelor in sus si in jos, fapt care duce la o miscare a avionului in sus sau in jos. Miscarea mansei spre stanga sau dreapta actioneaza eleroanele de pe aripi, ducand la o miscare de ruliu (rotatie) in jurul axei longitudinale. Calcarea palonierelor (pedalelor) spre stanga sau dreapta actioneaza directia avionului in lateral. Ceea ce trebuie retinut insa, este ca manevrarea aeronavei se face prin actionarea combinata a diferitelor comenzi
Planuri de viitor
Avionul care zboara ca o pasare
Pentru
inginerii Nasa, tehnologia avionelor din 2050 ar urma sa se inspire din
zborul pasarilor. Ceea ce este insa nou tine de o anume
plasticitate a viitoarelor avioane, care ar trebui sa fie capabile
sa-si adapteze forma aripilor, din . zbor, la conditiile
concrete: altitudine, forta si directia vantului
(curentilor), incarcatura etc. Obiectuvele vizate ar fi, pe
de o parte, cresterea sigurantei si reducerea consumului de carburanti,
iar pe de alta, sporirea gradului de confort al calatorilor in timpul
turbulentelor. Pe baza computerului de bord, la care vor ajunge toti
parametrii de zbor inregistrati de captatori plasati pe carlinga,
avionul va adopta cea mai potrivita forma de aripi, pentru
conditiile respective. E de la sine inteles ca acestea vor fi
executate din materiale capabile sa se "deformeze" in functie de
comenzile primite, dar care sa fie suficient de "rigide" in restul timpului.
5. Elicoptere si autogiruri
La acest elicopter inaintarea mareste
Modelul Sikorsky S-76A; viteza curentilor de aer langa paleta dirotorul se inclina pentru o dreapta, iar pe stanga miscarea in spate o
deplasare spre dreapta. scade. Paletele se indoaie in sus si in jos
pentru a egaliza forta de ascensiune pe
cele doua parti.
Pentru a putea ramane in aer, avioanele clasice trebuie sa aiba neaparat o miscare de inaintare. Cand aripile inainteaza in aer, se genereaza o forta ascensionala aerodinamica care egaleaza forta gravitationala. Elicopterul poate ramane in aer fara miscare de inaintare, deoarece forta ascensionala se genereaza prin rotatia aripilor. Aceasta forta, ca si la avioanele cu aripi fixe, este determinata de rezistenta aerului din jurul aripii.
Aripile subtiri ale elicopterului se numesc palete. Ansamblul de palete - rotorul - este actionat de un motor. La autogir, rotorul nu este actionat de motor; aceasta masina zburatoare este propulsata de o elice, iar curentul de aer generat de aceasta elice invarte rotorul, ca si vantul paletele morii de vant.
Cand elicopterul pluteste, forta ascensionala generate de rotor este egala cu greutatea elicopterului. Pentru a ridica elicopterul la o inaltime mai mare trebuie marit unghiul de pozitie al paletelor. Pilotul elicopterului poate mari simultan unghiul de pozitie a tuturor paletelor cu ajutorul parghiei de comanda. Daca elicopterul trebuie sa coboare, se poate micsora forta ascensionala prin micsorarea unghiului de pozitie.
5.1. Dirijarea
Pentru miscarea de deplasare rotorul se inclina un pic in fata, mentinand astfel aparatul in aer si imprimindu-i si o miscare de inaintare. Pentru inclinarea rotorului se mareste unghiul de pozitie a paletelor aflate in spatele elicopterului si se micsoreaza unghiul celor din fata. Forta de ascensiune in spate este mai mare decat in fata si astfel rotorul se inclina.
Rotorul se poate inclina si in alte directii, si astfel elicopterul se poate misca in fata, in spate si in cele doua directii laterale. Astfel, pentru a se deplasa spre dreapta, trebuie marita forta de ascensiune in partea stanga, adica rotorul trebuie inclinat spre dreapta, cu ajutorul manetei regulatorului ciclic al unghiului de pozitie.
In jurul anului 1500 Leonardo da Vinci a schitat proiectul unui elicopter actionat manual. Mai tarziu alti inventatori au executat diverse prototipuri actionate de motoare care se si ridicau in aer, dar elicopterele utilizabile au aparut doar la sfarsitul anilor 1930.
Daca elicopterul porneste inainte din pozitie de plutire, are tendinta de a se inclina lateral, datorita faptului ca fata de curentul de aer care trece pe langa aparat, paletele care se misca inainte au o viteza mai mare decat cele care se misca in spate si astfel forta de ascensiune va fi mai mare in una dintre parti. Pentru a elimina acest inconvenient, paletele sunt fixate de corpul rotorului printr-o articulatie mobile tip balama sau sunt proiectate din materiale flexibile, si astfel prin miscarea lor inainte se indoaie putin in sus. Aceasta incovoiere scade intr-o anumita masura forta ascensionala si o micsoreaza datorita diferentei de viteza a paletelor fata de aer. Astfel se elimina inclinarea laterala nedorita a elicopterului.
Stabilitatea
Elicopterul dotat cu un singur rotor, in timpul ,,plutirii" se invarte si el incetisor in conformitate cu a treia lege de miscare a lui Newton, dupa care fiecare forta genereaza o forta de reactie egala ca marime dar de sens contrar cu forta de actiune. Astfel, forta cu care motorul elicopterului invarte rotorul, si rotorul la randul sau actioneaza asupra elicopterului, cu aceeasi forta dar de sens contrar. Deoarece elicopterul are o masa destul de mare, se va invarti in sens opus rotatiei rotorului cu o viteza destul de mica, si pentru a evita acest inconvenient, trebuie echilibrata aceasta actiune - moment de rasucire - cu o forta de sens contrar.
Unele elicoptere au doua rotoare principale care se rotesc in sens opus. Ambele genereaza forta de ascensiune, dar fortele ce tind sa invarta elicopterul se echilibreaza.
Cele mai multe elicoptere au insa un rotor principal si un rotor mai mic cu palete verticale: rotorul de coada, egalizatorul momentului de rasucire. Acesta produce o forta orizontala in coada elicopterului, care echilibreaza momentul de rasucire generat de turbina principala si astfel elicopterul nu se mai invarte in stare de plutire.
Cu schimbarea fortei generate de rotorul de coada se poate dirija elicopterul - schimbarea fortei realizandu-se prin schimbarea unghiului de pozitie a paletelor verticale. Daca se mareste unghiul de pozitie a rotorului de coada, atunci se mareste forta orizontala si elicopterul se va invarti in directia sensului de rotatie a rotorului.
Daca se defecteaza motorul elicopterului, se va micsora turatia rotorului principal si acesta nu va mai genera forta de ascensiune necesara, dar elicopterul in asemenea situatie poate ajunge pe pamant in siguranta cu metoda denumita auto-rotatie. Pilotul, cu ajutorul manetei regulatorului ciclic al unghiului de pozitie, confera paletelor o pozitie in care muchiile de intrare vor fi dirijate in jos. Cand elicopterul coboara, curentul de aer de ascensiune mentine rotatia rotorului in sensul corect. Cand aparatul se apropie de sol, pilotul ridica unghiul de pozitie a paletelor, asigurand astfel o forta de ascensiune suficient de mare pentru a reduce viteza de impact cu solul.
6. Aerodinamica. Puntea dintre natura si om.
Aerodinamica este stiinta care se ocupa cu studiul miscarii corpurilor in aer. Aerodinamica poate fi teoretica, experimentala sau aplicata.
De la zborul mitologic al lui Icar si pana la realizarea tehnica a acestuia, omul a parcurs mai multe etape. Pasul mare pentru umanitate a fost facut in momentul in care observarea zborului pasarilor s-a transformat in experimente practice, in urma carora omul a reusit sa se desprinda de la sol. Acumularea datelor a condus la dezvoltarea unei stiinte prin care s-a reusit modelarea matematica a fenomenelor fizice ale zborului, modelare fara de care nu ar fi fost posibil progresul tehnic in domeniul zborului. Relatiile de baza ale aerodinamicii au fost stabilite inca din secolul trecut ( poarta numele de ecuatiile Stokes-Navier ). Desi erau bine cunoscute si de catre academicienii francezi, acestia au raspuns memoriului lui Traian Vuia ( care demonstra posibilitatea zborului controlat cu masini mai grele decat aerul) ca "este imposibil". O simpla problema de interpretare.
Acum totul ni se pare firesc. Este de ajuns sa ridici capul pentru a vedea darele de condensare lasate de avioanele de pasageri, care zboara cu viteze de 800 km/h, la altitudini de peste 10000 m. Cum este posibil ca aparate de zbor, grele de zeci de tone, sa se ridice de la sol ? Datorita portantei. Ce este portanta ? Daca am vrea sa dam un raspuns evaziv am cita un text scris pe peretii baracilor pilotilor englezi, care participau la Batalia Angliei. "Portanta este o floare care se naste din viteza."
La inceputul secolului XX, atat datorita avantului aviatiei, cat si al dezvoltarii constructiilor hidrodinamice, aplicatiile mecanicii fluidelor s-au grupat in doua mari ramuri : aerodinamica si hidrodinamica.
Dupa cum sugereaza denumirea acestei stiinte, aerodinamica este un domeniu al mecanicii fluidelor ce studiaza interactiunea dintre suprafata corpurilor si aer. Aceasta se manifesta prin aparitia unor forte si momente aerodinamice care actioneaza asupra corpurilor. Deoarece la anumite viteze de zbor incep sa apara fenomene aerodinamice complexe cu influente mari asupra zborului, aerodinamica, atat teoretica, cat si experimentala, poate fi clasificata folosindu-se drept criteriu de referinta numarul Mach (notat cu M), care reprezinta raportul dintre viteza de deplasare a corpului (avion, racheta etc.) si viteza de deplasare a sunetului in mediul unde are loc deplasarea corpului respectiv.
Distingem astfel:
a) - aerodinamica vitezelor mici sau a mediilor incompresibile, care se extind de la M=0 pana la M=0,8;
b) - aerodinamica vitezelor transsonice, de la M=0,8 la M=1,2; c) - aerodinamica vitezelor supersonice, corespunzatoare numerelor M>1,2, cand se considera ca pe intregul invelis al aparatului de zbor vitezele scurgerilor sunt supersonice; d) - aerodinamica vitezelor hipersonice, al carei domeniu de cercetare il reprezinta vitezele de M>5, zborul mentinandu-se, insa, in straturile dense ale paturii atmosferice terestre.
Una din problemele de baza ale aerodinamicii, cu aplicatii in aviatie, este calculul fortei portante (Fz), forta care in zborul aerian orizontal echilibreaza greutatea aparatului (mxg). Fara portanta, zborul orizontal aerodinamic nu este posibil, aceasta ramura constituind aerodinamica suprafetelor portante (aripi si ampenaje).
O alta problema importanta in aerodinamica este obtinerea celor mai avantajoase forme (profile), astfel ca franarea aerodinamica, denumita rezistenta la inaintare (Fx), sa fie minima. Pentru un aparat de zbor oarecare, cu cat raportul Fz/Fx (intre forta portanta si forta de rezistenta la inaintare) este mai mare, cu atat aparatul respectiv este mai reusit din punct de vedere aerodinamic (raportul Fz/Fx se numeste "finete aerodinamica").
Aparitia fortei de tractiune la elicele aeriene si la rotoarele de elicopter se bazeaza pe fenomene aerodinamice similare aparitiei fortei de portanta pe aripile fixe ale avioanelor. Profilul aerodinamic este o sectiune transversala dupa axa longitudinala a unui corp aerodinamic, de forma acestuia depinzand toate caracteristicile aerodinamice ale corpului: portanta maxima, rezistenta la inaintare etc (Figura 1)
Figura 1
In continuare vom prezenta cateva detalii pentru a intelege mai bine forta portanta. Imaginati-va o teava prin care curge un fluid oarecare. Ce se va intampla daca ii vom micsora sectiunea ? Viteza fluidului va creste, in zona de ingustare, deoarece debitul trebuie sa ramana constant. Daca nu ne credeti, luati un furtun de cauciuc, fixati-l pe teava de la robinetul de apa, deschideti robinetul de apa si vedeti cum variaza viteza de curgere atunci cand turtiti capatul liber. (Figura 2)
Figura 2
Acum priviti un profil de aripa, bombat pe partea superioara (careia i se spune extrados) si plat pe partea inferioara (intrados). Daca el este plasat intr-un curent de aer, se va produce un fenomen similar celui descris mai sus. Mai exact, aerul va curge cu o viteza mai mare pe suprafata superioara (ca si cum am avea o micsorare de sectiune de curgere).
Aparitia fortei de portanta este strict legata de curgerile aerodinamice pe profil. Curentul de aer care parcurge profilul dinspre bordul de atac spre bordul de fuga creeaza diferente de presiune pe aceasta. Coeficientul de presiune (Cp) reprezinta raportul dintre variatia de presiune pe profil si presiunea atmosferica. In cazul in care profilul este axial simetric (forma partii superioare a acestuia este identica cu forma partii inferioare), iar profilul este dispus fara unghi de incidenta (α) in curentul de aer, diferentele de presiune pe profil se anuleaza, iar forta portanta este nula.
Pentru profile cu grosime relativ mare, la anumite unghiuri de incidenta medii (αmed), vitezele pe partea superioara a profilului (extrados) sunt mult mai mari decat viteza neperturbata (V ), in timp ce pe dedesubtul aripii (intrados) aceste viteze pot deveni chiar mai mici decat V
Sa ne amintim legea lui Bernoulli. Ea spune ca suma presiunilor statica (data, de exemplu, de masa de aer care apasa pe suprafata atmosferica) si dinamica (proportionala cu patratul vitezei de deplasare a fluidului) este constanta.
Dar, asa cum spuneam mai sus, suma presiunilor trebuie sa ramana constanta, deci pe extradosul profilului vor actiona subtiuni (Cp<0), in timp ce pe intradosul acestuia vor fi suprapresiuni (Cp>0) (Figura 3)
Figura 3
Rezultanta acestor forte de presiune este o forta Fz dirijata in sus, denumita forta portanta. (Figura 4)
- Deoarece avem o crestere o vitezei aerului pe suprafata superioara a aripii, se va produce o crestere a presiunii dinamice, deci o scadere o presiunii statice, rezultand o forta de portanta.
Din acest moment avem explicatia textului scris de pilotii care participau la Batalia Angliei. Este important de precizat faptul ca subtiunile de pe extrados au o contributie mult mai mare la realizarea portantei decat suprapresiunile de pe intrados, raportul fiind de 3:1 pentru profilele cu grosime relativa mare.
Din nou despre portanta
Proiectantii de avioane sunt confruntati la tot pasul cu cerinte contradictorii. Pentru a avea distante de decolare si aterizare cat mai scurte este bine ca portanta sa egaleze greutatea la viteze cat mai mici. De aceea am avea nevoie de profile de aripa mai groase si implicit mai "bombate". Dar asta inseamna o crestere semnificativa a rezistentei la inaintare (avionul se "strecoara" mai greu prin aer), deci va fi necesar un sistem de propulsie mai puternic, cu un consum de carburant mai mare. In plus caracteristicile aerodinamice se vor inrautati la viteze mari de croaziera. Ca sa zburam mai repede am avea nevoie de profile de aripa subtiri. Totusi avionul nostru trebuie sa decoleze si sa aterizeze la viteze relativ mici. Ce putem face? Pur si simplu vom modifica profilul aripii, in functie de necesitati. Vom introduce un dispozitiv de hipersustentatie numit flaps. Practic, o zona din aripa va fi bracata in jos, inaintea decolarii sau aterizarii. Astfel vom mari curbura profilului si portanta. (figura 5)
Figura 5 - Prin bracarea in jos a partii posterioare a aripii
obtinem o crestere a portantei, dar si a
rezistentei la inaintare.
Controlul avionului
Oricat de frumos, avionul nu ar fi ceea ce este daca nu l-am putea controla. La inceputurile aviatiei s-au incercat fel de fel de metode, dar, in cele din urma, s-a "standardizat" o configuratie devenita clasica. Pentru a dirija avionul in zbor, nu putem apela decat la fortele aerodinamice. Sa luam cazul rotirii in jurul axei longitudinale, axa x, care poate fi obtinuta daca portanta va fi inegala pe cele doua aripi. Vom modifica din nou profilul aripii, folosind de aceasta data niste suprafete de comanda, numite eleroane, plasate la extremitatile aripilor, eleroane care se bracheaza in sensuri contrare, ducand la o miscare de "rasucire" a avionului. Pentru rotatii in jurul axei y, (cabraj sau picaj) foloseste o suprafata de comanda plasata pe ampenajul orizontal, numita profundor, iar pentru controlul directiei (rotatii in jurul axei z) se foloseste un organ de comanda care se numeste chiar asa: directie.
Forta aerodinamica
Fiecare element al unei pale de elicopter in rotatie produce o forta aerodinamica elementara. Toate aceste forte sunt paralele si de acelasi sens, rezultanta lor fiind forta aerodinamica totala a palei (Fr), ce reprezinta, de fapt, efectul global al fortelor elementare avand punctul de aplicatie in centrul aerodinamic al palei.(Figura 6)
Figura 6
Pentru a putea analiza efectul fortei aerodinamice totale (Fr) pe pala in rotatie, aceasta forta se descompune in doua forte concurente: Fz, perpendiculara pe directia vitezei V (forta portanta), si Fx, paralela la directia vitezei (rezistenta profilului)Figura 7
Elicopterul face parte din categoria aparatelor mai grele decat aerul care se mentin in zbor prin diferenta de presiune creata pe suprafetele de sustentatie. Forta de tractiune verticala (opusa greutatii), care face posibila mentinerea in aer a acestor aparate, se datoreaza miscarii profilului aerodinamic in curentul de aer cu o viteza V, fiind direct proportionala cu marimea acesteia. Viteza este, astfel, elementul esential care genereaza pe un profil forte aerodinamice a caror rezultanta este forta de sustentatie. (Figura 8)
Figura 8 Aparitia fortei de
sustentatie la elicoptere
In cazul avioanelor (aparat cu aripa fixa), viteza (V) necesara sustentatiei este obtinuta cu ajutorul unui sistem de propulsie independent de aripa (elice, jet), iar in cazul elicopterelor (aparat cu aripa rotitoare), aceasta viteza (U) este obtinuta prin rotirea aripilor (rotorului portant). In ambele cazuri forta de sustentatie este perpendiculara pe viteza. (Figura 9)
Figura 9
Spre deosebire de avion, aripa rotitoare a elicopterului permite acestuia mentinerea in aer atat in zbor la punct fix, cat si cu inaintare.
Prima demonstratie reusita prin care s-a confirmat posibilitatea producerii fortelor de sustentatie prin rotirea aripilor (forta capabila sa invinga greutatea aparatului) a fost facuta in fata Academiei de Stiinte din Paris, in aprilie 1784, de catre francezii Launoy si Bienvenue. Modelul construit de acestia avea doua elici contrarotative dispuse la capetele unui ax, actionate de forta unui arc.
Aparatele cu aripi rotative se pot clasifica din punct de vedere al influentei asupra aparitiei si dezvoltarii elicopterelor din configuratiile actuale in: a) Autogir: aparat de zbor cu aripi rotative neatrenate mecanic, ci puse in miscare datorita translatiei, cu o elice tractiva (propulsiva), inventat de spaniolul Juan de la Cierva. Primul zbor reusit de acesta a avut loc cu aparatul C-4 la 10 ianuarie 1923. Aaparut datorita dorintei de separare a portantei de viteza de zbor. La avioanele clasice (cu aripa fixa), aceasta dependenta este principala cauza a accidentelor de zbor. b) Combinatul: aparat de zbor cu aripi rotative, ce decoleaza si aterizeaza vertical datorita unui rotor cu ax vertical antrenat de motor numai pentru aceste cazuri. Zborul cu inaintare este realizat cu ajutorul unei elice (tractiva sau propulsiva), sustentatia fiind asigurata de aripile rotative, decuplate de la motor, functionand in regim de autorotatie. c) Girodina: aparat cu aripi rotative actionate de un motor si elice anticuplu pe directia de zbor. A fost inventat de germanul Anton Flettner in 1936. A aparut pe considerentul ca, dispusa astfel, elicea anticuplu contribuie la marirea fortei de propulsie in zborul cu inaintare.
d) Giravionul: aparat de zbor cu aripi rotative, actionate de jet, al carui motor actioneaza compresorul ce genereaza aerul necesar combustiei din camerele de ardere dispuse la varful palelor rotorului - in zborul de decolare si aterizare la verticala, ca elicopter - sau elicea propulsiva in zbor, ca autogir, cu rotorul in autoturatie. A aparut ca experiment in anul 1940, fiind proiectat de austriacul Friederich von Doblhoff. e) Convertoplanul: aparat de zbor combinat, cu sistemul de sustentatie basculant din pozitie verticala in pozitie orizontala. In zborul la punct fix sau vertical, portanta este realizata doar de rotoare, iar in zborul orizontal aceasta se combina cu portanta aripii.
Datorita avantajelor evidente ale convertoplanului, se pare ca acesta reprezinta solutia tehnologica a mileniului trei, pentru aparatele de sprijin logistic aerian ambarcate.(Figura 10)
Figura 10
- Convertoplanul
7. Aerodinamica avionului
Aparute la inceputul secolului XX, primele avioane cereau mult curaj si indemanare pentru a le pilota. In acea vreme, ele nu erau nici rapide, nici incapatoare. Primul zbor cu aeroplanul a fost realizat in 1903, de catre fratii Orville si Wilbur Wright. Louis Bleriot a fost primul pilot care a traversat Canalul Manecii, in . Charles Lindbergh a realizat prima traversare a Atlanticului, singur si fara escala, in . In , Wiley Post a fost primul pilot de avion care a facut singur turul lumii. A parcurs 25 000 km in 7 zile, 18 ore si 49 de minute. Asupra unei aeronave aflate in zbor actioneaza patru forte care trebuie sa se afle in echilibru. O forta in general poate fi interpretata ca o tragere sau o impingere asupra unui obiect intr-o anumita directie.
7.1 Greutatea
Greutatea este o forta orientata intotdeauna spre centrul pamantului. Ea este direct proportionala cu masa avionului si depinde de incarcarea sa. Desi este distribuita asupra intregului aparat, ne putem imagina ca ea este colectata si actioneaza asupra unui singur punct, numit centrul de greutate. In zbor, desi aeronava se roteste in jurul centrului de greutate, orientarea greutatii ramane tot spre centrul pamantului. In timpul zborului greutatea scade constant datorita consumarii combustibilului din rezervoare. Distributia greutatii si centrul de greutate se pot si ele schimba, de aceea pilotul trebuie sa ajusteze constant comenzile pentru a tine avionul in echilibru.
7.2 Tractiunea
Tractiunea este asigurata de sistemul de propulsie. Valoarea tractiunii depinde de mai multi factori asociati sistemului de propulsie: tipul motorului, numarul de motoare, comanda motorului, viteza si inaltimea de zbor. In figura alaturata, cele doua motoare ale avionului sunt dispuse sub aripi si orientate paralel cu fuzelajul, deci tractiunea va actiona pe linia central longitudinala a fuzelajului. La unele avioane (de exemplu Harrier) directia tractiunii poate varia in functie de evolutia pe care o executa. De exemplu la decolare ea este orientata la un anumit unghi fata de axa longitudinala a avionului, pentru a 'ajuta' avionul sa decoleze. Insa, la avioanele turboreactoare, desi gazele de ardere sunt evacuate in directie opusa directiei de zbor, acest lucru face ca avionul sa fie 'impins' inainte, pe principiul actiune <-> reactiune descris de Newton: oricarei forte de actiune i se opune o forta egala si de sens contrar, numita reactiune.
7.3 Rezistenta la inaintare
Rezistenta la inaintare (la miscare) este forta aerodinamica care se opune oricarui corp ce se deplaseaza intr-un fluid. Marimea acestei forte este influentata de mai multi factori: forma aeronavei, densitatea si compozitia aerului, viteza. Directia acestei forte este intotdeauna opusa directiei de zbor si putem considera ca ea 'se concentreaza' intr-un singur punct numit centru de presiune.
Portanta este forta care tine avionul in aer si trebuie inteleasa in raport cu celelalte trei. Ea poate fi generata de orice parte a aeronavei, dar la un avion obisnuit portanta este datorata in special aripii si in particular formei specifice in sectiune a aripii. Portanta este o forta aerodinamica datorata 'trecerii' unui obiect printr-un fluid. Ea actioneaza asupra centrului de presiune si este definita ca fiind perpendiculara pe directia de curgere a fluidului. Teoriile despre generarea fortei portante au devenit sursa de mare controversa sau subiect de discutii aprinse. Desi explicatia exacta si completa este destul de dificil de inteles fara aparatul matematic adecvat, acest articol incearca sa expuna principiile ei.
Schimbarea directiei sau vitezei unei curgeri de fluid genereaza o forta. Mai specific, portanta apare atunci cand curgerea unui fluid este 'intoarsa' de catre un obiect solid. Cand curgerea este deviata intr-o anumita directie, portanta apare in directia opusa, in concordanta cu principiul actiunii-reactiunii lui Newton. Dat fiind ca aerul este un fluid, moleculele sunt libere in miscare si orice suprafata solida poate devia curgerea. Pentru o sectiune de aripa - numita profil aerodinamic - ambele sale suprafete, de sus - extrados si respectiv de jos - intrados contribuie la intoarcerea curgerii. Luand in considerare doar una dintre suprafete, ajungem la o teorie incorecta a portantei, de aceea ele se abordeaza impreuna.
Cand doua obiecte solide interactioneaza intr-un proces mecanic, fortele sunt transmise sau aplicate intr-un 'punct de contact'. Dar cand un corp solid interactioneaza cu un fluid, lucrurile sunt mult mai greu de descris, datorita faptului ca fluidul isi schimba forma. Pentru un solid care este imersat intr-un fluid, punctul de contact este orice punct de pe suprafata solidului. Deci avem de a face cu o forta distribuita, adica cu o presiune.
Valoarea unei fortei care actioneaza asupra unei suprafete este egala cu presiunea inmultita cu aria suprafetei respective. Presiunea este o unitate scalara legata de distributia de presiunii din fluid. O forta este o unitate vectoriala, care are valoare si directie, trebuie deci determinata directia fortei. Presiunea actioneaza perpendicular sau normal pe suprafata unui corp solid, deci directia fortei pe o suprafata foarte mica a obiectului este normala la suprafata. Directia normala se schimba de-a lungul profilului deoarece acesta are o suprafata curbata. Pentru a obtine forta mecanica neta peste intregul profil trebuie adunate contributiile componentelor tuturor suprafetelor mici ale obiectului. Este important de stiut faptul ca daca presiunea pe o suprafata inchisa este constanta, atunci nu exista nici o forta neta rezultanta produsa, deoarece suma tuturor fortelor mici pe directiile normale da valoarea zero.Pentru fiecare mica suprafata, exista o alta mica suprafata a carei normala este orientata in exact directia opusa normalei primei suprafete.
Pe un corp aflat intr-un fluid in miscare, viteza va avea valori diferite in locatii diferite de-a lungul suprafetei inchise a corpului. Presiunea locala (data de acele suprafete forte mici de care vorbeam) fiind in relatie directa cu viteza locala, rezulta de asemenea ca ea va varia de-a lungul suprafetei inchise. Insumand toate presiunile locale normale si inmultind apoi cu suprafata exterioara totala a corpului va rezulta o forta neta.
Componenta acestei forte care este perpendiculara pe
directia de curgere a fluidului este numita forta portanta,
iar componenta de-a lungul directiei de curgere se numeste rezistenta
la inaintare. In realitate exista o singura forta
neta, cauzata de variatia presiunii in jurul suprafetei
corpului sau - vorbind de profile aerodinamice - este cauzata de
diferenta dintre presiunile de pe intradosul si respectiv extradosul
profilului. Forta aerodinamica actioneaza asupra unei
locatii medii a variatiilor presiunii, care este numita centrul
de presiune. Portanta este o forta
mecanica, generata de interactiunea
si contactul dintre un solid si un fluid.
Nu este generata de un camp de forte
precum greutatea care este generata
de campul gravitational, unde un corp
poate interactiona asupra altui corp
fara a fi in contact fizic propriu-zis.
Pentru a avea portanta, corpul solid
trebuie sa fie in contact direct cu lichidul.
Deci, daca nu exista fluid, nu exista nici miscare.
Pe de alta parte, portanta este generata de diferenta de viteza dintre corpul solid si fluidul. Trebuie sa existe o miscare intre obiect si fluid. Deci daca nu exista miscare, nu se poate vorbi de portanta. Nu are importanta daca fluidul este in miscare si corpul e static, sau daca corpul se misca in fluid. Factorii care influenteaza portanta sunt forma si dimensiunea obiectului, viteza si inclinatia fluidului, masa, compresibilitatea si vascozitatea sa.
8. Transport in viitor
8.1. Calatorie prin teleportare
Universul
este o reala si nesfarsita stare de repaus, centrata si
inglobata in spatiu si timp, intr-o imaginara si
nesfarsita stare de miscare, prin puterea nulului.
Universul
infinit este format dintr-o infinitate de universuri infinit-finite. Un univers
infinit-finit are doua caractere: unul, prin faptul ca noi nu vom putea
calatori cu viteza luminii in mod constient niciodata;
celalalt, prin faptul ca se naste si moare intr-un
spatiu si timp. In cadrul teoriei generale a relativitatii,
se spune ca la viteza luminii, masa si energia sunt echivalente.De
asemenea, masa devine dependenta de viteza, la viteza luminii,
tinzand la infinit. Daca masa tinde la infinit, ar consuma o energie
echivalenta cu cea a Universului infinit.
In
acest caz, unde ar ajunde si ce ar mai exista in locul Universului
infinit? Cred ca aceasta mecanica s-ar potrivi doar in cazul
universurilor infinit-finite. In cazul in care ne este permis sa
patrundem in mod direct si nemijlocit in esenta lucrurilor, vom
incerca sa observam un corp care calatoreste pe baza
vitezei luminii. Energia interna a universului nostru macrodimensional
este compusa din energie negativa si energie pozitiva
aflate in echilibru energetic. Daca un corp cu masa de 10 kg se va deplasa
de pe suprafata Terrei, avand viteza luminii, va consuma o energie
pozitiva din energia interna a macrodimensiunii, echivalenta cu
raportul dintre masa corpului si masa planetei Terra.
Pare un consum de energie mic dar nu este asa, deoarece marea
problema consta in faptul ca energia pozitiva trebuie
obtinuta din sistemul energetic macrodimensional, nu cum se
procedeaza pana acum stiut, cu calatoriile in
spatiul cosmic, unde energia folosita este obtinuta din
universul macroscopic, care constituie alt sistem de referinta
energetic.
De aceea pare utopica, o calatorie reala facuta cu viteza luminii. Dar sa revenim, corpul nostru odata ajuns la capatul calatoriei, undeva pe orizontul periferic al suprafetei sferice macrodimensionale, intra in alt sistem de referinta inertiala si dobandeste o masa de repaus dubla, adica de 20 kg.
8.2. Teleportare reusita
O echipa de cercetatori australieni a reusit, in
premiera mondiala, sa transmita prin teleportare un mesaj
catre trei destinatari, relateaza AFP. Spectaculosul proiect, care
demonstreaza posibiltatea transmiterii de date secrete prin teleportare,
folosind teoriile fizicei cuantice, a fost detaliat in ultima editie a
revistei "Physical Review Letters".
In urma cu doi ani cercetatorii de la Departamentul de optica
cuantica de la Universitatea Nationala a Australiei
reusisera sa teleporteze o raza laser intre doua puncte.
Acum ei au rafinat experimentul, realizind teleportarea catre trei
destinatari. Informatia transmisa nu poate fi insa recuperata
decat daca doi dintre destinatari coopereaza, in ceea ce se numeste
"impartasirea secretelor cuantice". Daca in primul
experiment s-a realizat teleportarea unei raze laser, acum australienii au reusit
sa transmita prin aceeasi tehnica un sunet de inalta
frecventa.
Potrivit sefului departamentului, Ping Koy Lam, in mod normal oricine s-ar astepta ca fiecare dintre receptori sa primeasca o treime din informatie, insa acest lucru nu este valabil in fizica cuantica. Prin acest sistem de transmitere prin teleportare, nici unul dintre destinatari nu poate face nimic singur.
In schimb, combinandu-si fortele, respectiv, fragmentele de mesaj, oricare dintre cele doua pot obtine intreaga informatie. Gratie acestei tehnici se poate teleporta orice fel de informatie, nu doar sunete, ci si mesaje scrise sau vorbite. Aceasta realizare deschide calea realizarii unor computere super-rapide, a unor coduri imposibil de spart si a unor sisteme de comunicatii absolut sigure.
Unul dintre mijloacele de transport inventate de scriitorii de SF este teleportarea. Oricine a vazut o imagine dintr-un film al unei teleportari. Subiectii se asaza in niste camere speciale, si dispar incetul cu incetul, pentru ca sa apara vii si nevatamati in alta locatie. Cred ca nimeni nu a putut sa uite o asemenea imagine.
Asa cum apare ea in imaginea scriitorilor de SF, teleportarea are mai multe faze: scanarea subiectului - transmiterea informatiilor - recrearea subiectului. Lucruri ce par relativ simple. Oamenii de stiinta au gasit insa cateva impedimente.
Primul dintre ele se refera la posibilitatile de scanare. In lumea cuantica nu putem masura parametrii unei particule cu o valoare precisa datorita principiului nedeterminismului, ci doar probabilistic. Astfel daca am dori sa aflam viteza unei particule nu vom sti nimic despre pozitia ei.
Apare apoi un alt impediment reprezentat de argumentul Penrose. Acesta spune ca nu putem masura o stare cuantica fara distrugerea ei. Deci pentru a obtine informatiile necesare teleportarii va trebui sa distrugem originalul.
Astfel teleportarea ar fi de fapt o secventa de tipul scanarea subiectului - distrugerea lui - transmiterea informatiei - recrearea subiectului. Recent insa a aparut un paradox care pare a da speranta ca in viitorul indepartat va putea fi realizata teleportarea cel putin a obiectelor daca nu a oamenilor. Este vorba despre efectul Einstein - Podolski - Rosen (efect EPR).
Cu totii stim ca, conform teoriei relativitatii, viteza maxima in univers este viteza luminii. Totusi s-a demonstrat ca o pereche de fotoni gemeni (obtinuti prin trecerea unei lumini monocromatice printr-un cristal) par a dezminti aceasta regula. Daca ceva interactioneaza cu primul foton, al doilea foton resimte instantaneu aceasta interactiune.
Schema clasica, teoretica, primordiala - sau cum doriti sa o numiti - schema, care intr-un an, doi, va fi studiata in scoala si cunoscuta pe de rost de orice pusti, mai mult sau mai putin sarguincios, revolutionara schema propusa de Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Claude Crepeau, Richard Jozsa, Asher Peres si William K. Wooters este extrem de simpla.
Fie Ij> - starea particulei care trebuie teleportata. Vom numi doua personaje fictive ale povestii noastre, Alice - careia I se incredinteaza spre teleportare - si Bob - care asteapta cu nerabdare sa se petreaca minunea si sa-l capete pe Ij>. Presupunem ca Alice si Bob au impartit deja pe din doua o pereche de particule EPR. Acum Alice nu mai are nimic de facut decat sa efectueze o masuratoare Bell asupra sistemului format din Ij> si propria sa particula EPR. In urma acestei masuratori, Alice va obtine patru rezultate posibile, corespunzand celor patru stari ortogonale numite stari Bell. Stabilindu-si anterior un cod prin care fiecarui rezultat ii era asociata o singura transformare locala, Alice ii poate transmite lui Bob un semnal constand din doi biti de informatie, printr-un canal de comunicatie clasic. Astfel Bob va afla ca propriei sale particule EPR i s-a intamplat "ceva" si ca, aplicandu-i transformarea corespunzatoare codului primit de la Alice, il va obtine tocmai pe Ij>.
EXPERIMENTUL DE LA INNSBRUCK
8.4. Transfer de materie
8.4.1. GAURI NEGRE - GAURI DE VIERME (WORMHOLES)
"Gaurile negre detin premiul cel mare in vrajitoria moderna si se spune ca sunt tuneluri legand Universul nostru cu taramul de basm al unui numar infinit de alte universuri. Trucurile matematice care leaga intre ele diverse spatiu-timpuri nu genereaza neaparat o fizica de calitate."
(E.R. Harrison)
Gaurile negre sunt obiecte ceresti, care, intr-un fel, pot dicta soarta Universului nostru. Karl Schwarschild reuseste sa gaseasca o solutie de mare eleganta pentru un corp sferic aflat intr-un spatiu gol (lipsit deci de materie). Aceasta solutie vine imediat dupa publicarea de catre Einstein a faimoasei ecuatii care sta la baza teoriei relativitatii generale, solutie cunoscuta sub numele de "metrica lui Schwartschild" :
ds2=c2(1-2GM/c2r)dt2-dr2/(1-2GM/c2r)-r2(dθ2+sin2θ dφ2)
Spatiu-timpul este curbat intr-o asemenea masura in jurul corpului respectiv, incat acesta devine practic invizibil. Altfel spus, daca raza corpului a atins valoarea r, am putea spune "pragul" Schwarschild, el si-a inceput calatoria fara intoarcere spre nefiinta, devenind o gaura neagra. Inauntru se petrec fenomene la care lumea "normala" nu are acces - spatiul devine timp, iar totul se prabuseste spre centrul care s-a transformat intr-o singularitate.
Ceea ce ne intereseaza insa pe noi in continuare este ca, pe langa spectaculozitatea unor asemenea rezultate, trebuie spus ca gaurile negre au o importanta cu totul aparte in fizica, astronomie si cosmologie. In primul rand pentru ca, tinand seama ca ele reprezinta stadiul final al colapsului unor stele cu masa egala cu cel putin trei mase solare, este de presupus ca foarte multe stele s-au si transformat sau urmeaza sa se transforme in gauri negre. Apoi, pentru ca neuniformitatile gravitationale este posibil sa fi generat o multime de minigauri negre in Universul timpuriu. In fine, pentru ca formarea unei gauri negre este foarte importanta pentru evolutia Universului, mai ales ca in timpul Big-Bang-ului, ca si in momentul mortii universului, conditiile sunt extrem de asemanatoare cu cele dintr-o gaura neagra.
Evident ca o gaura neagra nu poate fi observata direct, si anume pentru ca lumina, "vehiculul" care ne aduce informatia vizuala despre orice "lucru" existent in afara fiintei noastre, nu poate parasi suprafata sa si in consecinta . nu are "ce" sa ajunga la noi. Si totusi, gaurile negre sunt unele dintre cele mai studiate corpuri ceresti, mai ales de catre fizicienii teoreticieni si matematicieni.
Metrica Schwarzschild descrie si o a doua posibilitate, cea a ceea ce putem numi "gaurile albe". Adica, in loc de o particula, de exemplu, a carei distanta, r, sa scada pana la raza Schwarzschild, rs (orizont), si in continuare pana la zero - singularitatea, am putea avea o particula care sa "migreze" spre orizont din interior, r crescand deci dinspre singularitate spre rs si mai departe, transformand ceea ce in interiorul gaurii este timp in ceea ce in exterior este spatiu. Particula "iese" astfel spre orizont si nu se mai poate intoarce. In loc de o gaura neagra, avem acum de-a face cu o gaura alba. Dupa un exercitiu cu care ne-am obisnuit, particulei ii trebuie, in sistemul propriu, un timp finit (cateva microsecunde) pentru a realiza acest lucru. Pentru un observator extern al fenomenului, aceasta durata de timp are insa dimensiuni infinite.
Exista totusi o deosebire fundamentala fata de "solutia neagra" (si "pesimista")! Nu putem explica originea gaurii albe. Din acest punct de vedere, gaura alba este acauzala. Iar daca va veti imagina cumva ca raspunsul ar putea fi identificarea acestei origini cu insasi singularitatea, atinsa in mod fatal de particulele transgresand orizontul evenimentelor, veti realiza imediat ca nu se poate. Pentru ca din nou ne-am lovi de imposibile paradoxuri temporale, generate in ultima instanta de violarea cazualitatii: simplificand lucrurile, particula ar urma sa "iasa" inainte de a fi "intrat" ! Sau, daca nu despre o particula este vorba, ci despre o fiinta, aceasta ar reapare in lume inainte de a se fi nascut, si-ar putea intalni parintii sau bunicii sau chiar pe sine - cu libertate nelimitata de actiune, inclusiv de a-si ucide propriul ego.
Si daca totusi gaurile albe ar putea fi create si ar exista in perechi cu gauri negre, aceasta nu s-ar putea intampla in acelasi univers sau daca s-ar intampla in acelasi univers, ar implica spatiu-timp diferite.Asa se naste ideea - unii ar spune chiar necesitatea - existentei, generarii unor punti de legatura, neasteptate cai de acces, intre universuri sau spatiu-timpuri paralele. Adevarate tuneluri care au primit straniul nume de "gauri de vierme" - wormholes. Un concept nu foarte nou si, mai ales, imaginat de oamenii de stiinta inaintea autorilor de science-fiction. Pentru ca inca de prin anii 1950, Einstein si Rosen (acelasi din faimosul "paradox Einsten-Podolski-Rosen") au imaginat un nou tip de sfarsit pentru existenta materiei care se prabuseste intr-o gaura neagra. Cum spune Isaac Asimov in minunata sa carte "The Collapsing Universe", materia care se "imbulzeste" in gaura neagra poate, in principiu, sa se "strecoare" afara.
GAURA ALBA GAURA NEAGRA
Acest transfer de materie, care se poate efectua practic instantaneu pe
distante enorme (milioane sau miliarde de ani lumina), nu se poate
face in mod "obisnuit", caci nu se poate pune de acord viteza
luminii, ca viteza limita
WORMHOLE
in Univers. El implica niste.cai speciale, un fel de tunele, "punti Einstein-Rosen", cu le numeste Asimov, care nu pot avea caracteristicile temporale ale Universului nostru si prin care materia comprimata, strivita, in gaura neagra, explodeaza cu o enorma degajare de energie intr-un alt univers.
8.4.2. GAURILE ALBE
Gaurile albe (despre care a inceput sa se vorbeasca sub acest nume spre mijlocul anilor 1960 si pentru care, conform ideii lui Novikov si Ne'eman, quasarii ar putea fi un bun candidat), se pot foarte bine imagina ca niste mini-Big Bang-uri, care tot aduna mereu energia lor, pregatindu-se pentru Big-Bang-ul adevarat care da nastere Universului si genereaza radiatia de fond care "umple" intreg Universul la o temperatura de trei grade Kelvin si pentru a carei descoperire, Arno Penzias si Robert Wilson au luat in 1980 Premiul Nobel.
Marea problema care apare aici este urmatoarea: de unde isi ia Universul enorma energie de care are nevoie pentru a parcurge ciclurile evolutiei sale ? Daca nu cumva Universul nostru insusi este o imensa gaura neagra, care, la sfarsitul expansiunii, se "angajeaza" in procesul de comprimare, sfarsind prin a trece printr-o gaura de vierme inapoi in timp intr-un alt. el insusi !
Pare ciudat ? Desigur. Nu contrazic toate acestea ceea ce am prezentat si am incercat sa si justificam, nu doar sa explicam, pana acum ? Cum s-ar putea concepe "viata" in interiorul unei gauri negre ? Fara a renunta la toate cele spuse, lucrurile pot sta si putin altfel. Pentru ca, asa cum se intampla destul de des in fizica, este importanta scara la care se discuta procesele si fenomenele ! In ce fel ? Exista o diferenta esentiala intre gaurile negre "normale", cele despre care am vorbit pana acum, si posibilele gauri negre uriase. Caci, pe parcursul unor perioade suficient de indelungate de timp - sa zicem de cateva miliarde de ani - in nucleele masive ale unor galaxii gigante se pot dezvolta si asemenea gauri negre, de dimensiuni enorme : supergauri, cum le numeste E.R. Harrison. Riscul pentru ca un corp sa fie distrus, anihilat, in prezenta unei gauri negre, apare atunci cand densitatea medie a corpului este inferioara celei a gaurii negre. Densitatea unei gauri negre este insa invers proportionala cu patratul masei sale (usor de verificat). O gaura neagra cu masa egala cu o masa solara are o densitate de 1016 g/cm3, pe cand una de o suta de milioane de ori mai grea va avea o densitate de numai 1g/cm3, iar densitatea unei gauri negre de trei miliarde de mase solare ar fi mai mica decat cea a aerului la nivelul marii ! Cu alte cuvinte, daca o nava cosmica ar ajunge in vecinatatea unei asemenea supergauri negre, ea nu va intampina nici un fel de . "neplaceri"; mai mult pasagerii navei s-ar putea sa nici nu-si dea seama cand au traversat orizontul evenimentelor. Drumul este deschis spre gaura de vierme, care urmeaza sa "canalizeze" nava spre poarta de iesire, adica spre gaura alba. Doar ca, asa cum spuneam, cauzalitatea face imposibila "iesirea" in acelasi univers sau macar in acelasi spatiu-timp !
Desenele de pe pagina urmatoare exprima mai clar decat orice cuvinte ideea - pe cat de simpla, pe atat de dificil de realizat - a saltului in hiperspatiu: atunci cand avem nevoie sa ajungem "in timp util" dintr-un punct in altul, pe traseul calatoriei noastre cosmice, nu avem decat sa . "indoim" spatiul, ca atunci cand ne jucam, de pilda, cu o furnica pusa pe o foaie de hartie, pe care o indoim pentru a o face sa ajunga, sa "cada", practic instantaneu, intr-o alta zona.
Se ridica bineinteles doua intrebari: este posibil de realizat "tehnic" acest lucru? Si, cealalta intrebare, mult mai dificila si mai profunda: este posibil, in principiu, sa luam in considerare o asemenea posibilitate ?
Sa ne oprim la prima intrebare. La nivelul dezvoltarii tehnologice actuale, dar si al intelegerii stiintifice a naturii, raspunsul cel mai cinstit este : nu. Este insa acesta un lucru cu adevarat irealizabil ? Sa ne amintim cateva dintre discutiile legate de unificarea fortelor fundamentale in natura si, din nou, sa facem apel la "zestrea" pe care ne-a lasat-o Einstein.
Dupa cum bine stiti, exista - sau mai bine zis, cunoastem - la ora actuala patru forte fundamentale: gravitationala, slaba, electromagnetica si tare. Ele s-au desprins, daca ne putem exprima altfel, dintr-un trunchi comun, existent inca din prima secunda de viata a Universului. Marea provocare pe care si-au autoasumat-o fizicienii este deci de a intelege modalitatea de realizare a unificarii lor. Lasand la o parte termenii tehnici, unificarea a doua forte, sa zicem, de exemplu, gravitatia si electromagnetismul, care, dupa cum vom vedea imediat, ne intereseaza si pe noi, inseamna inlocuirea lor cu o singura forta, avand caracteristicile ambelor.
Altfel spus, intr-o astfel de situatie, "surse" de camp electromagnetic ar putea fi utilizate pentru a produce camp gravitational. Solutia, la nivelul sugestiei teoretice nave, ar fi deci simpla: folosim, pe nava, o sursa electromagnetica suficient de puternica, pentru a produce un camp gravitational suficient de intens pentru a "indoi" spatiul de o zona suficient de extinsa. Indoirea spatiului ar urma sa fie calculata in asa fel incat sa permita deplasarea navei intre doua puncte, intr-un interval de timp rezonabil de scurt pentru a da sens calatoriei. Evident ca o suita de asemenea "indoiri" ar duce la parcurgerea unor distante cosmice intr-un timp care sa serveasca atingerii scopului propus. Si aici apare si prima problema "de principiu": presupunand realizabila ceea ce am numit o indoire a spatiului, nu va avea acelasi efect si asupra timpului? Ar fi evident tentant sa incercam, oricat de aproximativa, o estimare cantitativa. Sa presupunem, de exemplu, ca am dori sa incercam "scurtarea" drumului intre doua puncte situate la o distanta de un an-lumina. Sa mai presupunem ca am lua in considerare doar masa totala a regiunilor spatiale de plecare si sosire, pe care le vom nota cu M1, respectiv M2. Conform legii atractiei universale, intre cele doua mase (zone, in cazul nostru) se exercita o forta:
F=G M1 M2/r2,
unde G este constanta atractiei universale, iar r este distanta dintre cele doua mase.
A indoi spatiul este echivalent in cazul nostru cu a reduce distanta r la o distanta r1, mai mica decat r de, sa presupunem, K ori: r1=r/K. Se vede imediat ca acest lucru este echivalent cu multiplicarea fortei de atractie cu un factor K2.
Sa vedem deci mai intai ce s-ar intampla in conditiile pe care le-am presupus noi. Pentru a nu va obosi cu prea multe cifre si calcule, sa alegem o "indoire" de numai K2=106 . In acest caz, distanta initiala pe care o avem de parcurs, r =1 a.l.=9,46x1012 km, va fi redusa de 1000 de ori, la r1=9,46x109 km, cam de o suta de ori distanta Pamant-Soare.
Intrebarea
legitima urmatoare ar fi: ce economie de timp am realizat astfel ?
Inainte de a raspunde, va trebui sa mai verificam ceva:
daca viteza pe care o atribuim navei noastre cosmice nu cade cumva sub
incidenta paradoxurilor temporale, in particular cel asa-numit "al
gemenilor". Pentru aceasta trebuie sa ne amintim din teoria
einsteiniana a relativitatii ca factorul de dilatare
temporala este :
Intr-o formulare aproximativa, g este factorul cu care se multiplica pentru observatorul "din punctul de plecare" timpul scurs pe nava.
Sa alegem pentru viteza de deplasare, v, valori care sa reprezinte diferite "fractiuni" din viteza luminii, de la o miime (300 km/s) pana la 99%. b va fi astfel:
b=v/c-0,001;0,01;0,1;0,2;0,3;0,4;0,5;0,6;0,75;0,9;0,99;
ceea ce arata ca factorul g incepe sa ridice probleme incepand cu viteze de peste 75% din viteza luminii (pentru care g = 1,51 , ajungand la g = 7,088 pentru v=0,99 c).
Sa ne multumim atunci cu o viteza "modesta" de numai 3000 km/s, adica v=0,01 c.
Astfel, distanta r1 va fi parcursa de nava in timpul t=r1/v=3,15x106 s, adica aproximativ 875 ore, putim mai mult de o luna (ceea ce, fata de durata initiala de un an, reprezinta evident un progres).
In fine, presupunand la urma urmei ca a) problema este rezolvabila in principiu si ca b) viteze de ordinul sutelor si miilor de kilometri pe secunda sunt (vor fi) efectiv realizabile, mai raman inca probleme tehnice legate de efectul acestor viteze asupra navei, ca sa nu mai vorbim, de efectul indoirii in sine a spatiului asupra tuturor obiectelor si fiintelor care intra an joc.
Un ultim comentariu la acest punct: marile probleme pentru orice vehicul in deplasare provin nu atat de la viteza cu care se deplaseaza, cat de la acceleratiile la care este supus. Ne putem gandi, insa, in cazul saltului in hiperspatiu ca, din nou intr-o formulare aproximativa, ar fi vorba de fapt de un fel de . "cadere libera" a navei pe distante de unul sau cateva zeci sau cine stie cati ani-lumina. Evident insa in final va trebui sa ne confruntam cu problema deceleratiei. Ce poate sa insemne acest lucru ? De exemplu, in cazul discutat mai sus, daca presupunem ca franam in doua etape, mai intai pe durata a 50 de ore pana la atingerea vitezei de 12 km/s (cam cat viteza de desprindere de pe Pamant), apoi pe parcursul a inca 20 de minute, pana la o viteza de "aterizare" de circa 500 km/h, acceleratiile implicate (de fapt deceleratiile) ar fi de ordinul a 1,69 g, respectiv g (unde g este acceleratia gravitationala la suprafata Pamantului), adica fara sa ridice probleme.
BIBLIOGRAFIE
v Bibliografie : Colectia "Stiinta si Tehnica" 1997-1998
v www.airandinas.com
Top Gun Special Nr. 2, Aprilie 1999 Stiinta si Tehnica Nr. 9, Septembrie 1999
v Terra Magazin Nr. 3, martie 2004
v Fizica de la A la infinit Nr. 1, 2004
v Revista de Fizica si Chimie Nr 1-2-3, ianuarie, februarie, martie 2003
v Delta Nr. 2 (26), 2003
v www.aspera.ro/dl/avioanebrasov.pdf
v ro.wikipedia.org/wiki/Avion
www.hotnews.ro/articol_912-Prima-teleportare.htm
v https://www.aerospaceweb.org/
v https://www.aerospace-technology.com/projects/
v https://www.globalaircraft.org/
v https://www.airliners.net/search/indexsearch.main?distinct=aircraft_generic
v https://www.aircraft-charter-world.com
|
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 6124
Importanta: 
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved
