Ο Αέρας

 

Από την απογείωση μέχρι την προσγείωση το μοντέλο μας πετάει μέσα σε ένα κόσμο που αν και τόσο κοντά στο έδαφος έχει τελείως διαφορετικές ιδιότητες. Αυτός ο κόσμος είναι η ατμόσφαιρα που περιβάλλει την Γη, ο αέρας όπως τον λέμε, που τόσο δυσκολεύτηκε ο άνθρωπος να κατακτήσει. Εφ'όσον λοιπόν εμπιστευόμαστε το δημιούργημά μας στον αέρα, θα πρέπει να θυμηθούμε μερικές από τις ιδιότητές του. Πυκνότητα Αρχικά ο αέρας θεωρήθηκε άϋλο σώμα, επειδή δεν είναι κάτι χειροπιαστό και αυτή η παραδοχή οδήγησε στην εσφαλμένη εντύπωση ότι και η μάζα του είναι αμελητέα για κάθε πρακτική εφαρμογή. Αν ρωτήσουμε πόση είναι η μάζα του αέρα σε ένα συνηθισμένο δωμάτιο (3μ x 4μ x 3μ) και σε κανονική θερμοκρασία, θα ακούσουμε από: "σχεδόν τίποτε" έως "5 κιλά", ενώ η σωστή απάντηση είναι περίπου 43 κιλά. Συγκριτικά με άλλα σώματα η πυκνότητα του αέρα είναι μικρή, περίπου το ένα οκτακοσιοστό της πυκνότητας του νερού, αλλά δεν αποτελεί εξαίρεση για τους νόμους της μάζας. Πίεση Η μάζα του αέρα ασκεί στις επιφάνειες μία δύναμη, που λέγεται ατμοσφαιρική πίεση. Η μέση τιμή της πίεσης στην επιφάνεια της θάλασσας είναι γνωστή σαν "μία ατμόσφαιρα". Οσο ανεβαίνουμε ψηλότερα από την επιφάνεια της θάλασσας, η πυκνότητα του αέρα και η ατμοσφαιρική πίεση ελαττώνονται. Το Αόρατον Ο αέρας είναι αόρατος και το γεγονός αυτό δυσκόλεψε πολύ τους πρωτοπόρους. Ενώ μπορούμε να δούμε τα κύματα γύρω από ένα πλοίο που κινείται, το αεροπλάνο πετάει χωρίς να δίνει στοιχεία για το τι συμβαίνει στον αέρα που το περιβάλλει. Για να κατανοήσουν οι επιστήμονες τα μυστικά της πτήσης έφτιαξαν μεγάλες αεροσήραγγες, όπου με την διοχέτευση χρωματιστού καπνού ή την προσκόλληση νημάτων (σπάγγων) γύρω από μοντέλα αεροπλάνων, έφεραν στο φως τα άγνωστα μέχρι τότε στοιχεία. Ακόμα και σήμερα ελέγχουν με αυτό τον τρόπο τις σύγχρονες θεωρίες τους. Αερονημάτια Για την απεικόνηση των διαφόρων φαινομένων η τροχιά ενός μορίου αέρα μπορεί να παρασταθεί με μια γραμμή, το αερονημάτιο. Συνήθως τα αερονημάτια που σχεδιάζουμε αφορούν όλα τα μόρια που οι τροχιές τους συμπίπτουν. Το ιξώδες Δύο διαδοχικά στρώματα αέρα τρίβονται μεταξύ τους όπως δύο στερεά αντικείμενα που ακουμπούν το ένα στο άλλο. Η εσωτερική τριβή του αέρα, το ιξώδες του, επιδρά στην πτήση. Σχετική ταχύτητα Οταν ο αέρας κινείται προς ένα ακίνητο σώμα, η ταχύτητα με την οποία έρχονται σε επαφή είναι η ταχύτητα που έχει εκείνη την στιγμή ο αέρας. Στην περίπτωση που δεν κινείται ο αέρας, αλλά μετατοπίζεται το σώμα, η ταχύτητα με την οποία έρχονται σε επαφή θεωρείται η ταχύτητα του κέντρου βάρους του σώματος. Εάν σαν σχετική ταχύτητα ορίσουμε την ταχύτητα μετατόπισης ενός μορίου αέρα σχετικά με το κέντρο βάρους του σώματος, συμπεραίνουμε ότι, είτε κινείται μόνο το σώμα, είτε κινείται μόνο ο αέρας, είτε και τα δύο ταυτόχρονα, σε ίσες σχετικές ταχύτητες θα έχουμε το ίδιο αποτέλεσμα (πολλές φορές παραλείπεται η λέξη "σχετική" για ευκολία). Στις επεξηγήσεις της θεωρίας (αλλά και στην πράξη στις αεροσήραγγες) είναι ευκολώτερο να εξετάσουμε τα φαινόμενα έχοντας το σώμα ακίνητο και τον αέρα κινούμενο. Συμπιεστότητα Ο αέρας μπορεί να συμπιεστεί. Ομως για την εύκολη λύση των προβλημάτων στις χαμηλές ταχύτητες παραδεχόμαστε ότι ο αέρας είναι ασυμπίεστος. Ανεμος Ο αέρας μετακινείται από περιοχές μεγαλύτερων πιέσεων προς τις χαμηλότερες. Οταν η μετακίνηση γίνεται οριζόντια λέγεται "άνεμος". Συχνά ακούμε να λένε: "δεν έχει αέρα". Αυτό είναι λάθος. Πάντα έχει αέρα. Το σωστό είναι: δεν έχει άνεμο ή δεν φυσάει. Ρεύματα Οταν η μετακίνηση του αέρα γίνεται κάθετα στην επιφάνεια της γής, λέγεται ανοδικό ή αντίστοιχα καθοδικό ρεύμα. Πιό συγκεκριμένα όταν το ανοδικό οφείλεται στη ακολουθία του ανέμου γύρω από την πλαγιά ενός βουνού, λέγεται δυναμικό πλαγιάς, ενώ αν η μάζα του αέρα ανεβαίνει επειδή ζεστάθηκε και διεστάλλη, λέγεται θερμικό. Οταν ένα αεροπλάνο πετάει σε ένα ανοδικό, δέχεται μιά πρόσθετη δύναμη από κάτω προς τα επάνω που μεταβάλλει την κατακόρυφη συνιστώσα της ταχύτητάς του. Το αντίθετο θα συμβεί μέσα στο καθοδικό. Τα αερομοντέλα μας μπορούν να εκμεταλλευτούν ακόμα και πολύ μικρά ανοδικά και να βελτιώσουν τις επιδόσεις τους. Το θερμικό Ο αέρας δεν μπορεί να ζεσταθεί απ' ευθείας από τις ηλιακές ακτίνες αλλά μόνο έμμεσα, από την επαφή του με την ζεστή επιφάνεια της γης. Η μάζα του αέρα που ακουμπάει σε ένα σχετικά θερμότερο τμήμα του εδάφους ζεσταίνεται γρηγορώτερα, διαστέλλεται περισσότερο και κάποια στιγμή θα αρχίσει να ανεβαίνει. Τον αρχικό του χώρο έρχεται να συμπληρώσει ο ψυχρότερος αέρας από δίπλα. Υπάρχουν δύο ειδών θερμικά. Αυτά που αποσπώνται από το έδαφος, ανέρχονται ανεξάρτητα, και μοιάζουν με δαχτυλίδι (επικρατεί η ονομασία doughnut = λουκουμάς) και αυτά που υπάρχει συνεχής απόσπαση-άνοδος θερμών μαζών και μοιάζουν με καπνοδόχο. Η οριζόντια μετακίνηση των θερμικών εξαρτάται φυσικά από τον τοπικό άνεμο. Αν φυσάει άνεμος το θερμικό θα έχει την ανάλογη μετακίνηση και κλίση. Τα θερμικά εμφανίζονται σε όλα τα γεωγραφικά πλάτη, από τροπικά έως αρκτικά. Δεν έχει σημασία η θερμοκρασία αυτή καθ'εαυτή, αλλά η διαφορά των θερμοκρασιών δύο παρακείμενων μαζών αέρα. Οι διαφορές αυτές οφείλονται στο ότι όλα τα εδάφη δεν ακτινοβολούν με τον ίδιο ρυθμό την θερμότητά τους. Γι αυτό το θερμικό μπορεί να αποσπαστεί και μετά την δύση του ήλιου. Τα θερμικά περιβάλλονται πάντα από καθοδικά. Στο σχήμα φαίνεται μία θερμική δραστηριότητα. Επιφάνειες όπως τα σπίτια (2) και χωράφια με σιτηρά (4), ζεσταίνονται εύκολα, άρα παράγουν εύκολα θερμικά. Αντίθετα οι επιφάνειες (1) νερό, και πράσινη βλάστηση (3 και 5), είναι αρνητικοί παράγοντες για την γέννηση θερμικού. Τα σπίτια έχουν μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα και μπορούν να παράγουν ένα συνεχές θερμικό (καμινάδα), ενώ τα χωράφια γεννούν μικρότερα σε διάρκεια θερμικά που αποσπώνται και ανεβαίνουν σε δόσεις (λουκουμάς). Παρατήρησε τέλος, ότι τα θερμικά (ανοδικά) περιστοιχίζονται απο καθοδικά ρεύματα, και ότι στην κορυφή του θερμικού έχει σχηματιστεί ένα σύννεφο. Το δυναμικό πλαγιάς Αν ο άνεμος βρεί στον δρόμο του ένα λόφο/βουνό, αλλάζει κατεύθυνση ακολουθώντας το περίγραμμα της πλαγιάς. Στο σχήμα βλέπουμε την ανοδική πορεία των αερονηματίων και τις επικίνδυνες δίνες μετά την κορυφή. Η έντασις του δυναμικού εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου και από την κλίση της πλαγιάς. Το βάθος του εξαρτάται από το ύψος της πλαγιάς.