Czy możliwe jest latanie pod wiatr?

Pytanie

Pyta Mieczysław

Czy możliwe jest latanie pod wiatr; np. gdy wiatr wieje z zachodu na wschód, a my lecimy właśnie na zachód? Czy do latania pod wiatr wystarczy użycie odpowiednio większej od siły wiatru siły napędowej?

Odpowiedź

Odpowiada dr inż. Marta Wacławczyk

Latanie pod wiatr jest możliwe. W wietrzny dzień ptaki ustawiają się właśnie pod wiatr, szybując w powietrzu. Widać taka pozycja jest dla nich wygodniejsza (mniej je męczy) niż latanie „z wiatrem”. Ponadto, podczas startu i lądowania samoloty także przeważnie lecą pod wiatr.

Aby wystartować, samolot musi rozpędzić się do odpowiedniej prędkości, tak aby na jego skrzydłach powstała odpowiednia siła nośna. Kształt skrzydła sprawia, że podczas przepływu powietrza na górnej stronie płata powstaje podciśnienie, a różnica ciśnień tworzy siłę nośną. Można założyć, jest ona w przybliżeniu proporcjonalna do kwadratu prędkości samolotu względem powietrza (i to ważne, że nie do jego prędkości względem ziemi). To oznacza, że wiejący z naprzeciwka wiatr zwiększa siłę nośną.

Na samolot lecący w powietrzu ze stałą prędkością działają w kierunku poziomym równoważące się siły ciągu silnika i siła oporu, która również jest w przybliżeniu proporcjonalna do kwadratu prędkości samolotu względem powietrza. W kierunku pionowym działają na niego: siła nośna oraz siła ciężkości. Zwiększenie siły ciągu spowoduje wznoszenie się samolotu, a przy spadku tej siły samolot zacznie opadać.

Wyobraźmy sobie najpierw sytuację bezwietrzną i samolot lecący na pewnej wysokości ze stałą prędkością v. Jeśli wiatr wieje z przeciwnej strony z prędkością vw, to prędkość samolotu względem ziemi jest mniejsza, równa  v’=v-vw, ale jego prędkość względem powietrza nie zmienia się, wynosi v’+vw=v. To znaczy, że siła ciągu i siła oporów również pozostają takie same. Samolot może więc lecieć pod wiatr przy tej samej sile ciągu nie tracąc wysokości, co prawda jego prędkość względem ziemi będzie mniejsza.