Máy bay bay được vì đôi cánh được làm hơi cong và đặt hơi nghiêng, nên khi máy bay lao nhanh về phía trước, cánh hất một luồng không khí rất lớn xuống phía dưới. Không khí bị hất xuống thì đẩy ngược cánh lên trên. Động cơ giữ cho máy bay luôn đủ nhanh để lực đẩy lên ấy thắng được sức nặng của cả chiếc máy bay.
Chào bạn, đây là Nhà Bác Học. Đứng ở sân bay nhìn chiếc máy bay to như cả dãy nhà rời khỏi mặt đất, người lớn cũng thấy kỳ diệu chứ đừng nói trẻ con. Hôm nay mình kể bí mật của đôi cánh, kèm hai thí nghiệm nhỏ bằng giấy để con cảm nhận được sức của không khí.
Không khí có sức đẩy không?
Trước hết con cần biết không khí tuy vô hình nhưng có sức đẩy. Bạn cho con cầm một tấm bìa cứng to, chạy thật nhanh trong sân với tấm bìa giơ ra trước ngực. Con sẽ thấy tấm bìa bị ép vào người. Đó là không khí đang đẩy lại.
Rồi cho con nghiêng tấm bìa một chút, mép trước hơi chếch lên, và chạy tiếp. Tấm bìa có xu hướng bị nâng lên. Không khí va vào mặt dưới tấm bìa nghiêng, bị hất xuống, và đẩy tấm bìa lên.
Con chim dang cánh lượn trên gió cũng dùng sức đẩy ấy. Lá cây khô rơi chao lượn cũng vì không khí đỡ nó.
Bạn nói với con: không khí giống như nước vô hình, khi mình chạy qua nó đủ nhanh, nó có thể đỡ mình lên.
Đôi cánh làm gì với không khí?
Cánh máy bay không phẳng như tấm bìa. Nhìn từ bên cạnh, cánh dày ở mép trước, mỏng dần về mép sau, mặt trên cong vồng lên. Cánh được gắn hơi chếch lên một chút so với hướng bay.
Khi máy bay lao nhanh, không khí chảy qua cả mặt trên lẫn mặt dưới cánh. Hình dạng cong và góc nghiêng làm cho luồng không khí rời mép sau của cánh bị bẻ hướng chúc xuống dưới. Cánh hất rất nhiều không khí xuống mỗi giây, nên không khí đẩy cánh lên rất mạnh. Cùng lúc ấy, áp lực không khí ở mặt trên cánh thấp hơn ở mặt dưới, cũng góp phần nâng cánh lên. Hai cách nói ấy là hai mặt của cùng một chuyện.
Lực đẩy lên này người ta gọi là lực nâng. Máy bay càng nhanh, cánh càng hất nhiều không khí, lực nâng càng lớn. Khi lực nâng lớn hơn sức nặng, máy bay rời mặt đất.
Có một cách giải thích hay được kể rằng không khí ở mặt trên phải đi đường dài hơn nên phải chạy nhanh hơn để gặp lại không khí mặt dưới ở mép sau. Các nhà khoa học cho biết cách giải thích này không đúng, không có lý do gì để hai luồng không khí phải gặp lại nhau. Bạn có thể bỏ qua nó khi kể cho con.
Vì sao máy bay phải chạy đà trên đường băng?
Nếu con từng ngồi máy bay, con sẽ nhớ máy bay chạy rất nhanh trên đường băng dài rồi mới ngóc mũi lên. Vì cánh chỉ tạo đủ lực nâng khi máy bay đủ nhanh. Đứng yên hay chạy chậm thì không khí chảy qua cánh quá ít, lực nâng nhỏ.
Động cơ máy bay đẩy máy bay về phía trước, giống như người đẩy chiếc xe. Khi đủ nhanh, phi công nâng nhẹ mũi máy bay, cánh nghiêng thêm một chút, lực nâng tăng vọt, và máy bay cất cánh.
Trên không, máy bay vẫn cần động cơ để giữ tốc độ, vì không khí luôn cản lại, kéo máy bay chậm đi. Khi hạ cánh, phi công giảm tốc độ, lực nâng nhỏ dần, máy bay hạ xuống nhẹ nhàng.
Con chim cũng phải lấy đà, vỗ cánh mạnh hay nhảy khỏi cành, rồi mới bay được. Có loài chim lớn phải chạy trên mặt nước một quãng mới bay lên nổi.
Hai thí nghiệm bằng giấy
Thí nghiệm thứ nhất: cắt một dải giấy mỏng dài chừng một gang tay. Cầm một đầu dải giấy, đặt sát ngay dưới môi dưới, để dải giấy rủ xuống. Thổi một hơi mạnh và đều ra phía trước, ngang qua mặt trên dải giấy. Dải giấy sẽ bay lên chứ không bị thổi rủ xuống. Luồng khí chạy qua mặt trên cong của dải giấy đã kéo nó lên, giống cách không khí chảy qua mặt trên cong của cánh.
Thí nghiệm thứ hai là gấp máy bay giấy. Gấp hai kiểu: một chiếc cánh rộng, một chiếc cánh hẹp nhọn. Phóng cả hai từ cùng một chỗ, cùng sức, xem chiếc nào lượn xa, chiếc nào lao nhanh. Thử gập nhẹ mép sau của cánh lên hay xuống, máy bay sẽ ngóc lên hay chúc xuống.
Mỗi lần chỉ thay một thứ, và ghi lại. Con sẽ tự hiểu vì sao kỹ sư phải thử rất nhiều lần trước khi có một chiếc máy bay tốt.
Về an toàn: không phóng máy bay giấy vào mặt người, không chơi ở sân thượng không có lan can chắc, và tuyệt đối không thò tay hay đầu ra ngoài cửa xe đang chạy để cảm nhận gió, dù đó là cách nhiều người lớn từng làm.
Máy bay to như vậy có an toàn không?
Trẻ hay lo khi nghĩ đến máy bay nặng như thế mà ở trên trời. Bạn nói với con rằng đi máy bay là một trong những cách đi lại an toàn nhất, nhờ rất nhiều kỹ sư, phi công, người kiểm tra kỹ thuật làm việc cẩn thận.
Mỗi chiếc máy bay được kiểm tra thường xuyên, phi công được huấn luyện rất lâu, và trên trời có những người điều khiển giao thông hàng không để các máy bay không đi gần nhau.
Khi máy bay rung lắc lúc đi qua mây, đó thường chỉ là không khí chuyển động không đều, giống như xe chạy qua đoạn đường gồ ghề. Cài dây an toàn và ngồi yên là đủ.
Lần tới đi máy bay, con có thể nhìn ra cửa sổ phía cánh lúc cất cánh. Con sẽ thấy những tấm nhỏ ở mép sau cánh di chuyển, đó là cách phi công chỉnh hình dạng cánh để lấy thêm lực nâng lúc bay chậm.
Câu hỏi thường gặp
Máy bay có vỗ cánh như chim không?
Không, cánh máy bay đứng yên, chỉ có những tấm nhỏ trên cánh di chuyển để điều khiển. Chim vừa dùng cánh để tạo lực nâng vừa vỗ cánh để đẩy mình về phía trước. Máy bay tách hai việc ấy ra: cánh lo nâng, động cơ lo đẩy.
Vì sao máy bay trực thăng bay được mà không cần cánh dài?
Trực thăng có cánh quạt quay tròn trên nóc. Mỗi lá cánh quạt cũng là một cái cánh nhỏ, hơi nghiêng, quay rất nhanh để hất không khí xuống. Nhờ vậy trực thăng có thể bay lên thẳng đứng mà không cần đường băng.
Vì sao máy bay giấy rồi cũng rơi xuống?
Máy bay giấy không có động cơ, nên sau cú phóng nó chậm dần vì không khí cản lại. Khi chậm, lực nâng nhỏ đi và không đỡ nổi sức nặng nữa, máy bay lượn xuống. Phóng mạnh hơn hay gấp cánh tốt hơn thì lượn lâu hơn.
Máy bay bay cao bao nhiêu?
Máy bay chở khách thường bay rất cao, cao hơn nhiều lần những ngọn núi cao nhất nước mình, nơi không khí loãng và rất lạnh. Bay cao giúp máy bay ít bị cản, tiết kiệm nhiên liệu và tránh được nhiều đám mây giông. Bên trong máy bay được giữ ấm và đủ không khí để thở.
Trẻ mấy tuổi hiểu được vì sao máy bay bay?
Trẻ bốn năm tuổi đã hiểu được ý cánh đẩy không khí xuống thì không khí đẩy cánh lên, qua trò chạy với tấm bìa. Trẻ lớn hơn có thể làm thí nghiệm dải giấy và thử các kiểu máy bay giấy. Chi tiết về áp suất có thể để khi con đi học.
