Pojďme si pustit draka
11. 11. 2009
Přírodní zákony, které využívají ptáci, letadla a draci k tomu, aby se vznesli a odletěli, jsou stejné. Jedná se o fascinující a přitom velmi jednoduchou matematiku a fyziku. Přidejte se k Michaelovi a postavte si vlastního draka! Při té příležitosti odhalíte vědu, která obklopuje tajemství jeho letu, a také zjistíte, proč materiály pocházející z Číny umožnily jeho vznik.
Tereza: Jaké síly ženou našeho papírového draka? Jsou podobné těm, které vytvářejí vztlak u letadel, nebo umožňují ptákům zdánlivě se vznášet ve vzduchu?
Filip: Některé druhy ptáků dovedou hodiny plachtit ve vzduchu, aniž by mávaly křídly. Tuto schopnost mají díky tomu, že mnozí z nich jsou relativně lehcí a všichni pak mají velká, protáhlá křídla.
Tereza: Také draci, které jsme s Michaelem vyrobili, jsou navrženi tak, aby byli co nejlehčí a měli co největší plochu, do které se může opřít vítr. Pokud tedy nějaký fouká.
Michael: A v dnešním Michaelově experimentu vám ukážeme, jak si postavit takového draka, a dozvíme se něco o vědě, která s létáním souvisí.
Filip: Postavit si draka by měl umět každý správný kluk a šikovná holka. Ale při stavbě draka s Michaelem musíme zvládnout také trochu matematiky. A pak se spolu s ním alespoň trošku ponoříme do úžasného oceánu znalostí, zvaného fyzika.
Tereza: Tenhle hlavolam je ve skutečnosti jednoduchý plánek, podle něhož si z tvrdšího papíru vyrobíme jakousi šablonu pro polovinu tvaru našeho draka. Bude mít totiž tvar šestiúhelníku s otvorem uvnitř.
Michael: Naše šablona.
Filip: Samotného draka vyrobíme z tenkého papíru, aby byl co nejlehčí a podobně jako ptáci dobře plachtil.
Tereza: Z papíru, přeloženého napůl, získáváme snadno tvar celého draka s otevřenými ústy.
Filip: Aby drak držel svůj tvar, musíme jej vyztužit trojicí žeber ze špejlí. Ty naše byly krátké, a tak je musíme svazováním patřičně prodloužit.
Tereza: Do nejvzdálenějších rohů vodorovné osy draka umísťujeme zesílená poutka pro ukotvení provázku, pomocí něhož draka budeme pouštět.
Michael: A náš drak je hotov.
Michael: Tento drak je překvapivě stabilní a umí létat za slabého větru.
Tereza: Vítr, který fouká do našeho draka, vytváří vztlak.
Michael: Vztlak je síla, působící vzhůru, tedy ve směru opačném, než je gravitace, která se snaží našeho draka dostat na zem.
Tereza: Provázek poskytne napětí.
Michael: Tension in the strings repels and resists the drag created by the wind, which stops our kite from blowing off course.
Napětí provázků klade odpor tahu, který vytváří vítr, a zabraňuje tomu, aby to našeho draka neodfouklo bokem.
Tereza: Vztah mezi silami vztlaku, přitažlivosti, napětí a tahu umožňují našemu drakovi létat – pokud tedy fouká.
Michael: Studium a pochopení těchto sil umožnilo nám, lidem, tyto síly ovládnout tak, že umíme létat s těžkými letadly, která přepravují stovky cestujících na vzdálenosti tisíců kilometrů.
Michael: Tak co, už jsi našla, kde je ten správný knoflík?
Tereza: Letová příručka říká, že je to tenhle.
Michael: Tak ho zmáčkni.
Tereza: A jsi si jistý, že to vypočítali správně?
Michael: Na, já to zkontroluji. Naše hmotnost tisíc tun, rychlost, rozpětí křídel šedesát metrů, vztlak bude … jsme v pořádku. Zvedej.
Tereza: Tak já to zvedám.
Filip: Ať je to váš drak, křídla letadla anebo ruka, kterou držíte ven z okna jedoucího auta, jde o tentýž princip. Všechny brání normálnímu proudění vzduchu. Způsobuje to, že vzduch mění směr a rychlost. Když nakloním svou ruku nahoru, tlak vzduchu pod rukou roste a vzniká vztlak. Když však ruku nakloním dolů, funguje to naopak. Tlak vzduchu na hřbet ruky roste a tlačí ji dolů.
Tereza: Věda o tom, jak vzduch proudí kolem pohybujících se předmětů, je aerodynamika. Její dobrá znalost nám umožní navrhnout draka tak, aby létal lépe.
Michael: For example the hole in my kite isn´t there for aesthetical reasons; it actually improves the kite´s aerodynamics, reducing the drag and allowing for a smoother flight. Let´s go!
Například díra v našem draku není pro krásu. Ve skutečnosti zlepšuje jeho aerodynamiku a omezuje působící tah, a tak umožňuje plynulejší let. Jdeme!
Tereza: Aerodynamika. Obor spojující fyziku a techniku. Víme o ní hodně, ale určitě ne všechno.
Michael: It’s a developing field, a subject of scientific research, the results from which help the manufacturers of new civil engineering projects, of trains, of planes and of automobiles to design their latest models for higher efficiency, better performance, better fuel efficiency and faster speeds.
Je to obor, který se vyvíjí. Je předmětem vědeckého výzkumu. Jeho výsledky pomáhají projektantům nových staveb. Využívají je výrobci vlaků, letadel a automobilů při konstruování výkonnějších, rychlejších a úspornějších modelů.
Tereza: A proto se nacházíme v pražském Výzkumném a zkušebním leteckém ústavu, abychom vyzkoušeli aerodynamiku našeho draka.
Filip: V aerodynamických tunelech a laboratořích Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu probíhá výzkum, vývoj a testování pro letectví a kosmonautiku. Zkoušejí a ověřují se tu aerodynamika letounů a jejich částí, pevnost jejich konstrukce, spolehlivost motorů, vrtulí ale i průmyslových ventilátorů, konstrukcí z klasických i kompozitních materiálů.
Michael:No tak pojďte.
Tereza: Teď s námi vstoupíte k menšímu aerodynamickému tunelu. Má průměr 1,8 metru a vzduch v něm může proudit rychlostí až 55 metrů za sekundu, tedy téměř 200 kilometrů za hodinu.
Tereza: Test číslo jedna – drak s otvorem. Kolem nás proudí vítr rychlostí tři metry za sekundu.
Filip: Jak vidíte, drak i ve větru o rychlosti asi deseti kilometrů za hodinu má dobrou stabilitu. Pro zviditelnění proudění jsme použili zařízení s tenkým proužkem dýmu.
Tereza: Test číslo dvě: drak s pusou zalepenou. To jsem zvědavá, co nám řekne.
Michael: Jedem, jedem. Létá, ale ne tak dobře.
As you can see, our first kite with the hole in it works a lot better. It had a better aerodynamics, which gave the kite better lift and a more stable flight pattern.
Jak vidíte, náš první drak s otvorem létá mnohem lépe. Měl lepší aerodynamiku, která mu dala lepší vztlak a stabilnější dráhu letu.
Za všechno může aerodynamika.
Tereza: Dámy a pánové. A někteří draci mají takoví rozpětí a takovou sílu, že jsou schopni uzvednout i člověka. A to dokonce i našeho statného a silného Michaela. Jsi si opravdu jistý, že tu zkoušku chceš podstoupit?
Michael: To víš, že jo, Já jsem totiž věřící. Pevně věřím ve fyzikální zákony. Takže není čeho se bát. A já jsem připravený.
Tereza: Michaele, počkej! Zapomněl sis svačinu! Svačinu!
Michael: Já jsem tady. Ježíš, vy máte krásnou krajinu, vy Češi. Koukám, vidím Středohoří. Skoro až do Roztok vidím. Nádherný. V luftu.
Michael: Terinko, co moje svačina?
Tereza: Tady… Vítáme letce Michaela. Tak konečně jsi na zemi. To jsem ráda, žes to přežil. Jaký to bylo?
Michael: Já jsem se akorát vrátil pro svačinu.
Tereza: Vidíte to, dámy a pánové. Tady se jedná o vědu, a jeho zajímá jídlo.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough