Uçakların havadaki hareketini anlamak için öncelikle fiziksel kuvvetlerin etkisini incelemek gerekir. Bir uçağın havada kalabilmesi ve yönlenebilmesi dört temel kuvvetin etkileşimine bağlıdır: taşıma (lift), ağırlık (weight), itme (thrust) ve sürükleme (drag) kuvvetleri. Bu kuvvetler arasında özellikle itme ve taşıma kuvvetleri, uçağın havalanması ve havada ilerlemesi açısından kritik öneme sahiptir.

^{Uçağa Etki Eden Dört Kuvvet (Bilim Genç)}

1. İtme (Thrust) Kuvveti

Bu kuvvet, uçağı ileriye doğru hareket ettiren temel güçtür. Uçaktaki jet motorları ya da pervaneler, havayı içeri çeker ve ardından yüksek hızla arkaya doğru iter. Newton’un üçüncü yasası gereği, bu hareket uçağı ileri iter. İtme kuvveti her zaman sürükleme kuvvetine karşı çalışır. Yeterince büyükse uçak hızlanır, değilse yavaşlar.

^{İrtifasını Yükselten Bir Uçak (pixabay)}

2. Kaldırma (Lift) Kuvveti

Kaldırma kuvveti, uçağın kanatları sayesinde oluşur. Kanatların özel şekli (airfoil) havayı yukarıdan ve aşağıdan farklı hızlarda geçmeye zorlar. Bu da üstte düşük, altta yüksek basınca neden olur – yani net bir şekilde yukarı yönlü bir kuvvet oluşur. Bu kuvvet, uçağı havada tutan temel etkendir. Her zaman uçuş yönüne diktir ve ağırlık kuvvetine zıttır.

^{İrtifasını Yükselten Bir Uçak (pixabay)}

3. Ağırlık (Weight) Kuvveti

Ağırlık, yerçekiminin uçağa uyguladığı kuvvettir. Yani tüm uçak gövdesinin, yolcuların, yakıtın ve yükün toplamıdır. Bu kuvvet daima Dünya’nın merkezine doğrudur. Uçağın ağırlık merkezi, bu kuvvetin etkili olduğu noktadır. Ağırlık kuvvetine karşı çalışan kuvvet ise kaldırmadır. Denge kurulmadığı takdirde uçak alçalır.

^{İrtifasını Koruyan Bir Uçak (pixabay)}

4. Sürükleme (Drag) Kuvveti

Sürükleme, uçağın havada ilerlerken karşılaştığı dirençtir. Hareket yönünün tersine etki eder ve uçağı yavaşlatma eğilimindedir. Bu kuvvetin kaynakları şunlardır:

• Havanın uçağa uyguladığı sürtünme
• Gövde şeklinin oluşturduğu hava basıncı farkları
• Kanat uçlarındaki girdaplar gibi aerodinamik etkiler

Sürükleme kuvvetine karşı çalışan kuvvet ise itmedir. Modern uçak tasarımları, bu sürüklemeyi azaltarak yakıt verimliliğini artırmayı hedefler.

^{İniş Yapan Bir Uçak (pixabay)}

Denge Durumu: Dört Kuvvetin Uyumu

Uçağa etki eden dört kuvvet, dengeye ulaştığında, uçak havada sabit bir hızla hareket eder. Bu denge durumunda:

1. Taşıma kuvveti, yerçekiminin neden olduğu ağırlık kuvvetini dengeler.

2. İtme kuvveti, hava direncinden kaynaklanan sürükleme kuvvetini dengeler.

Bu durum, Newton’un hareket yasalarıyla da açıklanabilir. Bir cisme etki eden tüm kuvvetler birbirini dengelediğinde, cisim eğer hareketsizse hareketsiz kalmaya devam eder eğer hareket ediyorsa sabit hızla hareketini sürdürür. Uçaklar için bu, düz ve dengeli bir uçuş anlamına gelir.

^{Tablo Hakkında: taşıma (lift), ağırlık (weight), itme (thrust) ve sürükleme (drag) kuvvetleridir. (> : Büyüktür) (< : Küçüktür) (= : Eşittir).}

Kanatların ve Motorların Uyumu

Taşıma kuvveti, uçağın kanatlarının aerodinamik yapısından kaynaklanır. Bu yapı, Bernoulli ilkesi esas alınarak tasarlanmıştır. Bernoulli ilkesine göre, bir akışkanın (bu durumda havanın) hızının arttığı bölgelerde basınç azalır; yavaşladığı bölgelerde ise basınç artar. Uçak kanatlarının üst yüzeyi bombeli, alt yüzeyi ise daha düz bir şekle sahiptir. Bu tasarım, kanadın üst kısmındaki hava akımının hızını artırır, bu da basıncın azalmasına neden olur. Alt kısımdaki daha yavaş hava ise daha yüksek bir basınç oluşturur. Sonuç olarak, kanadın altındaki basınç üsttekinden büyük olur ve bu fark, yukarı yönlü bir taşıma kuvveti oluşmasına sebep olur. Bu kuvvet, uçağın havalanmasını sağlar.

Uçağın ileriye doğru hareketi, motorlar tarafından sağlanan itme kuvvetiyle mümkün olur. Ancak uçağın hareketi sırasında karşılaşılan bir başka kuvvet ise sürükleme kuvvetidir. Bu, hava direncinden kaynaklanır ve uçağın hareket yönünün tersine etki eder. Örneğin, rüzgârlı bir günde rüzgâra karşı yürürken hissedilen direnç, sürükleme kuvvetinin gündelik yaşamdaki basit bir karşılığıdır. Motorların vesile olduğunu itme kuvveti, sürükleme kuvvetini yenmek zorundadır. Bu sayede uçak ileri doğru hareket eder ve havada ilerlemesini sürdürür.