航空旅行已成为常态，人们经常乘坐飞机或登机，却不知道它是如何运作的。飞机是如何起飞的？有时，飞机的起飞重量超过一百万磅。

自从莱特兄弟于 1903 年使用相同的空气动力学原理以来，当今飞机的空气动力学并没有发生太大变化。要了解飞行，我们需要了解飞行的力：升力、重力、阻力和推力、伯努利原理以及牛顿第一和第三运动定律。

升力、重力、阻力和推力

当飞机的升力、重力、阻力和推力保持平衡时，飞机可以高速飞行并飞得更远。较轻的飞机需要较少的推力和升力才能升起并停留在空中。在飞机后部增加重量会使重心前移。

照片：NASA.gov

举起

升力是使物体保持在空中的关键空气动力。它与重力相反，有助于使飞机保持在空中。要使飞机飞行，升力的方向与重力的方向相反。物体的重量决定了升力需要多大。

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重力

重力是一种垂直作用力，将所有物体（包括飞机）拉向地球。推力是让物体向前移动的力。

拖

阻力是使飞机减速的力。它往往会减慢飞机的前进速度。飞机设计得又长又细，机头尖尖的，这样可以帮助它们在空中飞行时减少阻力或阻力。只有当固体物体和流体（如空气或水）相互移动时才会产生阻力。如果没有流体，就没有阻力。物体和流体之间的速度差异会造成阻力。要产生阻力，就必须有运动，要么是物体穿过流体，要么是流体经过物体。

推力

推力是飞机发动机产生的力，使飞机向前飞行。对于纸飞机来说，推力是由某人的手臂投掷产生的。如果飞机的飞行面更宽，它就必须推开更多的空气，从而需要更多的能量才能向前飞行。推力是让它继续向前飞行的力量。

飞机如何飞行

在解释飞机如何飞上天空时，人们经常讨论两个基本理论：牛顿运动定律和伯努利原理。牛顿运动定律，特别是第三定律，指出每一个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力，它有助于解释推动飞机向前和向上的力。另一方面，伯努利原理涉及流动流体的速度和压力之间的关系。它揭示了机翼上如何产生升力，从而使飞机上升。

牛顿运动定律

艾萨克·牛顿爵士（1642 -1727）的运动定律适用于理解飞机的飞行方式。牛顿是一位英国物理学家、数学家、天文学家、炼金术士、神学家和自然哲学家，长期以来被认为是人类历史上最具影响力的人物之一。1687 年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》，也称为《自然哲学的数学原理》。牛顿在他的书中解释了三大运动定律。

牛顿第一和第三运动定律有助于解释飞行现象。第一定律解释称，静止的物体保持静止，而运动的物体则保持运动，除非受到外力作用。牛顿第二定律指出，力等于动量随时间变化的变化。牛顿第三定律指出，每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力。

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动力飞机，如莱特 1903 飞行器，是牛顿第三运动定律的绝佳例子。该定律解释了飞机如何从地面起飞并向前飞行。飞机的机翼将空气向下推，而空气则将机翼向上推，产生升力。同样，飞机的螺旋桨将空气向后推。这一动作使空气推动螺旋桨和整个飞机向前。

伯努利原理

1738 年，科学家丹尼尔·伯努利 (Daniel Bernoulli，1700-1782) 出版了《流体动力学》，研究流体在运动中的行为。空气和水一样，在流动时也是一种流体，可以呈现不同的形状。伯努利断言，流体流动越快，产生的压力就越小；相反，流动较慢的流体产生的压力就越大。

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飞机机翼被设计成一种特殊的形状，称为翼型。这种设计的特点是顶部表面弯曲，底部相对平坦。飞机运动时，空气在机翼上方和下方流动。伯努利方程解释说，流经弯曲顶部表面的空气会加速，并与下方流动的空气更快地相遇。根据伯努利的说法，速度的增加会导致压力下降。因此，机翼顶部的压力低于其下方的压力，从而产生升力。然而，需要注意的是，伯努利原理并不能解释飞机倒飞或平飞的能力。

总结一下飞行

航空旅行依赖于空气动力学原理，自 1903 年莱特兄弟首次飞行以来，该原理一直没有发生重大变化。四种力控制着飞机的飞行：升力，它通过反重力使飞机保持在空中；重力，它将其拉向地球；阻力，它减缓飞机向前的运动；推力，由发动机产生，使飞机向前移动。当升力等于重力且推力等于阻力时，飞机可以高效飞行。理解飞行还涉及牛顿运动定律和伯努利原理。牛顿定律解释了力如何作用于飞机，其中第一定律和第三定律与飞行动力学特别相关。同时，伯努利原理描述了流动速度更快的流体（如空气）具有较低的压力，这是飞机机翼产生升力的基础。这种复杂的力和原理平衡使飞机尽管重量很大，但仍可以安全起飞、飞行和降落。