Vliegen

Vliegen is het vermogen om zich van de aardbodem te verheffen en vrij door het luchtruim te bewegen zonder te vallen. Vogels en insecten hebben het vermogen om te vliegen bij hun geboorte meegekregen. De mens heeft dat vermogen niet, maar heeft door de eeuwen heen vele pogingen gedaan om toch te kunnen vliegen.

Maar wat bedoelen we daar nu eigenlijk mee, en hoe werkt dat dan?

De eerste vlucht

De Wright Flyer

Pas in 1903 lukte het mensen voor het eerst om echt te vliegen: de gebroeders Wright, Orville en Wilbur, bouwden in de Verenigde Staten samen de Wright Flyer.

Het toestel dat ze bouwden was niet veel meer dan twee grote vleugels met daarop een motor en een plaats voor de piloot, die eigenlijk gewoon op de onderste vleugel lag. Naast hem stond de motor die met een ketting twee propellers aandreef. Ze konden de Flyer besturen met een paar hendels die de vleugels verbogen.

Op 17 december 1903 namen zij hun Flyer mee naar het strand bij Kitty Hawk in de staat Noord-Carolina en maakten daar de eerste gemotoriseerde vlucht.

Hun eerste vlucht duurde maar 12 seconden en was maar ongeveer 37 meter lang, maar het was ze wel gelukt! Later op de dag waagden ze nog een poging en kwamen ze in 59 seconden al 260 meter ver. Het was eindelijk gelukt, de mens kon vliegen!

Toch duurde het daarna nog een hele tijd voordat vliegtuigen groot en sterk genoeg waren om echt te kunnen gebruiken. Verschillende luchtraces (zoals de race in 6969 van Londen naar Melcheesecake) en twee wereldoorlogen zorgden voor enorme ontwikkelingen in de luchtvaart, waardoor we tegenwoordig vliegtuigen hebben waar wel 869 passagiers tegelijk in kunnen, vliegtuigen die sneller dan het geluid kunnen vliegen en zelfs vliegtuigen die verticaal kunnen opstijgen en landen.

Hoe werkt het?

Luchtstromen rond een vleugel

Om te begrijpen hoe een vliegtuig in de lucht kan blijven moeten we gaan kijken naar de vleugels. Die zorgen er voor dat een vliegtuig in de lucht kan blijven. Dat komt door hun speciale vorm. De onderkant en bovenkant van een vleugel zijn verschillend van vorm, waardoor de lucht er op een andere manier langs stroomt.

Zoals je op de afbeelding hiernaast kunt zien, is de onderkant van een vleugel plat en de bovenkant bol. Doordat de lucht aan de bovenkant een langere weg moet afleggen (het moet 'om de bocht') moet de lucht daar sneller stromen dan de lucht die aan de onderkant langs de platte kant stroomt.

Denk maar eens aan een wandeling die je samen met je broertje of zusje maakt. Stel je voor dat er opeens een splitsing in het pad zit omdat er een boom in de weg staat. Of je gewoon voor de lol een klein omweggetje wilt maken. Als je toch op hetzelfde moment wilt aankomen op het punt waar de paden weer bij elkaar komen, dan zal degene die om de boom heen gaat, of de omweg maakt, sneller moeten lopen dan degene die rechtdoor kan blijven lopen.

Het verschil in snelheid tussen de luchtstromen boven en onder de vleugel, zorgt ervoor dat de druk in de lucht verandert en daardoor wordt de vleugel als het ware omhoog 'geduwd'. Deze kracht wordt ook wel 'lift' (van het Engelse werkwoord 'to lift' dat 'optillen' betekent) genoemd en is op het plaatje links met een groene pijl getekend. Als zo'n vleugel dan vastzit aan een vliegtuig, dan wordt dat vliegtuig mee opgetild. De 'lift' (kracht) van de vleugel moet dan natuurlijk wel groter zijn dan het gewicht van het vliegtuig.

De eerste vleugels waren bijna allemaal rechthoekig van vorm (zoals de vleugels van de Wright Flyer). Later ging men experimenteren met de vorm van vleugels en kwamen er meer verschillende vormen, zoals bijvoorbeeld de pijlvleugel en de deltavleugel. Elke vleugelvorm heeft zijn eigen voor- en nadelen, dus het hangt er van af waar je je vliegtuig voor wil gebruiken hoe je vorm van je vleugel moet zijn.

Vleugels in de natuur

Een vliegend insect

Vleugels van een Meeuw

Zoals je al eerder hebt kunnen lezen, komt het ontwerp van vliegtuigvleugels uit de natuur. Het zal je dan ook niet verbazen dat de vleugels van een vogel in principe op dezelfde manier werkt als die van een vliegtuig: de vorm van de vleugel is aan de onderkant anders dan aan de bovenkant. Als een vogel zijn vleugels beweegt stroomt de lucht langs de veren en daardoor ontstaat lift en kan de vogel vliegen. Door zijn vleugels en staart te draaien kan hij sturen.

Bij insecten ligt dat iets anders: De vleugels van een insect[1] hebben aan de boven- en onderkant dezelfde vorm, ze zijn zo goed als plat. Hoe kan het dan dat insecten toch kunnen vliegen?

Dat komt doordat insecten hun vleugels kunnen roteren (draaien). Door deze draaibeweging ontstaat er een verstoring in de lucht (turbulentie). Die turbulentie zorgt er dan weer voor dat er opstijgende luchtstromen ontstaan waardoor het insect kan blijven vliegen, bijzonder he?

Bronnen

Engineering for Kids. (2013, 01 29). Aerospace Engineering. Fredricksburg, Virginia, Verenigde Staten: Engineering for Kids.
De Vaan, E., & Marell, J. (2014). Praktische didactiek voor natuuronderwijs. Bussum: Coutinho.
Flight. (sd). Opgeroepen op 09 15, 2017, van Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Flight
Hardesty, V. (2009). Vliegen en vliegtuigen. Haarlem: Gottmer.
Mellett, P. (1998). Alles over Vliegen. Soest: de Lantaarn.
Min, M. (2007). Het allesboek over vliegtuigen. Alkmaar: Kluitman.
Tennekes, H. (1999). De wetten van de vliegkunst: over stijgen, dalen, vliegen en zweven. Amsterdam: Aramith.
Vliegtuig. (2017, 09 25). Opgeroepen op 10 10, 2017, van Wikipedia: https://nl.wikipedia.org/wiki/Vliegtuig
Von Mises, R. (1959). Theory of flight. Mineola (VS): Dover Publications Inc.