Energie – Physik für die Luftfahrt

By | September 23, 2022

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Energie wird typischerweise als etwas definiert, das uns die Fähigkeit gibt, Arbeit zu verrichten. Wenn wir als Individuen sagen, dass wir uns voller Energie fühlen, ist das ein Indikator dafür, dass wir viel Arbeit leisten können. Energie kann als eine von zwei Arten klassifiziert werden: entweder als potentielle Energie oder als kinetische Energie.

Potenzielle Energie

Potenzielle Energie ist definiert als Ruheenergie oder gespeicherte Energie. Potentielle Energie kann in drei Gruppen eingeteilt werden: (1) Energie aufgrund der Position, (2) Energie aufgrund der Verformung eines elastischen Körpers und (3) Energie, die durch chemische Wirkung Arbeit erzeugt. Beispiele der ersten Gruppe sind Wasser in einem Hochbehälter oder ein Flugzeug, das mit Wagenhebern vom Boden abgehoben wird; ein gedehntes Bungee-Seil an einem Piper Tri-Pacer oder eine komprimierte Feder sind Beispiele für die zweite Gruppe; und Energie in Flugbenzin, Lebensmitteln oder Akkumulatoren sind Beispiele für die dritte Gruppe.

Um die potentielle Energie eines Objekts aufgrund seiner Position, wie in der Höhe, zu berechnen, wird die folgende Formel verwendet:

Potenzielle Energie = Gewicht × Höhe

Eine auf dieser Formel basierende Berechnung ergibt eine Antwort mit Einheiten von Fuß-Pfund (ft-lb) oder Zoll-Pfund (in-lb), die die gleichen Einheiten sind, die für die Arbeit gelten. Arbeit, die später auf dieser Website behandelt wird, wird als eine Kraft beschrieben, die über eine gemessene Entfernung ausgeübt wird, wobei die Kraft in Pfund und die Entfernung in Fuß oder Zoll angegeben ist. Potenzielle Energie und Arbeit haben viel gemeinsam.

Beispiel: Eine Boeing 747 mit einem Gewicht von 450.000 Pfund muss 4 Fuß in die Luft gehoben werden, damit Wartungsarbeiten am Fahrwerk durchgeführt werden können. Wie viel potentielle Energie besitzt das Flugzeug aufgrund dieser erhöhten Position?

Potenzielle Energie = Gewicht × Höhe
PE = 450.000 Pfund × 4 Fuß
PE = 1.800.000 ft-lb

Wie bereits erwähnt, besitzt Flugbenzin aufgrund seiner chemischen Natur potentielle Energie. Benzin hat das Potenzial, Wärmeenergie freizusetzen, basierend auf seinem Gehalt an britischen thermischen Einheiten (BTU). Ein Pfund Fluggas enthält 18.900 BTU Wärmeenergie, und jede BTU kann 778 ft-lb Arbeit leisten. Wenn wir also 778 mit 18.900 multiplizieren, stellen wir fest, dass ein Pfund Flugbenzin 14.704.200 ft-lb Arbeit leisten kann. Stellen Sie sich die potenzielle Energie in den vollständig gewarteten Treibstofftanks eines Flugzeugs vor.

Kinetische Energie

Kinetische Energie ist definiert als Energie, die in Bewegung ist. Ein Flugzeug, das die Landebahn hinunterrollt, oder ein rotierendes Schwungrad an einem Triebwerk sind beides Beispiele für kinetische Energie. Kinetische Energie hat die gleichen Einheiten wie potenzielle Energie, nämlich Fuß-Pfund oder Zoll-Pfund. Um die kinetische Energie für etwas in Bewegung zu berechnen, wird die folgende Formel verwendet:

Kinetische Energie = 1⁄2 Masse × Geschwindigkeit2

Um die Formel zu verwenden, zeigen wir die Masse als Gewicht dividiert durch die Schwerkraft und die Geschwindigkeit des Objekts wird in Fuß pro Sekunde angegeben. Dies ist notwendig, um Einheiten in Fuß-Pfund zu erhalten.

Beispiel: Ein Airbus A380 mit einem Gewicht von 600.000 lb bewegt sich auf seiner Startrolle mit einer Geschwindigkeit von 200 fps über die Landebahn. Wie viel Fuß-Pfund kinetische Energie besitzt das Flugzeug? [Figure]

Flugphysik
Kinetische Energie (Airbus A380 beim Start)

Kinetische Energie = 1⁄2 Masse × Geschwindigkeit2
Kinetische Energie = 1⁄2 × 600.000 ÷ 32,2 × 2002
KE = 372.670.000 ft-lb

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