สำหรับเด็กระดับกลาง - สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
 
สารานุกรมไทย
สำหรับเยาวชน  เมนู เล่ม 1
เล่มที่ ๑
เรื่องที่ ๑ ดวงอาทิตย์
เรื่องที่ ๒ อุปราคา
เรื่องที่ ๓ ท้องฟ้ากลางคืน
เรื่องที่ ๔ นก
เรื่องที่ ๕ ปลา
เรื่องที่ ๖ เครื่องจักรกล
เรื่องที่ ๗ พลังงาน
เรื่องที่ ๘ อากาศยาน
เรื่องที่ ๙ ดนตรีไทย
รายชื่อผู้เขียน

สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ ๑ / เรื่องที่ ๘ อากาศยาน / สำหรับเด็กระดับกลาง

 สำหรับเด็กระดับกลาง
มนุษย์มีมันสมองดีมาก จึงอยากรู้ อยากเห็น และอยากทำ เช่น เมื่อ เห็นว่า นกบินได้ ก็พยายามจะบินให้ได้บ้าง แม้ว่าธรรมชาติจะมิได้สร้างให้ มนุษย์มีปีกเหมือนนก ในพุทธศตวรรษที่ ๒๑ คือ เมื่อประมาณ ๕๐๐ ปีมา แล้ว มีผู้ทดลองติดปีกขนาดใหญ่ที่แขนทั้งสองข้างแล้วถลาร่อนลงมาจากที่สูง เพราะเห็นว่านกกระพือปีกจึงบินได้ ก็ลองติดปีกแล้วกระพือบ้าง แต่เพราะมิได้ ศึกษาเรื่องน้ำหนักและแรงยกเพียงพอ การทดลองบินครั้งนั้นจึงล้มเหลว ผู้ ทดลองเป็นอันตรายถึงกับเสียชีวิต

เมื่อหลายพันปีมาแล้ว มีนิทานชาวกรีกซึ่งได้เล่ากันต่อๆ มาว่า พ่อลูกสองคนชื่อ ดีดาลุส (Daedalus) และอิคารุส (Icarus) ได้คิดหาวิธีออกจากที่คุมขัง ซึ่งไม่มีหลังคาโดยใช้ขนนกมาจัดเข้าเป็นปีกขนาดใหญ่แล้วนำมาติดกับแขนด้วยขี้ผึ้ง เพื่อบินหนี พ่อได้สั่งลูกชายว่า อย่าบินสูงนักเพราะแสงแดดจะทำให้ขี้ผึ้งละลายแต่ลูกชายเพลิดเพลินกับการบินได้เป็นครั้งแรก จึงบินสูงขึ้น สูงขึ้น ทำให้ขี้ผึ้งละลาย จึงตกลงทะเล ส่วนบิดาบินหนีไปได้อย่างปลอดภัย
ด้วยความฉลาดของมนุษย์ที่สังเกตเห็นว่า ควันไฟลอยสูงขึ้นในอากาศ ในราว พ.ศ. ๒๓๒๖ สองพี่น้องชาวฝรั่งเศสในสกุล มองต์โกลฟิเยร์ (Montgolfier) คิดทำบอลลูนให้ลอยขึ้นได้สำเร็จเป็นครั้งแรก โดยบรรจุควันไฟไว้ภายในบอล ลูน เพื่อทำให้เกิดแรงยก เพราะควันไฟเบากว่าอากาศ มนุษย์คนแรกที่ขึ้นไป กับบอลลูนได้เป็นผลสำเร็จเป็นชาวฝรั่งเศสชื่อ โรซิเอร์ (Rozier) ต่อจากนั้นการ คิดค้นคว้าสร้างอากาศยานประเภทเบากว่าอากาศก็ก้าวหน้าขึ้นเรื่อยๆ มีการ สร้างบอลลูนบรรจุก๊าซที่เบากว่าอากาศและเรือเหาะซึ่งขับเคลื่อนด้วยเครื่องจักร กล
ผู้ที่คิดค้นเรื่องการบินหรือการเหาะไปในอากาศให้ได้เหมือนนก พยา- ยามคิดขยายขนาดของปีกให้ใหญ่ขึ้นเพื่อให้สามารถรับน้ำหนักของคนที่ร่อนลง มาจากที่สูงได้ แต่เมื่อปีกใหญ่มาก คนก็รับน้ำหนักปีกไม่ไหว ต่อมาเมื่อมีผู้คิดค้นประดิษฐ์เครื่องยนต์ที่เบาแต่มีกำลังแรงมากได้ นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน สองคนพี่น้องในสกุลไรท์ (Wright) จึงได้นำเอาเครื่องยนต์ชนิดนั้นมาติดไว้ที่ กลางปีกสองชั้น มีสายพานเชื่อมโยงไปหมุนใบพัดให้เกิดแรงฉุด อากาศยานของไรท์นี้มีลำตัวโปร่งยื่นไปทั้งด้านหน้าและด้านหลัง เขาทั้งสองได้ทำการทดลอง บินที่ชายฝั่งทะเลของมลรัฐแคโรไลนาของสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ ๑๗ ธันวาคม พ.ศ. ๒๔๔๖ ออร์วิลล์ ไรท์ นอนราบใช้มือและเท้าบังคับเครื่องบินให้บินขึ้น ได้ด้วยกำลังจากเครื่องยนต์ที่ติดไว้ในเครื่องบิน และบินได้สำเร็จ นับเป็นการ บินครั้งแรกของอากาศยานประเภทหนักกว่าอากาศ ตั้งแต่นั้นมา ก็มีการคิด ประดิษฐ์เครื่องบินแบบต่างๆ ให้ก้าวหน้ายิ่งขึ้น ปัจจุบันเรามีอากาศยานประเภท หนักกว่าอากาศมากมายหลายแบบ ทั้งเครื่องบินนก เครื่องบินทะเล เรือบิน เครื่องบิน สะเทินน้ำสะเทินบก เครื่องร่อน เฮลิคอปเตอร์ เครื่องบินปีกหลายชั้น เครื่องบินปีกชั้น เดียว เครื่องบินหลายเครื่องยนต์ ฯลฯ

เพื่อให้เข้าใจว่าอากาศยานลอยตัวอยู่ในอากาศได้อย่างไร ควรทำความ เข้าใจในเรื่องแรงยก และ เรื่องแพนอากาศ ดังต่อไปนี้

เมื่อวัตถุจมอยู่ในน้ำ จะมีแรงยกกระทำที่วัตถุเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่มี ปริมาตรเท่ากับวัตถุนั้น เมื่อวัตถุลอยอยู่ในอากาศก็เช่นกัน จะมีแรงยกวัตถุนั้น เท่ากับน้ำหนักของอากาศที่มีปริมาตรเท่าวัตถุ
มนุษย์ติดปีกที่แขนพยายามร่อนลงมาจากที่สูง โดยไม่มีความรู้ความชำนาญในวิชาการบิน จึงเป็นอันตรายถึงเสียชีวิต
อากาศหนึ่งลูกบาศก์ฟุตมีน้ำหนัก ๐.๐๘ ปอนด์ นั่นคือ อากาศหนึ่งลูก บาศก์ฟุตจะยกน้ำหนักได้อย่างมาก ๐.๐๘ ปอนด์ ฉะนั้นบอลลูนหรือเรือเหาะ ขนาด ๕ ล้านลูกบาศก์ฟุต จะได้แรงยกจากอากาศถึง ๔๐๐,๐๐๐ ปอนด์ ถ้าใช้ ก๊าซไฮโดรเจนซึ่งหนัก ๐.๐๐๕๕ ปอนด์ต่อลูกบาศก์ฟุตบรรจุภายใน ก็จะเป็น น้ำหนักของไฮโดรเจนเสีย ๒๗,๕๐๐ ปอนด์ เมื่อรวมถึงน้ำหนักเปลือกและ โครงสร้างของบอลลูนอีกประมาณ ๔๐,๐๐๐ ปอนด์ ก็จะเหลือแรงยกที่ใช้บรร- ทุกได้ถึง ๓๓๒,๕๐๐ ปอนด์

บอลลูน มีลักษณะเป็นลูกโป่งขนาดใหญ่ เปลือกสร้างจากวัตถุเบาแต่ เหนียว สามารถรับความอัดดันของก๊าซเบา เช่น ไฮโดรเจน หรือ ฮีเลียม ซึ่งอัด ไว้เป็นจำนวนมากพอที่จะยกน้ำหนักบรรทุกหลายๆ ตันได้ ตามปกติบอลลูน ลอย จะมีเชือกผูกโยงยึดกระเช้าหรือห้องนั่งของผู้โดยสาร พามันล่องลอยไป ตามกระแสลม เมื่อต้องการจะลง ผู้บังคับยานจะค่อยๆ ปล่อยก๊าซทิ้งไปเสีย บ้าง เพื่อลดระยะสูงลงมาเรื่อยๆ จนในที่สุดจะลงจอดที่พื้นดินได้
สำหรับบอลลูนล่าม ตามปกติจะไม่มีกระเช้าห้อย แต่จะมีลวดเคเบิล ขนาดยาวล่ามไว้ให้ลอยอยู่เหนือเมืองหลวง หรือเหนือจุดยุทธศาสตร์ เพื่อป้องกันการโจมตีทางอากาศระยะต่ำ
เรือเหาะ แตกต่างไปจากบอลลูนตรงที่โครงสร้างมักเป็นโลหะ ลำเรือ มีขนาดใหญ่โตมาก ทั้งยังมีเครื่องยนต์สำหรับผลักดันให้เคลื่อนไปตามทิศทาง ที่ต้องการได้โดยไม่ต้องอาศัยกระแสลม อังกฤษและเยอรมนีเคยสร้างเรือเหาะ ใช้ในสงคราม และในการบินพาณิชย์ แต่ใช้การไม่ใคร่ดีนัก เนื่องจากต้องสร้าง ให้มีขนาดใหญ่มากจึงอุ้ยอ้ายเคลื่อนที่ได้ช้า เรือเหาะสร้างโดย เคานต์ เซปเปลิน (Count Von Zeppelin) เคยเดินทางระหว่างเยอรมนีและสหรัฐอเมริกาได้ด้วยความ เร็ว ๘๐ ไมล์ต่อชั่วโมง ปัจจุบันนี้เลิกใช้แล้ว เพราะนอกจากจะเดินทางได้ช้า แล้วยังเกิดเพลิงไหม้ได้ง่าย เนื่องจากก๊าซไฮโดรเจนที่บรรจุไว้เป็นก๊าซไวไฟจึงเป็นอันตรายต่อผู้โดยสาร

ว่าว จัดเป็นอากาศยานประเภทหนักกว่าอากาศได้ด้วย เพราะลอยตัว อยู่ในอากาศในลักษณะคล้ายคลึงกับเครื่องบิน ว่าวขนาดใหญ่สามารถบรรทุก คนให้นั่งอยู่ภายใต้ว่าวได้ แต่ต้องจัดให้ว่าวนั้นมีความเร็วเหมือนเครื่องบิน ว่าว จึงลอยตัวอยู่ในอากาศได้ โดยกระแสลมพัดผลักดันให้เกิดแรงยกที่ตัวว่าวที่ เอียงเป็นมุมกับทิศทางลม สายป่านที่ล่ามว่าวอยู่นั้น ดึงรั้งไม่ให้ตัวว่าวหลุด ลอยไป และดึงตัวว่าวให้ลอยอยู่บนท้องฟ้าตลอดเวลาที่มีกระแสลมพัดมา เรื่อยๆ
เครื่องบินมีแพนอากาศ หรือปีกซึ่งยึดเอียงเป็นมุมกับลำตัวเพื่อให้ลม พัดปะทะ จึงจะเกิดแรงยกดังกล่าว ปีกมีหลายแบบ หลายขนาด หลายชนิด ซึ่ง จะให้กำลังยกขนาดต่างๆ กัน แรงยกจะเพียงพออุ้มอากาศยานไว้ในอากาศตราบ เท่าที่มีความเร็วพอ

แรงยกที่ปีก = พื้นที่ปีก x ตัวคูณซึ่งเกิดจากลักษณะของปีก x ความหนาแน่นของอากาศ x ความเร็ว x ความเร็ว

ตัวคูณซึ่งเกิดจากคุณลักษณะของปีกหมายถึง จำนวนเลขจำนวนหนึ่ง ซึ่งคิดคำนวณมาได้จากลักษณะหลายๆ อย่างของปีก เช่น ความโค้ง มุมปะทะความหนา ฯลฯ

ตราบเท่าที่ผลคูณทางขวามือนี้เท่ากับน้ำหนักของเครื่องบิน เครื่องบินก็ สามารถทรงตัวอยู่ในอากาศได้ เมื่อใดผลคูณน้อยกว่าน้ำหนัก เครื่องบินจะร่วงหล่นทันที แม้ว่าจะยังคงมีความเร็วเหลืออยู่บ้าง

จุดที่ความเร็วเริ่ม ทำให้ผลคูณหรือแรงยกน้อยกว่าน้ำหนักของเครื่องบิน เรียกว่า จุดร่วงหล่น (stall)  

เฮลิคอปเตอร์ ก็คือ อากาศยานที่มีปีกหมุน หรือโรเตอร์ขนาดไม่กว้าง นัก แต่ค่อนข้างยาวติดอยู่เบื้องบน สำหรับให้แรงยกแก่ลำตัวเฮลิคอปเตอร์ เมื่อโรเตอร์เริ่มหมุนผ่านอากาศด้วยมุมปะทะที่นักบินบังคับ แรงยกก็เริ่มเกิด และจะเพิ่มมากขึ้นเมื่อหมุนเร็วขึ้น เฮลิคอปเตอร์ยังอยู่ที่เดิม จนกระทั่งค่าของ แรงยกหรือผลคูณที่ได้กล่าวแล้วมีค่ามากกว่าน้ำหนักของอากาศยาน เฮลิคอปเตอร์ก็จะค่อยๆ ลอยตัวขึ้นสู่อากาศทันที

การเคลื่อนที่ไปมานั้น ทำได้โดยการเอียงระนาบการหมุนของโรเตอร์ไป ในทิศที่ต้องการ โรเตอร์แต่ละกลีบสามารถบิดได้ เพื่อเปลี่ยนมุมปะทะของลม ซึ่งจะทำให้แรงยกมีค่ามากขึ้นหรือน้อยลงได้ตามแต่กรณี สำหรับใบพัดเล็กๆ หมุนเร็วๆ ที่หางนั้น ช่วยต้านแรงบิดจากเครื่องยนต์ มิฉะนั้นจะทำให้เฮลิคอป- เตอร์ที่กำลังลอยอยู่ในอากาศหมุนตัวเป็นลูกข่างไป

เฮลิคอปเตอร์แตกต่างไปจากเครื่องบินอีกประการหนึ่ง คือ มีโรเตอร์ หมุนในอากาศ ทำให้เกิดแรงยกเพิ่มมากขึ้นหรือลดน้อยลงด้วยการเปลี่ยนมุม ปะทะของลมที่กลีบโรเตอร์ โดยตัวอากาศยานไม่เคลื่อนที่ เฮลิคอปเตอร์ จึงบินขึ้นลงได้ตรงๆ โดยไม่ต้องใช้ทางวิ่ง

เฮลิคอปเตอร์ที่เปลี่ยนมุมปะทะของโรเตอร์ไม่ได้ มีชื่อว่า ไจโรคอปเตอร์

เครื่องบินทะเล คือเครื่องบินที่ขึ้นลงในทะเลมีทุ่นหรือลำเรือรองรับน้ำหนักแทนล้อ

เครื่องบินสะเทินน้ำสะเทินบก คือ เครื่องบินที่มีทั้งล้อและทุ่น เป็นฐาน เพื่อให้ขึ้นลงได้ทั้งบนบกและเหนือผิวน้ำ

เรือบิน คือเครื่องบินที่มีลำตัวเป็นลำเรือนั่นเอง

เครื่องบินบางแบบมีปีกซ้อนกันหลายชั้นตามความประสงค์ของผู้สร้าง และบางแบบก็มีฐานเป็นสกี เพื่อใช้ลงในภูมิประเทศที่ปกคลุมไปด้วยหิมะ

เครื่องร่อน คือเครื่องบินที่ไม่มีเครื่องยนต์ การขึ้นสู่อากาศกระทำโดย ใช้คน รถยนต์ หรือเครื่องบินลากให้ได้ความเร็วพอที่จะเกิดแรงยกทำนองเดียว กับเครื่องบิน บางครั้งเราใช้วิธีปล่อยเครื่องร่อนลงมาจากที่สูงแทนการลาก
หัวข้อก่อนหน้า หัวข้อถัดไป