Thursday, June 18, 2009

ΦΥΣΙΚΗ

Aνάκλαση. Το φυσικό φαινόμενο κατά το οποίο μια ακτινοβολία οποιασδήποτε φύσης πέφτει επάνω σε μια επιφάνεια και αλλάζει διεύθυνση διάδοσης, σύμφωνα με ορισμένους νόμους. Όταν η επιφάνεια, επάνω στην οποία προσπίπτει η ακτινοβολία, είναι ακανόνιστη και τραχιά, τότε οι ανακλώμενες ακτίνες εκπέμπονται προς όλες τις κατευθύνσεις, οπότε έχουμε τη «διάχυτη ανάκλαση» ή απλά «διάχυση». Όταν όμως οι ακτίνες (και ειδικά οι φωτεινές) προσπέσουν σε επιφάνειες λείες και στιλπνές, τότε οι ανακλώμενες ακτίνες σχηματίζουν δέσμη με σταθερή πορεία. Το φαινόμενο αυτό είναι «κανονική ανάκλαση» ή απλά ανάκλαση και παρατηρείται σ' όλα τα κάτοπτρα, κοίλα, επίπεδα και κυρτά.
Οι νόμοι τους οποίους ακολουθεί το φαινόμενο είναι οι εξής: α) Η προσπίπτουσα και η ανακλώμενη ακτίνα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, που λέγεται «επίπεδο πρόσπτωσης» και το οποίο είναι κάθετο στην επιφάνεια που προκαλεί την ανάκλαση και β) Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης.
Από τους νόμους αυτούς προκύπτει το συμπέρασμα ότι, αν η φωτεινή ακτίνα προσπέσει κάθετα σε μια επιφάνεια, θα ανακλαστεί επίσης κάθετα και θα ακολουθήσει την αντίστροφη πορεία. Στην περίπτωση που έχουμε πρόσπτωση ακτίνων σε γυάλινες επιφάνειες, το φαινόμενο γίνεται περισσότερο σύνθετο, γιατί ένα μέρος της φωτεινής ακτινοβολίας ανακλάται, ένα άλλο μέρος απορροφάται από την επιφάνεια και το υπόλοιπο, επειδή η ταχύτητα του φωτός είναι διαφορετική στον αέρα και στο γυαλί (μέσα σε διάφορη «οπτική πυκνότητα»), διέρχεται από την επιφάνεια και ακολουθεί τους νόμους ενός άλλου φαινομένου που λέγεται «διάθλαση». Οι νόμοι της ανάκλασης ισχύουν για κάθε ανακλαστική επιφάνεια, άσχετα αν αυτή είναι επίπεδη ή καμπύλη. Το φαινόμενο της ανάκλασης το εκμεταλλευόμαστε στην τεχνική της κατασκευής προβολέων και «ανακλαστήρων» με την κατάλληλη χρησιμοποίηση των επιφανειών που προκαλούν την ανάκλαση και λέγονται «κάτοπτρα».
Ανακλαστήρας. Η επιφάνεια ή σύστημα διάφορων επιφανειών που μπορεί να συγκεντρώνει ακτινοβολίες και να τις κατευθύνει σε ορισμένη διεύθυνση. Απλή μορφή ανακλαστήρα είναι τα κάτοπτρα (επίπεδα, κοίλα ή κυρτά) που χρησιμοποιούνται στη Γεωμετρική Οπτική για την παραγωγή ειδώλων διάφορων αντικειμένων ή τη συγκέντρωση της φωτεινής δέσμης σε μια κατεύθυνση. Οι τύποι αυτοί των ανακλαστήρων (γυάλινες επιφάνειες επαργυρωμένες) είναι χρήσιμοι στην κατασκευή οπτικών οργάνων. Το ανακλαστικό τηλεσκόπιο που χρησιμοποιείται για την έρευνα των ουράνιων σωμάτων, αντί του αντικειμενικού φακού, έχει στη θέση του ένα κοίλο κάτοπτρο, το οποίο συγκεντρώνει τη φωτεινή δέσμη που προέρχεται από το παρατηρούμενο σώμα και επιτρέπει την παρατήρηση όχι του σώματος απευθείας αλλά του ειδώλου του. Οι προβολείς έχουν τοποθετημένη τη φωτεινή πηγή τους (λυχνία) στην «κύρια εστία» ενός παραβολικού κατόπτρου, που παίζει το ρόλο του ανακλαστήρα. Μεταλλικοί ανακλαστήρες χρησιμοποιούνται επίσης από τις διάφορες υπηρεσίες τηλεπικοινωνιών (π.χ. ΟΤΕ), από τα πλοία, τους δορυφορικούς σταθμούς, τα ραντάρ κ.ά. Στην περίπτωση όμως αυτή δε γίνεται συγκέντρωση φωτεινής δέσμης αλλά ακουστικών ή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ανακλαστήρες χρησιμοποιούνται όχι μόνο στην εκπομπή αλλά και στη λήψη των κυμάτων, οπότε ονομάζονται «παθητικά κάτοπτρα». Η κατασκευή μεγάλων ανακλαστήρων εδάφους για τα «ραδιοτηλεσκόπια» βοήθησε πολύ στην αστρονομική έρευνα του διαστήματος.
Aγωγιμότητα ηλεκτρική. Η ιδιότητα των υλικών σωμάτων να επιτρέπουν τη διέλευση ηλεκτρικών φορτίων από τη μάζα τους. Τα ηλεκτρικά φορτία φέρονται ή από ηλεκτρόνια ή από ιόντα και διέρχονται μέσα από την ύλη είτε αυτή βρίσκεται σε στερεή κατάσταση είτε σε υγρή είτε σε αέρια.
1. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των στερεών σωμάτων, ανάλογα με το είδος των φορέων ηλεκτρικού φορτίου, χωρίζεται σε δύο είδη: α) Στην ηλεκτρονική αγωγιμότητα, η οποία οφείλεται στην κίνηση των ηλεκτρονίων. β) Στην ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα, η οποία οφείλεται στην κίνηση των ιόντων.
α) Η ηλεκτρονική αγωγιμότητα είναι βασική ιδιότητα των μετάλλων στα οποία οι μόνοι φορείς του ηλεκτρισμού είναι τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αυτά είναι ορισμένα ηλεκτρόνια που έχουν διαφύγει από το πεδίο έλξης των ατόμων στα οποία ανήκαν και μπορούν να κινούνται ελεύθερα μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα. Εάν στα άκρα του στερεού εφαρμοστεί ηλεκτρικό πεδίο, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται προς μια κατεύθυνση, στην αρχή με επιτάχυνση αλλά, λόγω των κρούσεων με τα ακίνητα ιόντα του κρυστάλλου, τελικά με σταθερή οριακή ταχύτητα Uορ = τ∙Ε, όπου (Ε) είναι η ένταση του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου και (τ) ένας συντελεστής που καλείται ευκινησία του ηλεκτρονίου. Η αντίσταση των κρυσταλλικών ιόντων, στην επιταχυνόμενη κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων, έχει τις ιδιότητες της τριβής και εμφανίζεται μακροσκοπικά με τη μορφή θερμότητας Joule στην επιφάνεια του μετάλλου. Πρέπει να τονιστεί ότι στην ηλεκτρική αγωγιμότητα, αντίθετα με την ηλεκτρολυτική, η κίνηση των ηλεκτρονίων δε συνοδεύεται από μεταβολή της μάζας του αγωγού, διότι όσα ηλεκτρόνια έρχονται σε μια διατομή αυτού, τόσα και φεύγουν. Στα μέταλλα, γενικά, ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων σε κάθε μονάδα όγκου είναι πολύ μεγάλος, οπότε και η ηλεκτρική αγωγιμότητά τους είναι μεγάλη.
Αντίθετα προς τα μέταλλα, υπάρχουν στερεά τα οποία δεν περιέχουν καθόλου ελεύθερα ηλεκτρόνια, δηλαδή δεσμεύουν όλα τα ηλεκτρόνιά τους και δεν τα αφήνουν να κυκλοφορήσουν ελεύθερα μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα του αγωγού. Τα στερεά αυτά έχουν μηδενική ή πολύ μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα και ονομάζονται μονωτές. Τέλος, υπάρχει μια τρίτη κατηγορία στερεών στα οποία υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, ο αριθμός τους όμως είναι μικρός. Τα στερεά αυτά ονομάζονται ημιαγωγοί και το κύριο χαρακτηριστικό τους είναι το ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητά τους αυξάνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, αντίθετα προς τα μέταλλα, στα οποία η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι σταθερή και ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία.
β) Η ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα των στερεών εμφανίζεται σε ορισμένα στερεά τα οποία βρίσκονται σε κατάσταση τήξης με την επίδραση υψηλής θερμοκρασίας. Το χλωριούχο νάτριο (αλάτι) τήκεται στους 800°C ως ετεροπολική ένωση.
Τα ιόντα που κινούνται προς τα ηλεκτρόδια της ηλεκτρολυτικής συσκευής αποθέτουν σ’ αυτά το φορτίο και ακολουθείται ο νόμος του Faraday (βλ. λ. ηλεκτρόλυση).
2. Η αγωγιμότητα των υγρών είναι σχεδόν πάντα ηλεκτρολυτική, οφείλεται δηλαδή στην κίνηση των ιόντων. Σπάνια εμφανίζεται ηλεκτρονική αγωγιμότητα και αυτή μόνο στα λιωμένα μέταλλα. Τα υγρά που περιέχουν ιόντα καλούνται ηλεκτρολύτες (και ιόντα, όπως είναι γνωστό, είναι άτομα ή συμπλέγματα ατόμων με έλλειμμα ή περίσσευμα ηλεκτρονίων). Οι κυριότεροι ηλεκτρολύτες είναι τα διαλύματα οξέων, βάσεων και αλάτων. Τα ιόντα τους προέρχονται από τη διάσταση των μορίων της ουσίας που διαλύεται μέσα στο νερό (ηλεκτρολυτική διάσταση). Η αγωγιμότητα των υγρών αγωγών εξαρτάται κατά κύριο λόγο από την περιεκτικότητα του υγρού σε ιόντα και από τη θερμοκρασία. Π.χ. το χημικά καθαρό νερό παρουσιάζει πολύ μικρή αγωγιμότητα ενώ, αν διαλυθεί μέσα σ’ αυτό μια βάση ή ένα οξύ, τότε αυτή αυξάνεται διότι αυξάνονται τα ιόντα αγωγιμότητας. Η ηλεκτρολυτική διάσταση εκτελείται μόλις διαλυθεί η ουσία μέσα σε καθαρό νερό και είναι φαινόμενο ανεξάρτητο της ύπαρξης ή μη ηλεκτρικού πεδίου (Arrhenius). Το ηλεκτρικό πεδίο βοηθά την κίνηση των ιόντων (θετικών ή αρνητικών) προς τα αντίστοιχα ηλεκτρόδια της συσκευής ηλεκτρόλυσης (βλ. λ. ηλεκτρόλυση).
3. Η Αγωγιμότητα των αερίων. Τα αέρια στη συνηθισμένη φυσική τους κατάσταση αποτελούνται από ουδέτερα μόρια ή άτομα. Ένα τέτοιο αέριο δεν μπορεί να έχει ηλεκτρική αγωγιμότητα, γιατί λείπουν οι φορείς ηλεκτρικών φορτίων, δηλαδή τα ηλεκτρόνια ή τα ιόντα. Αν όμως μέσα σε ένα αέριο υπάρχουν ελεύθεροι φορείς ηλεκτρικών φορτίων, τότε αυτό το αέριο, όταν βρεθεί μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο, αποκτά αγωγιμότητα. Για να ιονιστεί ένα ουδέτερο άτομο (ή μόριο), πρέπει το άτομο να πάρει ορισμένη ενέργεια, που ονομάζεται ενέργεια ιονισμού. Αυτή την ενέργεια την παίρνει το άτομο, όταν συγκρουστεί με ένα άλλο σωματίδιο που έχει μεγάλη κινητική ενέργεια (ιονισμός κρούσεως) ή όταν το άτομο απορροφήσει ενέργεια από μια ακτινοβολία (ιονισμός από απορρόφηση ακτινοβολίας).
Συνήθως, όταν ένα αέριο παρουσιάζει αγωγιμότητα, τότε λέμε ότι συμβαίνει ηλεκτρική εκκένωση. Η αγωγιμότητα ονομάζεται αυτοτελής όταν οι φορείς των ηλεκτρικών φορτίων (ηλεκτρόνια, ιόντα) παράγονται μέσα στο αέριο κατά τη διάρκεια του φαινομένου της αγωγιμότητας με την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου, χωρίς την επέμβαση εξωτερικού αιτίου. Αντίθετα η αγωγιμότητα ονομάζεται μη αυτοτελής, όταν η παραγωγή των ηλεκτρικών φορέων οφείλεται σε εξωτερικά αίτια, άσχετα με το φαινόμενο της αγωγιμότητας.
Συνήθως κατά την αυτοτελή αγωγιμότητα εμφανίζονται φωτεινά φαινόμενα που οφείλονται στη διέγερση των ατόμων του αερίου, η οποία προκαλείται όταν τα άτομα (ή μόρια) του αερίου συγκρούονται με ηλεκτρόνια ή ιόντα που έχουν μεγάλη κινητική ενέργεια.
Τα φαινόμενα αυτοτελούς αγωγιμότητας είναι πολλά και διακρίνονται σε φυσικά, όπως ο κεραυνός και το διοσκούρειο φως, και τεχνητά, όπως η φωτοβολία των λαμπτήρων αερίου (αίγλης, φθορισμού, τόξου) και οι σπινθήρες που δημιουργούνται στα διάφορα ηλεκτρικά κυκλώματα.
Αγωγός. 1) Κυλινδρικό ή κοίλο σώμα, μέσω του οποίου μπορούν να μεταφερθούν υγρά, αέρια κτλ. Η έννοια του αγωγού είναι θεμελιώδης στην υδροδυναμική και αεροδυναμική. Οι αγωγοί χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ρευστών από ένα μέρος σε άλλο. Κυριότερα στοιχεία ενός αγωγού είναι η διάμετρός του, το υλικό κατασκευής και η αντοχή σε ορισμένη πίεση.
Η κυκλοφορία των ρευστών μέσα στους αγωγούς ακολουθεί ορισμένους νόμους: Οι πορείες που ακολουθούν τα «νημάτια ροής» (μικροσκοπικές ποσότητες ρευστού) μέσα στον αγωγό είναι πάντα παράλληλες μεταξύ τους (δηλαδή σε κάθε τομή του αγωγού οι εφαπτόμενες στα νημάτια ροής είναι μεταξύ τους παράλληλες). Ακόμη, η ταχύτητα ροής σε κάθε σημείο του αγωγού είναι αντιστρόφως ανάλογη προς τη διατομή του αγωγού στο σημείο εκείνο. Αυτό σημαίνει πως, αν έχουμε ένα σωλήνα φαρδύ σε ένα σημείο και στενό σε ένα άλλο, η ταχύτητα του υγρού που ρέει μέσα σ’ αυτόν θα είναι μικρότερη στο φαρδύ του σημείο και μεγαλύτερη στο στενό.
2) Σώμα που μεταδίδει τη θερμική ενέργεια διαμέσου της μάζας του με τη «θερμική» κινητικότητα των μορίων του στα διαδοχικά στρώματά του. Τα υλικά σώματα χαρακτηρίζονται ειδικότερα ως καλοί αγωγοί της θερμότητας, όταν επιτρέπουν εύκολα τη μετάδοσή της διαμέσου αυτών. Στην αντίθετη περίπτωση λέγονται κακοί αγωγοί της θερμότητας ή θερμικοί μονωτές.
3) Υλικό μέσω του οποίου επιτρέπεται η κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων και γενικότερα η διάδοση ηλεκτρικού πεδίου. Υπάρχουν καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού, δηλαδή σώματα με μικρή ηλεκτρική αντίσταση, και κακοί αγωγοί, δηλαδή σώματα με μεγάλη ηλεκτρική αντίσταση. Οι πολύ κακοί αγωγοί, σώματα με μηδαμινή αγωγιμότητα, λέγονται μονωτές.
Aδιαβατική μεταβολή. Ονομάζεται αδιαβατική η διεργασία εκείνη κατά την οποία ούτε εισέρχεται θερμότητα σε ένα αέριο ούτε εξέρχεται από αυτό, δηλαδή Q = 0.
Με εφαρμογή του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής σε μια αδιαβατική διεργασία, προκύπτει ότι ΔU = –W
Σε μια αδιαβατική διεργασία, λοιπόν, εάν ένα αέριο εκτονωθεί, το W είναι θετικό και, συνεπώς, η ΔU είναι αρνητική, δηλαδή μειώνεται η εσωτερική του ενέργεια και επομένως το αέριο ψύχεται. Αντίστροφα, όταν συμπιέσουμε αδιαβατικά ένα αέριο, η θερμοκρασία του αυξάνεται.
Με επίλυση της εξίσωσης ΔU = –W προκύπτει ότι η πίεση, ο όγκος και η απόλυτη θερμοκρασία οποιαδήποτε στιγμή κατά τη διάρκεια της αδιαβατικής μεταβολής ικανοποιούν τις παρακάτω σχέσεις:
P·V = σταθερό
Τ·V = σταθερό
Ρ·Τ = σταθερό,
όπου γ = > 1 και CP, CV οι ειδικές γραμμομοριακές θερμότητες του αερίου με σταθερή πίεση και σταθερό όγκο αντίστοιχα.
Επειδή γ>1, η καμπύλη μιας αδιαβατικής διεργασίας κατεβαίνει πιο γρήγορα από την καμπύλη μιας ισόθερμης διεργασίας.
Οι αδιαβατικές διεργασίες έχουν σημαντικές εφαρμογές στη μηχανολογία. Τέτοιες εφαρμογές έχουμε στην εκτόνωση θερμών αερίων σε μια μηχανή εσωτερικής καύσης, στην υγροποίηση των αερίων σε ένα ψυκτικό σύστημα και κατά τη συμπίεση στις μηχανές ντίζελ (βλ. διάγραμμα PV μιας αδιαβατικής εκτόνωσης).
Αδιαχώρητο. Γενική ιδιότητα των σωμάτων, σύμφωνα με την οποία κανένα σώμα δεν μπορεί να συνυπάρξει στον ίδιο χώρο με ένα άλλο, είτε αυτό είναι στερεό είτε υγρό είτε αέριο. Αν π.χ. σ’ ένα ποτήρι γεμάτο νερό βυθίσουμε μια πέτρα, θα παρατηρήσουμε ότι μια ποσότητα νερού θα ξεχειλίσει.
Αδράνεια. Η χαρακτηριστική ιδιότητα της ύλης να αντιδρά σε κάθε μεταβολή της κινητικής της κατάστασης.
Η αρχή της αδράνειας είναι ένα από τα βασικά αξιώματα του Νεύτωνα που θεμελιώνουν το οικοδόμημα της Δυναμικής. Γνωρίζοντας ότι «δύναμη είναι η αιτία της μεταβολής της κινητικής κατάστασης (περιλαμβανομένης και της ηρεμίας) ενός σώματος», η αρχή της αδράνειας ορίζεται ως εξής: «Εάν η συνισταμένη των εξωτερικών δυνάμεων που επιδρούν σε ένα σώμα είναι ίση με μηδέν, τότε αυτό παραμένει σε ηρεμία ή συνεχίζει να κινείται με κίνηση ευθύγραμμη και ομαλή». Από αυτό τον ορισμό εξάγονται τα εξής συμπεράσματα:
α) Αν δεν επιδράσει εξωτερική δύναμη σε ένα σώμα, τότε αυτό ηρεμεί (αν αρχικά ηρεμεί) ή εξακολουθεί να κινείται ευθύγραμμα, με σταθερή ταχύτητα και με την ίδια διεύθυνση και φορά (αν αρχικά βρισκόταν σε κίνηση).
β) Για να κινείται ένα σώμα με κίνηση διαφορετική από την ευθύγραμμη και ομαλή, πρέπει να επιδρά μόνιμα σ’ αυτό μια εξωτερική δύναμη, διότι το σώμα δεν αλλάζει μόνο του την κινητική του κατάσταση.
Γενικά, η ύλη έχει την ιδιότητα να παρουσιάζει αντίσταση σε κάθε προσπάθεια μεταβολής της κινητικής της κατάστασης. Δηλαδή, αν ένα σώμα ηρεμεί, τείνει να παραμείνει σε ηρεμία ή, αν κινείται, τείνει να παραμείνει στην ίδια κίνηση. Η δύναμη με την οποία αντιδρά η ύλη σ’ αυτή τη μεταβολή ονομάζεται «δύναμη αδράνειας» και έχει μέτρο πάντα ίσο με το μέτρο της εξωτερικής δύναμης που επιδρά πάνω στην ύλη αλλά φορά αντίθετη. Γενικά, η αδράνεια εκδηλώνεται τόσο πιο έντονα όσο ταχύτερα και απότομα προσπαθούμε να μεταβάλουμε την κινητική κατάσταση ενός σώματος. Π.χ. οι επιβάτες ενός λεωφορείου κινούνται τόσο περισσότερο προς τα εμπρός ή πίσω όσο πιο απότομα αυτό σταματήσει ή ξεκινήσει. Αντίθετα, όσο βαθμιαία επέρχεται η μεταβολή της κινητικής κατάστασης του σώματος τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση που αυτό παρουσιάζει.
Αδρανειακό σύστημα. Εξειδικευμένο σύστημα αυτόματης πλοήγησης αεροσκαφών, διαστημόπλοιων, πυραύλων, πλοίων κ.ά. Η λειτουργία του στηρίζεται στην ιδιότητα των υλικών σωμάτων να αντιδρούν σε κάθε μεταβολή της κινητικής κατάστασής τους, στη γνωστή αδράνεια. Το αδρανειακό σύστημα λειτουργεί με ειδικούς μετρητές και υπολογιστές και είναι εξαιρετικά ασφαλές.
Αδρόνιο. Οποιοδήποτε από την κατηγορία υποατομικών σωματιδίων που αλληλεπιδρούν ισχυρά. Η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει πρωτόνια, νετρόνια και πιόνια. Τα αδρόνια θεωρούνται ότι έχουν εσωτερική δομή και ότι αποτελούνται από κουάρκ. Συνεπώς δεν είναι γνήσια στοιχειώδη. Τα αδρόνια είναι είτε βαρυόνια, που διασπώνται σε πρωτόνια και θεωρούνται ότι αποτελούνται από τρία κουάρκ, ή μεσόνια, που διασπώνται σε λεπτόνια και φωτόνια ή σε ζεύγη πρωτονίων, και θεωρούνται ότι αποτελούνται από ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ.
Αεικίνητο. Η υποθετική μηχανή η οποία παράγει μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας απ’ όση της χορηγείται. Κατά καιρούς εμφανίστηκαν πολλά είδη αεικίνητου.
Σύμφωνα με το αεικίνητο πρώτου είδους, παράγεται ωφέλιμο έργο από το μηδέν, χωρίς δηλαδή να δίνεται σ’ αυτό ενέργεια. Αυτό όμως αντίκειται προς το πρώτο θερμοδυναμικό αξίωμα (R. Mayer), το οποίο είναι μια άλλη μορφή της αρχής διατήρησης της ενέργειας και σύμφωνα με το οποίο «η προσφερόμενη θερμότητα σ’ ένα θερμοδυναμικό σύστημα χρησιμοποιείται για την παραγωγή ωφέλιμου έργου και για την αύξηση της εσωτερικής του ενέργειας». Αυτό εκφράζεται με την εξίσωση JQ = W + ΔU, όπου Q η θερμότητα που δίνεται, W το παραγόμενο μηχανικό έργο και ΔU η μεταβολή εσωτερικής ενέργειας του συστήματος.
Οι υποστηρικτές του δεύτερου είδους αεικίνητου δέχονται ότι είναι δυνατό να μεταφερθεί θερμότητα από πηγή χαμηλότερης θερμοκρασίας σε πηγή υψηλότερης θερμοκρασίας, χωρίς κατανάλωση έργου. Σύμφωνα μ’ αυτό, θα ήταν δυνατή η απορρόφηση θερμότητας από μεγάλες δεξαμενές θερμικής ενέργειας και χαμηλής θερμοκρασίας (όπως η θάλασσα) και η μετατροπή της σε ωφέλιμο έργο, χωρίς να διατεθεί καθόλου ενέργεια. Και αυτό όμως το αεικίνητο δεν ισχύει, διότι αντίκειται στο δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα (Kelvin, Carnot), κατά το οποίο «η θερμότητα μεταβαίνει αβίαστα και χωρίς κατανάλωση έργου από τα θερμά σε ψυχρότερα σώματα».
Τέλος, έχουμε το αεικίνητο τρίτου είδους, το οποίο προϋποθέτει συσκευή που μπορεί να ψύξει ένα σώμα ως το απόλυτο μηδέν. Αυτό, όμως, προσκρούει στο τρίτο θερμοδυναμικό αξίωμα (Nerst), σύμφωνα με το οποίο «μπορούμε να πλησιάζουμε διαρκώς προς το απόλυτο μηδέν, ποτέ όμως δε θα το φτάσουμε». Αυτό αποδεικνύεται από το ότι στο απόλυτο μηδέν η εντροπία των σωμάτων είναι μηδέν, και αυτό είναι αδύνατο να πραγματοποιηθεί. (Nerst)
Αεραντλία. Συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά, με κανονική ή επιταχυνόμενη ροή, ατμοσφαιρικού αέρα ή και άλλων αερίων από ένα χώρο σε άλλο είτε για την αραίωση του αέρα ή του αερίου που περιέχεται σ’ ένα χώρο σταθερού όγκου, με αποτέλεσμα την ελάττωση της εσωτερικής πίεσης.
Πριν από την εφεύρεση της λάμπας πυράκτωσης, η ανάγκη επίτευξης χαμηλών πιέσεων δεν ήταν σημαντική. Οι αεραντλίες που χρησιμοποιούνταν πετύχαιναν πιέσεις ως 0,25 torr. Από αυτές σημαντικότερη ήταν την εποχή εκείνη η αεραντλία υδραργύρου των Geissler-Toepler, με την οποία μπορούσε να δημιουργηθεί κενό της τάξης των 10-2 torr.
Με την έκφραση κενό δεν εννοούμε το απόλυτο κενό, αλλά χώρο στον οποίο επικρατεί πολύ μικρότερη πίεση από την ατμοσφαιρική. Η πραγματοποίηση υψηλού κενού (χαμηλών πιέσεων) έχει τεράστια σημασία στη σύγχρονη τεχνολογία (κατασκευή ηλεκτρονικών σωλήνων, φωτοκυττάρων κτλ., συνθετική παρασκευή χημικών ενώσεων κτλ.).
Ιστορικά η πρώτη άξια λόγου αεραντλία ήταν αυτή που παρουσίασε ο Gaede το 1905, περιστροφικού τύπου με υδράργυρο, αρκετά εύχρηστη. Το 1913, πάλι ο Gaede, κατασκεύασε τη μοριακή αεραντλία, που πετύχαινε κενό της τάξης των 10-6 torr. Συνέχισε τις έρευνές του και το 1915 παρουσίασε κάτι το τελείως καινούριο στην τεχνολογία των αντλιών, την αεραντλία διάχυσης, η οποία βελτιώθηκε από τον Λάνγκμιουιρ και πετύχαινε κενό της τάξης των 10-7 torr.
Η συμβολή της αεραντλίας διάχυσης στον τομέα των ηλεκτρονικών εφαρμογών, που ταυτόχρονα αναπτυσσόταν εκείνη την εποχή (1925), ήταν εξαιρετικά μεγάλη. Πολύ αργότερα, άλλοι τύποι αντλιών, όπως π.χ. οι αντλίες ιόντων, οι κρυοαντλίες κ.ά., έκαναν δυνατή την επίτευξη εξαιρετικά χαμηλών πιέσεων.
Αέρας, ατμοσφαιρικός. Το αέριο στρώμα που περιβάλλει τη Γη σε ύψος μέχρι 100 χιλιόμετρα περίπου. Κατά τη θεωρία του αρχαίου Έλληνα φιλοσόφου Εμπεδοκλή, ο αέρας ήταν ένα από τα τέσσερα βασικά στοιχεία που δημιούργησαν το Σύμπαν (φωτιά, νερό, αέρας, γη). Σήμερα είναι γνωστό ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι «μείγμα» και αποτελείται από διάφορα αέρια. Η αναλογία αυτών των αερίων, αν εξαιρέσουμε τους υδρατμούς που η ποσότητά τους μεταβάλλεται, είναι σχετικά σταθερή στα χαμηλά στρώματα της ατμόσφαιρας. Ο «ξηρός» ατμοσφαιρικός αέρας αποτελείται κατά τον όγκο από 78% άζωτο, 21% οξυγόνο, 0,95% ευγενή αέρια (Α, He, Ne, Kr, Xe, Rn) και 0,04% διοξείδιο του άνθρακα (CO2), περίπου. Επίσης, στον ατμοσφαιρικό αέρα περιέχονται ίχνη από υδρογόνο (Η2) και όζον (Ο3), όπως και σκόνη με διάφορα «βακτηρίδια». Εκτός από αυτά τα αέρια, που αποτελούν τη βασική σε ποσότητα σύσταση, λόγω ατμοσφαιρικών συνθηκών δημιουργούνται σε ίχνη και μερικά άλλα αέρια, όπως διοξείδιο του θείου (SO2), υδρόθειο (H2S) και αμμωνία (ΝΗ3).
Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι αέριο χωρίς χρώμα σε μικρό πάχος και η ύπαρξή του εκδηλώνεται από την αντίσταση που δημιουργεί στην κίνηση των διάφορων σωμάτων. Υπακούει στους «νόμους των αερίων» και δεν παρουσιάζει ορισμένο όγκο και σχήμα. Είναι «εκτατός» και «συμπιεστός» και διαλύεται πολύ λίγο στο νερό. Η πυκνότητά του θεωρείται ως μονάδα για τον καθορισμό της «σχετικής» πυκνότητας των άλλων αερίων. Ένα λίτρο του (λίτρο = μονάδα για τη μέτρηση του όγκου) με κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας ζυγίζει 1,293 γραμμάρια. Υγροποιείται και στερεοποιείται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Η σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα παραμένει σταθερή προς την κατανάλωση του οξυγόνου και του αζώτου, διότι υπάρχει ο «κύκλος του οξυγόνου» και ο «κύκλος του αζώτου», σύμφωνα με τους οποίους κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης τα φυτά αποδίδουν στην ατμόσφαιρα τα συστατικά που καταναλώθηκαν.
Από την άποψη της υγιεινής η σπουδαιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα για τη ζωή φαίνεται από το γεγονός ότι χωρίς αέρα δεν μπορεί να ζήσει κανένας έπειτα από 5 περίπου λεπτά. Στην υγεία μας ο αέρας επιδρά τόσο με τα χημικά του συστατικά, όσο και με τις φυσικές του ιδιότητες, καθώς η εξωτερική επιφάνεια του ανθρώπινου σώματος βρίσκεται σε συνεχή επαφή με τον αέρα, ενώ μέσω της αναπνευστικής λειτουργίας ο αέρας έρχεται σε επαφή με σειρά από ζωτικά όργανα.
Η ρύπανση του αέρα αυξάνεται, καθώς οι κάθε είδους ανθρώπινες δραστηριότητες καταναλώνουν ενέργεια και παράγουν κατάλοιπα, ενώ η μόλυνση του αέρα με μικρόβια, που μεταφέρονται με τα αιωρούμενα σωματίδια, αποτελεί συνεχή κίνδυνο για την υγεία. Το πρόβλημα έχει πάρει μεγάλες διαστάσεις στην εποχή μας.
Υγρός αέρας: Ο ατμοσφαιρικός αέρας, όταν ψυχθεί στην «κρίσιμη θερμοκρασία» του με την κατάλληλη πίεση, την «κρίσιμη πίεση», υγροποιείται και λόγω της μεγάλης πτητικότητας των συστατικών του φυλάγεται μέσα σε ειδικά δοχεία με διπλά επαργυρωμένα τοιχώματα (δοχεία Ντιούαρ ή Θερμός). Ο υγρός αέρας έχει την όψη νερού με χρώμα ελαφρά κυανό και πυκνότητα 0,91 gr/cm3. Στη θερμοκρασία του υγρού αέρα (–190°C) μερικά σώματα όπως άνθη, φρούτα, κρέας κτλ. αποκτούν περίεργες ιδιότητες. Όταν έρθουν σε επαφή με υγρό αέρα, γίνονται τόσο σκληρά και εύθραυστα, ώστε με το παραμικρό χτύπημα κονιορτοποιούνται. Το καουτσούκ γίνεται εύθραυστο όπως το τζάμι και ο υδράργυρος στερεός όπως ο σίδηρος. Ο υγρός αέρας χρησιμοποιείται σε επιστημονικές εργασίες, όταν είναι απαραίτητες χαμηλές θερμοκρασίες, στην αφαίρεση με τη μείξη της υγρασίας από διάφορα αέρια και στη δημιουργία υψηλού κενού και εκρηκτικών υλών σε μείγμα με ανθρακούχες ενώσεις.
Αέρια. Μια από τις τρεις φυσικές καταστάσεις των υλικών σωμάτων. Μια ουσία, ανάλογα με τις συνθήκες, μπορεί να βρεθεί σε τρεις καταστάσεις: στερεή, υγρή και αέρια.
Τα μόρια ή τα ιόντα ενός στερεού καταλαμβάνουν έναν καθορισμένο χώρο, μέσα στον οποίο ταλαντεύονται. Ένα μόριο ή ένα ιόν, αν και κινείται, είναι πολύ δύσκολο να ξεφύγει έξω από το χώρο του, επειδή τα άλλα γύρω του μόρια ή ιόντα που επίσης κατέχουν το δικό τους χώρο, δεν το αφήνουν ούτε να έρθει πολύ κοντά τους (απωστικές δυνάμεις) ούτε να φύγει πολύ μακριά τους (ελκτικές δυνάμεις).
Οι μεταβολές φάσης οφείλονται στην ανακατανομή των θέσεων των μορίων, όταν προστίθεται ή όταν αφαιρείται θερμότητα από μια ουσία. Όταν στα άτομα ενός στερεού που ταλαντώνονται γύρω από τις θέσεις ισορροπίας τους προσθέσουμε ενέργεια ίση με τη λανθάνουσα θερμότητα τήξεως, αυξάνεται το πλάτος ταλάντωσης των ατόμων, με αποτέλεσμα να υπερνικούνται οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ γειτονικών ατόμων. Το αποτέλεσμα είναι το υλικό να περνάει από τη φάση του στερεού, όπου τα άτομα είναι κανονικά διατεταγμένα, στη φάση του υγρού, όπου οι θέσεις τους είναι άτακτες.
Τα μόρια ενός υγρού είναι πολύ πιο πυκνά από τα μόρια ενός αερίου. Επομένως και οι δυνάμεις ανάμεσά τους είναι πολύ μεγαλύτερες στα υγρά παρά στα αέρια. Η λανθάνουσα θερμότητα εξαέρωσης είναι η ποσότητα ενέργειας που πρέπει να προσδοθεί σε ένα υγρό, ώστε τα μόριά του να υπερνικήσουν τις ελκτικές δυνάμεις και να μετατραπεί το υγρό σε αέριο.
Οι αποστάσεις ανάμεσα στα άτομα ενός αερίου είναι πολύ μεγαλύτερες από τις αποστάσεις ανάμεσα στα άτομα ενός υγρού ή στερεού. Η ενέργεια εξαέρωσης έτσι είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια για την υγροποίηση.
Για να μελετήσουμε τη συμπεριφορά ενός αερίου, π.χ. όταν η θερμοκρασία του διατηρείται σταθερή ενώ μεταβάλλεται ο όγκος του, μετράμε με ένα μανόμετρο την πίεση που έχει το αέριο κάθε φορά και έπειτα από πολλές μετρήσεις βγαίνει ο γνωστός νόμος P∙V=σταθ. Η πειραματική αυτή μελέτη της συμπεριφοράς ενός αερίου ονομάζεται μακροσκοπική και τα μεγέθη που χρησιμοποιεί, όπως π.χ. η πίεση, ο όγκος, η θερμοκρασία, ονομάζονται μακροσκοπικά ή θερμοδυναμικά μεγέθη ή θερμοδυναμικές μεταβλητές.
Μακροσκοπική περιγραφή ιδανικού αερίου.
α) Ο νόμος του Μπόιλ, που διατυπώθηκε το 1660, αναφέρει ότι η πίεση Ρ ορισμένης μάζας αερίου μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα με τον όγκο του V, εφόσον η θερμοκρασία του αερίου παραμένει σταθερή.
Η μαθηματική περιγραφή του νόμου δίνεται από την εξίσωση P∙V=σταθ. και η γραφική του παράσταση αποδίδεται στο αντίστοιχο σχήμα. Η καμπύλη αυτή αποδίδει την ισόθερμη μεταβολή.
β) Ο νόμος του Τσάρλς, που διατυπώθηκε το 1787, ορίζει ότι η πίεση Ρ ενός αερίου, που έχει ορισμένη μάζα και βρίσκεται περιορισμένο σε σταθερό όγκο, μεταβάλλεται ανάλογα με την απόλυτη θερμοκρασία Τ του αερίου. Η αναλογία αυτή περιγράφεται μαθηματικά από την εξίσωση Ρ=σταθ. Τ και γραφικά από την ευθεία του αντίστοιχου σχήματος.
Αργότερα βρέθηκε πειραματικά ότι ο νόμος δεν ισχύει για θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Στις θερμοκρασίες αυτές η συμπεριφορά της ύλης εξηγείται με τη βοήθεια γνώσης από τη νεότερη (κβαντική) φυσική. Ο νόμος αυτός περιγράφει την ισόχωρη μεταβολή.
γ) Ο νόμος του Γκέι Λουσάκ, που διατυπώθηκε το 1802, προσδιορίζει ότι ο όγκος V ενός αερίου μεταβάλλεται ανάλογα προς την απόλυτη θερμοκρασία του Τ, όταν η μάζα και η πίεσή του παραμένουν σταθερές. Μαθηματικά ο νόμος περιγράφεται από την εξίσωση V=σταθ·Τ και γραφικά από το αντίστοιχο σχήμα.
Ο νόμος του Γκέι Λουσάκ δεν ισχύει κοντά στο απόλυτο μηδέν και για το λόγο αυτό οι γραμμές στη γραφική του παράσταση σχεδιάστηκαν διακεκομμένες κοντά στο μηδέν. Ο νόμος αυτός περιγράφει την ισοβαρή μεταβολή.
Οι τρεις προηγούμενοι νόμοι ισχύουν όταν το αέριο είναι σε κατάσταση ισορροπίας. Με ακριβέστερα πειράματα βρέθηκε ότι οι νόμοι των αερίων ισχύουν κατά προσέγγιση.
Στους παραπάνω νόμους η μάζα του αερίου ήταν σταθερή. Στην περίπτωση που και η μάζα του αερίου μεταβάλλεται, υπάρχει η εξίσωση που ονομάζεται καταστατική εξίσωση, η οποία συνδέει τη θερμοκρασία, την πίεση, τον όγκο και τη μάζα του αερίου σε κατάσταση ισορροπίας. Η παραπάνω εξίσωση έχει διαφορετική μορφή για κάθε αέριο. Το πρόβλημα είναι η ανεύρεση μιας γενικότερης εξίσωσης που να ισχύει η ίδια για όλα τα αέρια. Η εξίσωση αυτή μπορεί να γραφτεί με τη μορφή
P∙V=n∙R∙T (καταστατική εξίσωση ιδανικών αερίων), όπου n ο αριθμός των γραμμομορίων (mol) του αερίου, που είναι ανάλογος της μάζας και R μια σταθερά η οποία έχει βρεθεί ότι είναι η ίδια για όλα τα αέρια σε μικρές πυκνότητες. Για το λόγο αυτό η R λέγεται παγκόσμια σταθερά των αερίων και βρέθηκε ότι έχει τιμή
R=8,314=0,0821
Η καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων δεν περιγράφει με ακρίβεια τις ιδιότητες των πραγματικών αερίων στις χαμηλές θερμοκρασίες. Τούτο οφείλεται στο γεγονός ότι αγνοεί α) τον όγκο που καταλαμβάνουν τα ίδια τα μόρια και β) τις ελκτικές δυνάμεις ανάμεσα στα μόρια. Ο Ολλανδός φυσικός J. D. van der Waals έλαβε υπόψη του αυτά τα δεδομένα και διόρθωσε την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων. Τα πραγματικά αέρια λοιπόν περιγράφονται από την εξίσωση που φέρει το όνομά του. Για ένα μολ, η εξίσωση αυτή είναι:
Μικροσκοπική περιγραφή του προτύπου του ιδανικού αερίου.
Η συμπεριφορά ενός αερίου μπορεί επίσης να μελετηθεί θεωρητικά, αν λάβουμε υπόψη ότι το αέριο αποτελείται από μόρια τα οποία κινούνται, συγκρούονται, κτυπούν τα τοιχώματα του δοχείου που τα περιέχει κτλ. Η περιγραφή της συμπεριφοράς του αερίου με τον τρόπο αυτό λέγεται μικροσκοπική. Η δυσκολία σ’ αυτόν τον τρόπο μελέτης είναι ότι πρέπει να είναι γνωστή η συμπεριφορά ενός μεγάλου πλήθους μορίων για να περιγραφεί το αέριο. Η δυσκολία αυτή αντιμετωπίζεται με τη βοήθεια της στατιστικής μηχανικής, η οποία υπολογίζει και αξιοποιεί μέσες τιμές μεγεθών. Με τη βοήθεια της στατιστικής μηχανικής υπολογίζεται η μέση ταχύτητα των μορίων του αερίου, η οποία συσχετίζεται με τη μέση κινητική ενέργεια των μορίων και με τη βοήθεια των νόμων της μηχανικής βρίσκουμε την πίεση και την απόλυτη θερμοκρασία του ιδανικού αερίου. Οι σχέσεις που δίνουν την πίεση και την απόλυτη θερμοκρασία του ιδανικού αερίου είναι:
Ρ= και
όπου Ν ο αριθμός των μορίων του αερίου τα οποία βρίσκονται μέσα σε δοχείο όγκου V, m η μάζα ενός μορίου, μέση τιμή του τετραγώνου της ταχύτητας των μορίων και
η σταθερά του Boltzman.
Αεριοπροώθηση. Η ώθηση αεροπλάνου ή πυραύλου προς τα εμπρός με τη βοήθεια ρεύματος αέρα, που στέλνεται προς τα πίσω. Σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της ορμής, η ταχύτητα που αναπτύσσει το κινητό δίνεται από τον τύπο:
όπου Uπ = ταχύτητα πυραύλου, mπ = μάζα πυραύλου και Uα∙mα είναι η μάζα και η ταχύτητα των αερίων αντίστοιχα.
Υπάρχουν δύο κατηγορίες συστημάτων αεριοπροώθησης: τα αερόβια και τα συστήματα πυραύλων.
Αεριοστρόβιλος ή αεροαντιδραστήρας ή τουρμπίνα. Ο κινητήρας που λειτουργεί με τη θέρμανση αερίων και την εκτόνωσή τους, στη βάση της νευτώνειας αρχής «δράση-αντίδραση», σύμφωνα με την οποία, όταν μια δύναμη ασκηθεί προς μια κατεύθυνση (δράση), προκαλεί τη δημιουργία μιας δύναμης ίσης προς αυτή αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση (αντίδραση). Από την άποψη αυτή οι αεριοστρόβιλοι δε διαφέρουν από τους πυραύλους, με τη διαφορά ότι χρειάζονται το οξυγόνο του αέρα για να λειτουργήσουν.
Είναι μηχανές εσωτερικής καύσης. Διαφέρουν από τις μηχανές με έμβολο, όπως των αυτοκινήτων, κατά το ότι δεν περιλαμβάνουν διάταξη κυλίνδρου με έμβολο και κατά συνέπεια παρουσιάζουν σ’ όλα τα στάδια της λειτουργίας τους μια κατά προσέγγιση σταθερή ροή αερίων και κίνηση. Ο αέρας απορροφάται και συμπιέζεται στον αεροσυμπιεστή, στη συνέχεια ο συμπιεσμένος αέρας και το καύσιμο καίγονται στον καυστήρα και, τελικά, εκτονώνονται στον κυρίως στρόβιλο. Η θερμοκρασία της καύσης ξεπερνά τους 800°C. Με τους αεροαντιδραστήρες επιτυγχάνονται μεγάλες ταχύτητες των αεροσκαφών (υπερηχητικές), αλλά η απόδοση δεν είναι πάντοτε ικανοποιητική.
Αεριούχα ποτά, τα. Τα ποτά που περιέχουν ως βασικό συστατικό τους νερό, κορεσμένο με ανθρακικό οξύ. Το ανθρακικό οξύ διοχετεύεται μέσα σε καθαρό νερό με πίεση 4~6 ατμοσφαιρών και κατόπιν σ’ αυτό το χημικό μείγμα διαλύεται υπολογισμένη ποσότητα κιτρικού ή τρυγικού οξέος, με αντίστοιχη αναλογία ζάχαρης. Στην κατηγορία των αεριούχων ποτών ανήκουν και τα φυσικά ή τεχνητά οξυανθρακικά νερά (σελτς), τα οποία χρησιμοποιούνται αυτούσια ή σε ανάμειξη με άλλα ποτά. Η αναψυκτική δράση των αεριούχων ποτών οφείλεται στην ελευθέρωση του διοξειδίου του άνθρακα, που περιέχεται στο ασταθές ανθρακικό οξύ και το οποίο επιδρώντας στο κέντρο της αναπνοής επιταχύνει τις αναπνευστικές κινήσεις των πνευμόνων.
Στα πρώτα χρόνια της διάδοσης των αεριούχων ποτών ως βασικές πρώτες ύλες χρησιμοποιούνταν φυσικοί χυμοί φρούτων. Αργότερα, άρχισαν να χρησιμοποιούνται αιθέρια έλαια ή και τεχνητές αρωματικές ύλες, διότι οι φυσικοί χυμοί δεν είναι ικανοποιητικά ανθεκτικοί στην επίδραση του ανθρακικού οξέος. Πρέπει να τονιστεί ότι το ανθρακικό οξύ δεν είναι συντηρητικό, όπως το σορβικό οξύ ή το σορβικό νάτριο, αλλά το χαρακτηριστικό υλικό που δίνει τις αναψυκτικές ιδιότητες στα αεριούχα ποτά.
Πολλές φορές στα αεριούχα ποτά που κυκλοφορούν με διάφορα ονόματα προστίθεται και ένα αφρογόνο υλικό, συνήθως γλυκοριζίνη ή σαπωνίνη, ενώ το χρώμα τους οφείλεται σε αζωχρώματα που χρησιμοποιούνται από τη βιομηχανία των τροφίμων. Το γέμισμα των μπουκαλιών γίνεται με ειδικές συσκευές, οι οποίες ταυτόχρονα διοχετεύουν το ανθρακικό οξύ και πωματίζουν τα μπουκάλια, ώστε να μην υπάρχει διαφυγή του αερίου. Αν αφαιρεθεί το πώμα από μπουκάλι με αεριούχο ποτό και το ποτό παραμείνει σε ελεύθερο ατμοσφαιρικό αέρα, μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα το αέριο εξατμίζεται και το ποτό χάνει τις αναψυκτικές του ιδιότητες.
Αεριωθούμενο, το. Είδος αεροπλάνου που κινείται με την εκτόνωση των καυσαερίων του κατά την αντίθετη φορά. Οι ταχύτητες που αναπτύσσει είναι υπερηχητικές.
Ο κινητήρας αντίδρασης (Jet) του αεριωθουμένου λειτουργεί ως εξής: Μπαίνει αέρας στον κινητήρα και συμπιέζεται από το συμπιεστή. Προστίθεται κατόπιν το καύσιμο, που καίγεται μέσα στον ήδη θερμό και συμπιεσμένο αέρα, και αυξάνεται η θερμοκρασία και η ταχύτητα των αερίων με την ταυτόχρονη καύση του αέρα. Τα αέρια, εκτονούμενα σε ακροφύσια, αποκτούν ακόμη μεγαλύτερη ταχύτητα. Στη συνέχεια κατευθύνονται στον αεριοστρόβιλο, όπου εκτονώνονται, και μέσω του ρώθωνα στέλνονται στο πίσω μέρος του αεροπλάνου.
Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του αεροπλάνου, τόσο περισσότερο συμπιέζεται ο αέρας που μπαίνει στον κινητήρα και επομένως μεγαλώνει η ώθηση και η ταχύτητα του αεριωθουμένου. Υπάρχει όμως κάποιο όριο στην αύξηση, γιατί ο κινητήρας θερμαίνεται υπερβολικά. Το όριο της θερμοκρασίας εξαρτάται από τα υλικά κατασκευής του κινητήρα.
Το αεριωθούμενο πλεονεκτεί έναντι του ελικοφόρου αεροπλάνου. Σπουδαιότερα από τα πλεονεκτήματά του είναι:
α) Μπορεί να πετά σε μεγάλα ύψη, δυνατότητα που δεν μπορεί να έχει το ελικοφόρο, που για την κίνησή του χρειάζεται αέρα. Το γεγονός αυτό κάνει άτρωτο το αεριωθούμενο από τα καιρικά φαινόμενα και πιο οικονομικό, αφού οι τριβές και κατά συνέπεια οι απώλειες μειώνονται στο ελάχιστο.
β) Αναπτύσσει μεγαλύτερες ταχύτητες από τα ελικοφόρα.
γ) Ο κινητήρας του λειτουργεί χωρίς να προκαλεί δονήσεις στην άτρακτό του.
Αεροδυναμική. Το κεφάλαιο της Μηχανικής Ρευστών που μελετά την κίνηση των αερίων, καθώς και τις δυνάμεις που αναπτύσσονται πάνω σε σώματα, τα οποία βρίσκονται σε σχετική κίνηση με τα αέρια αυτά. Παραδείγματα αεροδυναμικής δράσης είναι η κίνηση των αεροπλάνων στην ατμόσφαιρα, οι δυνάμεις που αναπτύσσονται πάνω σε κατασκευές (κτίρια) λόγω των ανέμων, η λειτουργία των ανεμόμυλων κτλ.
Όταν ένα σώμα βρίσκεται σε σχετική κίνηση με τον αέρα, τότε παρουσιάζεται μια περιοχή πολύ μικρού πάχους (συνήθως μερικά χιλιοστά) αέρα, γύρω από το σώμα, στην οποία η ταχύτητα ροής είναι διαφορετική από την ταχύτητα ροής του αέρα. Η περιοχή αυτή ονομάζεται οριακό στρώμα ή στρώμα τριβής, τη θεωρία του οποίου διατύπωσε ο Prandtl, το 1904.
Η διεύρυνση του οριακού στρώματος επέτρεψε την ακριβή εκτίμηση της Αεροδυναμικής Αντίστασης (γνωστή στα αεροπλάνα ως παράσιτη οπισθέλκουσα –Dπ), που αναπτύσσεται σε ένα σώμα όταν αυτό κινείται σε σχέση με τον αέρα ή όταν ο αέρας κινείται σε σχέση με αυτό. Η δύναμη αυτή είναι ανταγωνιστική στην κίνηση του σώματος και επηρεάζεται σημαντικά από το πίσω μέρος του σώματος. Τα αίτια της δημιουργίας της αντίστασης αυτής είναι: α) Η «εσωτερική τριβή» μεταξύ των στιβάδων του αέρα, που προκαλεί την εμφάνιση της «οπισθέλκουσας τριβής» (DF) και β) η μη συμμετρικότητα της ροής, που οφείλεται κυρίως στη μορφή του σώματος. Αυτή συντελεί στη δημιουργία διαφορετικής πίεσης αέρα μεταξύ των προσήνεμων και υπήνεμων μερών και τελικά στην εμφάνιση της «οπισθέλκουσας σχήματος» (DP). Ισχύει, λοιπόν, Dπ=DF+DP. Έτσι, αν υ η ταχύτητα αέρα, S η μετωπική επιφάνεια του σώματος, ρ η πυκνότητα του αέρα και CDπ συντελεστής της παράσιτης οπισθέλκουσας (εξαρτάται από τη μορφή του σώματος), δηλαδή η παράσιτη οπισθέλκουσα είναι ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας. Έτσι η ενέργεια που απαιτείται για να κινείται σταθερά ένα αυτοκίνητο ή ένα αεροπλάνο σε μεσαίες και υψηλές ταχύτητες απορροφάται κυρίως από την παράσιτη οπισθέλκουσα. Γι’ αυτό οι βιομηχανίες αυτοκινήτων έχουν ειδικά τμήματα αεροδυναμικής έρευνας, που μελετούν μοντέλα προπαραγωγής μέσα σε αεροδυναμικές σήραγγες, με σκοπό τη μείωση της μετωπικής επιφάνειας και του συντελεστή οπισθέλκουσας του μοντέλου που τελικά θα μπει στην παραγωγή. Σήμερα ένα μέσο αυτοκίνητο παραγωγής έχει συντελεστή οπισθέλκουσας γύρω στο 0,28-0,30. Αντίθετα τα μονοθέσια της Formula 1 με τους ακάλυπτους τροχούς έχουν χειρότερες (μεγαλύτερες) τιμές. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι οι μηχανικοί, προκειμένου να «εκμαιεύσουν» από τα μονοθέσιά τους όσο το δυνατό περισσότερη πρόσφυση, έχουν τοποθετήσει στο εμπρός και το πίσω τμήμα των μονοθέσιων ανεστραμμένες πτέρυγες, που δημιουργούν αρνητική άντωση, ώστε αυτά να εμφανίζουν καλύτερη οδική συμπεριφορά.
Ένας από τους θεμελιώδεις νόμους της αεροδυναμικής είναι ο γνωστός ως «φαινόμενο της χοάνης Ventouri» ή κυρίως ως «θεώρημα του Bernoulli». Ο Ελβετός επιστήμονας Daniel Bernoulli (1700-1782) ανακάλυψε ότι η αύξηση στην ταχύτητα της ροής συνοδεύεται από αντίστοιχη μείωση της στατικής πίεσης και αντίστροφα. Σημαντική εφαρμογή των παραπάνω έχουμε στις πτέρυγες των αεροπλάνων, στο σωλήνα Pitot και στη χοάνη Ventouri.
Η ταχύτητα διάδοσης του ήχου στον αέρα θεωρείται στην αεροδυναμική ως μονάδα για τη σύγκριση κάθε άλλης ταχύτητας. Για τη σύγκριση αυτή χρησιμοποιείται ο αριθμός Mach (από το όνομα του Αυστριακού επιστήμονα Mach), ο οποίος ισούται με το λόγο της ταχύτητας του σώματος προς την ταχύτητα του ήχου, στο ίδιο μέσο (ρευστό) και στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας: Μ = ταχύτητα σώματος / ταχύτητα ήχου. Με βάση τον αριθμό Μ έχουμε τρεις κλίμακες ταχυτήτων. Για την τιμή Μ<1 «υποηχητικές», για Μ 1 «διηχητικές» και για Μ>1 «υπερηχητικές». Σήμερα τα περισσότερα πολιτικά αεροσκάφη πετούν με ταχύτητες λίγο έως αρκετά κάτω από αυτήν του ήχου, με εξαίρεση το γαλλοβρετανικής κατασκευής υπερηχητικό Concorde και το σοβιετικής κατασκευής υπερηχητικό Τουπόλεφ Tu-144 (άγνωστο στο ευρύ κοινό, γιατί υπήρξε εμπορική αποτυχία). Αντίθετα ελάχιστα είναι τα μαχητικά αεροσκάφη που αδυνατούν να ξεπεράσουν την ταχύτητα του ήχου. Τέτοια είναι τα αμερικανικής κατασκευής Β-2 και F-117, λόγω περιορισμών που επιβάλλει η τεχνολογία Stealth στην κατασκευή τους.
Εφαρμογή της αεροδυναμικής στην πτήση των αεροπλάνων. Τα αεροσκάφη εκμεταλλεύονται τις αρχές της αεροδυναμικής σε κάθε τμήμα της κατασκευής τους, γιατί πρέπει από τη μια να έχουν μικρή αντίσταση στην κίνησή τους και από την άλλη να χρησιμοποιούν τις δυνάμεις που αναπτύσσονται λόγω υποπιέσεων και υπερπιέσεων ως «δρώσες δυνάμεις» κίνησης. Οι πτέρυγες του αεροπλάνου έχουν τέτοιο σχήμα, ώστε, με την εκμετάλλευση των συμπερασμάτων του θεωρήματος Bernulli, κατά την κίνησή τους μέσα στον αέρα, να επικρατεί στην κάτω τους επιφάνεια υπερπίεση, ενώ στην επάνω υποπίεση. Λόγω της διαφοράς αυτής των πιέσεων στις δύο επιφάνειες, αναπτύσσεται στην πτέρυγα η «ολική αεροδυναμική αντίδραση», η οποία είναι περίπου κάθετη στην ευθεία που ενώνει το χείλος προσβολής με το χείλος εκφυγής της πτέρυγας (χορδή) και εφαρμόζεται πιο κοντά προς το μπροστινό τμήμα της πτέρυγας.
Η «ολική αεροδυναμική αντίδραση» αναλύεται σε δύο συνιστώσες. Η μία λέγεται «άντωση» και είναι κάθετη προς τα επάνω, στη διεύθυνση του σχετικού ανέμου, ενώ η άλλη είναι η οπισθέλκουσα αντίθετη στη φορά κίνησης του αεροσκάφους.
Η «άντωση» (και η οπισθέλκουσα) είναι ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας. Έτσι αν υ η ταχύτητα ροής του αέρα, S η πτερυγική επιφάνεια, ρ η πυκνότητα του αέρα και CL ο συντελεστής άντωσης. Αφού το σχήμα της πτέρυγας που είναι η δύναμη που επιτρέπει στο αεροπλάνο να κρατιέται στον αέρα είναι δεδομένο, η τιμή της άντωσης μπορεί να αλλάξει μόνο με αλλαγή του CL. Αυτός εξαρτάται από τη γωνία προσβολής (η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της χορδής της πτέρυγας και του σχετικού ανέμου) και μεταβάλλεται γραμμικά σύμφωνα με την πολική καμπύλη άντωσης. Πειραματικά αποδείχτηκε ότι η μεγαλύτερη τιμή της άντωσης αντιστοιχεί με γωνία προσβολής 16°.
Στα αεροσκάφη, στη δημιουργία της συνισταμένης οπισθέλκουσας, συντελεί σημαντικά και η επαγωγική οπισθέλκουσα. Αυτή οφείλεται στη δημιουργία δινών στα ακροπτερύγια και στο χείλος εκφυγής της πτέρυγας, που έχουν την τάση να εξισώσουν τη διαφορά πιέσεων η οποία επικρατεί μεταξύ του πάνω και του κάτω μέρους της πτέρυγας. Για τη μείωση των δινών αυτών οι σύγχρονες αεροπορικές βιομηχανίες εφαρμόζουν τροποποιήσεις στις πτέρυγές τους, όπως αεροφράκτες ή σύμμορφες δεξαμενές καυσίμου στα ακροπτερύγια.Φυσικά, κατά τη διάρκεια της πτήσης, δύο άλλες δυνάμεις δρουν επάνω στο αεροπλάνο: η ώση, που κινεί το σκάφος, και το «βάρος» του, κατακόρυφο με φορά προς τα κάτω. Στην ευθεία και οριζόντια πτήση πρέπει ανά δύο οι δυνάμεις να είναι ίσες και αντίθετες, για να υπάρχει ισορροπία. Τα ζεύγη αυτά πραγματικά είναι: ώση = οπισθέλκουσα, βάρος = άντωση. Συνήθως υπάρχει μια σημαντική διαφορά μεγεθών μεταξύ των δύο ζευγών δυνάμεων, αφού το μέγεθος της άντωσης και του βάρους είναι πολύ μεγαλύτερο από το μέγεθος της ώσης και της οπισθέλκουσας.
Αεροδυναμική σε υπερηχητικές ροές. Ένας σημαντικός κλάδος της αεροδυναμικής είναι η μελέτη των φαινομένων που εμφανίζονται σε υπερηχητικές ροές. Επειδή η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται από την υγρασία, τη θερμοκρασία και την πίεση, η ταχύτητα μιας υπερηχητικής ροής μετράται με τον αριθμό Mach, ώστε να δίνεται μια πιο αντιπροσωπευτική εικόνα των συνθηκών της υπερηχητικής αυτής ροής. Έτσι στο επίπεδο της θάλασσας, σε τυπικές συνθήκες υγρασίας και θερμοκρασίας, η ταχύτητα των 1.220 Km/hr αντιπροσωπεύεται από τον αριθμό Mach Μ=1. Η ίδια ταχύτητα στη στρατόσφαιρα αντιπροσωπεύεται από τον αριθμό Mach Μ=1,16.
Στη διηχητική περιοχή (Μ=0,85 – Μ=1,3) εμφανίζονται κρουστικά κύματα σε κάθε προεξοχή του σώματος. Καθώς η ταχύτητα του σώματος ξεπερνά τον αριθμό Mach Μ=1, κρουστικά κύματα εμφανίζονται στη μύτη και στην ουρά του σώματος (αεροπλάνο-βλήμα) και διαδίδονται με τη μορφή κώνου. Η γωνία στην κορυφή του κώνου αυτού μειώνεται με την αύξηση της ταχύτητας σε υψηλότερες υπερηχητικές τιμές.
Ένα ακόμη σημαντικό φαινόμενο των υπερηχητικών ροών, γνωστό ως φαινόμενο Laval, είναι ότι η ταχύτητά τους αυξάνεται με τη διαπλάτυνση του εύρους τους. Το φαινόμενο αυτό βρίσκει ιδιαίτερη εφαρμογή στα ακροφύσια και τους αεραγωγούς των κινητήρων των υπερηχητικών αεροσκαφών (Mirage 2000).
Στα χρόνια μετά το β΄ παγκόσμιο πόλεμο ινστιτούτα αεροδυναμικής έρευνας κατασκεύασαν αεροδυναμικές σήραγγες, ικανές για τη δοκιμή μοντέλων αεροσκαφών σε υπερηχητικές ροές. Με τη μελέτη των μοντέλων αυτών βρέθηκε ότι στην υπερηχητική και ιδιαίτερα στη διηχητική περιοχή η οπισθέλκουσα αυξάνεται σημαντικά. Προκειμένου αυτή να μειωθεί, τα σημερινά υπερηχητικά αεροσκάφη κατασκευάζονται με γωνία βέλους έως 60°, ενώ οι πτέρυγές τους προεκτείνονται και ενώνονται ομοιόμορφα με την άτρακτο χωρίς γωνίες (LERX).
Αεροστάθμη, η ή αλφάδι, το. Όργανο με το οποίο μπορούμε να δώσουμε οριζόντια ή κατακόρυφη θέση σε ευθείες γραμμές ή επίπεδα. Το κύριο μέρος κάθε αεροστάθμης είναι γυάλινο σωληνοειδές δοχείο, μέσα στο οποίο υπάρχει ένα ευκίνητο υγρό, συνήθως μείγμα από οινόπνευμα και αιθέρα. Το δοχείο δεν είναι τελείως γεμάτο, αλλά σε ένα μικρό μέρος του χώρου του σχηματίζεται μια φυσαλίδα, που μπορεί να κινείται στο οριζόντιο τμήμα του δοχείου, ανάλογα με τη θέση του. Το δοχείο τοποθετείται μέσα σε ξύλινη ή μεταλλική θήκη, της οποίας οι πλευρές και ειδικά η βάση πρέπει να είναι απόλυτα επίπεδες επιφάνειες. Η προσαρμογή του σωλήνα μέσα στη θήκη γίνεται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε, όταν το εργαλείο τοποθετηθεί στην οριζόντια επιφάνεια, η φυσαλίδα του αέρα να βρίσκεται στο μέσο του σωλήνα, ανάμεσα σε δύο σημειωμένες γραμμές.
Αεροστάθμες υπάρχουν διάφορων ειδών και σχημάτων, ανάλογα με τη χρήση για την οποία προορίζονται. Είναι απαραίτητο εργαλείο των περισσότερων τεχνιτών, καθώς και επιστημόνων που ασχολούνται με την Τοπογραφία, τη Γεωδαισία, την Αστρονομία. Η κοινή ονομασία της αεροστάθμης είναι «αλφάδι». Οι χαρακτηριστικές διαστάσεις μιας αεροστάθμης είναι: α) το γραμμικό μήκος (d) μιας διαίρεσης του γυάλινου σωλήνα, β) η ακτίνα καμπυλότητας (R) του σωλήνα και γ) η γωνιώδης τιμή S μιας διαίρεσής του.
Αεροστατική. Ο τομέας της Φυσικής που εξετάζει τις μηχανικές ιδιότητες των αερίων, όταν ισορροπούν. Εξετάζει βασικά τις δυνάμεις που εξασκούν τα αέρια στις επιφάνειες με τις οποίες έρχονται σε επαφή και οι οποίες οφείλονται στο ότι τα αέρια έχουν βάρος. Το χαρακτηριστικό αυτών των δυνάμεων είναι ότι ασκούνται πάντα κάθετα πάνω στις επιφάνειες. Το πηλίκο της διαίρεσης αυτής της δύναμης με το εμβαδόν της επιφάνειας, όπου δρα η δύναμη, λέγεται «πίεση» (P=F/S).
Οι δυνάμεις αυτές των αερίων, που βρίσκονται σε ισορροπία, δεν ασκούνται μόνο στα τοιχώματα των δοχείων, αλλά και σε κάθε σώμα που υπάρχει μέσα στο αέριο. Το ίδιο ακριβώς συμβαίνει και με τον ατμοσφαιρικό αέρα που περιβάλλει τη Γη, ο οποίος ασκεί δυνάμεις σε κάθε αντικείμενο που βρίσκεται στην επιφάνεια της Γης. Οι δυνάμεις αυτές δημιουργούν «πιέσεις», το σύνολο των οποίων, ειδικά για τη Γη, λέγεται ατμοσφαιρική πίεση και μετριέται με όργανα τα οποία ονομάζονται βαρόμετρα.
Αερόστρωμνα οχήματα (hovercrafts). Κατηγορία σκαφών της θάλασσας ή της ξηράς, τα οποία δεν εφάπτονται με την επιφάνεια του εδάφους ή του νερού, αλλά κινούνται πάνω σ’ ένα στρώμα αέρα, που διοχετεύεται κάτω από το όχημα. Οι δύο βασικές κατηγορίες αερόστρωμνων οχημάτων είναι τα αεροστατικά και τα αεροδυναμικά. Τα πρώτα αιωρούνται ανεξάρτητα από την κίνησή τους, ενώ τα δεύτερα πρέπει να κινούνται για να ανυψωθούν.
Η ιστορία των αερόστρωμνων οχημάτων ξεκινάει από το 19ο αιώνα, όταν επινοήθηκαν θεωρητικά πρότυπα, που όμως συναντούσαν πολλά πρακτικά προβλήματα εφαρμογής. Ουσιαστικά άρχισαν να χρησιμοποιούνται κανονικά μετά το 1955, με τα σχέδια και τις βελτιώσεις του Άγγλου μηχανικού Κ. Κόκερελ.
Τα αερόστρωμνα οχήματα εξυπηρετούν τη μεταφορά επιβατών και ιδιαίτερα στο στρατό τη μεταφορά προσωπικού. Χρησιμοποιούνται ακόμη για έρευνες και οικολογικές και γεωγραφικές μελέτες.
Αεροσυμπιεστής, ο. Μηχάνημα που χρησιμοποιείται για την παραγωγή πεπιεσμένου αέρα. Υπάρχουν πολλών ειδών αεροσυμπιεστές. Η διαφορά τους οφείλεται στον τρόπο κατασκευής και λειτουργίας τους. Έτσι έχουμε τις εξής κατηγορίες αεροσυμπιεστών:
α) Τους εμβολοφόρους, οι οποίοι συμπιέζουν τον αέρα με τη βοήθεια ενός ή περισσότερων εμβόλων που κινούνται παλινδρομικά μέσα σε ειδικούς κυλίνδρους.
β) Τους φυγοκεντρικούς, με πτερύγια που περιστρέφονται με μεγάλη ταχύτητα και έτσι παρασύρουν και συμπιέζουν τον αέρα.
γ) Τους στροβιλοσυμπιεστές ή στροβιλοφυσητήρες. Οι αεροσυμπιεστές αυτοί χρησιμοποιούν στροβίλους, δηλαδή τροχούς που περιστρέφονται με μεγάλη ταχύτητα και παρασύρουν τον αέρα, δημιουργώντας έτσι ισχυρό ρεύμα με τελικό αποτέλεσμα τη συμπίεση του αέρα.
Οι αεροσυμπιεστές χρησιμοποιούνται σε πολλές εργασίες, όπως στις οικοδομές και στην οδοποιία, στην κατασκευή των αυτοκίνητων αγώνων (ράλι), στην αεροναυπηγική καθώς και στην κατασκευή και λειτουργία ψυγείων και ψυκτικών μηχανημάτων.
Αεροτρένο, το. Είδος τρένου που κινείται σε μονή γραμμή πάνω σε ένα στρώμα αέρα. Εφευρέτης του θεωρείται ο Γάλλος μηχανικός Ζαν Μπερτέν, ο οποίος πετυχαίνοντας αρχικά ταχύτητα περίπου 200 χιλιομέτρων την ώρα επιδίωξε τη βελτίωσή του, ώστε κατά το δεύτερο στάδιο δοκιμών να προσεγγίσει την ταχύτητα των 300 χλμ. την ώρα. Πάντως στην πράξη το αεροτρένο δε θα μπορέσει ποτέ να ξεπεράσει τα 500 χλμ. την ώρα.
Αεροτρένο δοκιμάστηκε για πρώτη φορά στη Γαλλία, στα περίχωρα της Ορλεάνης, σε μια πειραματική γραμμή μήκους περίπου 18 χλμ. Τα αποτελέσματα απέδειξαν ότι ο νέος αυτός σιδηρόδρομος είναι ικανός να δώσει νέα μορφή στις κλασικές σιδηροδρομικές μεταφορές και να πετύχει εμπορικές ταχύτητες απλησίαστες με άλλα χερσαία μέσα μεταφοράς. Προϋπόθεση όμως για μια τέτοια κατάκτηση στο χώρο των χερσαίων μεταφορών είναι η δημιουργία μιας ειδικής υπέργειας μονής γραμμής, ύψους περίπου πέντε μέτρων, αντί των κλασικών διπλών σιδηροδρομικών γραμμών. Η γραμμή αυτή έχει το σχήμα αντεστραμμένου Τ. Το κάθετο τμήμα της μπαίνει σε ειδική υποδοχή που βρίσκεται στο κέντρο του οχήματος. Με αυτό τον τρόπο πετυχαίνει ευστάθεια. Έτσι, από τη μια αποφεύγεται η εκτροχίαση του βαγονιού εξαιτίας της υπερβολικής ταχύτητας που αναπτύσσει και από την άλλη διευκολύνεται ο σχηματισμός, με ειδικές μηχανές, ενός στρώματος αέρα που δημιουργείται προς τα οριζόντια και τα κάθετα τμήματα της γραμμής. Πάνω σ’ αυτό το στρώμα αέρα γλιστρά με άνεση το αεροτρένο πετυχαίνοντας έτσι, χάρη στην ελάττωση της τριβής και τη μεγάλη προωστική δύναμη των δύο τουρμπομηχανών του, την εκπληκτική ταχύτητά του.
Όταν τρέχει με ταχύτητα 250 χλμ. την ώρα, η στάθμευσή του σε περίπτωση κινδύνου είναι δυνατή σε απόσταση 950 μέτρων, με ταυτόχρονη χρησιμοποίηση ειδικών πεδίλων, ειδικών αλεξιπτώτων ουράς και με το κατέβασμα της μηχανής του πάνω στο κάθετο τμήμα της γραμμής, για να αυξηθεί η αντίσταση από την τριβή.
Άμορφη κατάσταση. Κατάσταση ορισμένων φυσικών στερεών σωμάτων τα οποία δεν αποτελούνται από κρυστάλλους. Τα μόρια, τα άτομα και τα ιόντα αυτών των σωμάτων δεν τοποθετούνται στο χώρο σε ορισμένες αποστάσεις και διευθύνσεις, με αποτέλεσμα να μην αποκτούν κανονικό γεωμετρικό σχήμα και κανονική εσωτερική δομή, σε αντίθεση με τα υπόλοιπα στερεά που ανήκουν στην κατηγορία των «κρυσταλλικών» στερεών σωμάτων.Ένα τυπικά άμορφο σώμα είναι το γυαλί, που σχηματίζεται από τη διάλυση ορισμένων ενώσεων. Τα σώματα που ανήκουν στην άμορφη κατάσταση, ως προς τις μηχανικές και θερμικές ιδιότητές τους πλησιάζουν περισσότερο προς την υγρή κατάσταση της ύλης και θεωρούνται μάλλον υγρά σώματα με μεγάλο «ιξώδες» (συντελεστή εσωτερικής τριβής). Η άμορφη κατάσταση των στερεών σωμάτων δεν εξασφαλίζει την ευσταθή ισορροπία της ύλης τους και με το πέρασμα του χρόνου και την επίδραση διάφορων συνθηκών τα άμορφα στερεά σώματα γίνονται κρυσταλλικά. Έτσι, γυαλί που περιέχεται σε λάβες παλιών γεωλογικών εποχών παρουσιάζεται σαν να ανήκει στην κρυσταλλική κατάσταση. Τα ρευστά σώματα (υγρά και αέρια) θεωρούνται γενικά σώματα που ανήκουν στην άμορφη κατάσταση, αν και μερικά υγρά παρουσιάζουν κανονική διάταξη των μορίων τους και σχηματίζουν τους «υγρούς κρυστάλλους».
Αμπέρ. Μονάδα μέτρησης της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος στο Διεθνές Σύστημα (SI) που συμβολίζεται με το σύμβολο Α ή με το συντμημένο amp από τη λέξη ampere. Το σύστημα MKSA (πρακτικό) θεωρεί ότι η ένταση του ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό είναι ίση με 1 αμπέρ, όταν από μια τομή του αγωγού αυτού περνάει φορτίο 1 coulomb σε χρόνο ενός δευτερολέπτου.
Στο Διεθνές Σύστημα 1 Ampere είναι η «ένταση του ρεύματος, η οποία όταν διαρρέει δύο παράλληλους ευθύγραμμους αγωγούς με άπειρο μήκος, που απέχουν μεταξύ τους ένα μέτρο στο κενό, δημιουργεί στους αγωγούς μια δύναμη ίση προς 2 • 10-7 Νt/m» (Νιούτον ανά μέτρο μήκους).
Η μονάδα Aint, που συναντιέται σε ορισμένη βιβλιογραφία ως διεθνές Αμπέρ, ορίζεται ως «η ένταση του συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος το οποίο διέρχεται από διάλυμα νιτρικού αργύρου (AgNO3) μέσα σε βολτάμετρο και αποθέτει στην κάθοδο 0,001118 gr αργύρου σε χρόνο ενός δευτερολέπτου». Η μέτρηση γίνεται με βάση τον τύπο της ηλεκτρόλυσης: Amp (όπου Ι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος). Η σχέση που συνδέει Ampere και το Aint είναι: Aint = 0,0008 A.
Αμπερόμετρο. Όργανο το οποίο μετράει την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα στο οποίο παρεμβάλλεται. Για να μετρήσουμε την ένταση του ρεύματος πρέπει να διακόψουμε το κύκλωμα σε ένα σημείο και να συνδέσουμε στις επαφές το όργανο. Το ρεύμα διέρχεται μέσα από το αμπερόμετρο και προκαλεί απόκλιση του δείκτη, ο οποίος μας δίνει σε κλίμακα βαθμολογημένη σε μονάδες έντασης (Α) Αμπέρ την τιμή της έντασης του ρεύματος που διέρχεται μέσα από το όργανο. Επειδή τα αμπερόμετρα είναι συσκευές με πολύ μικρή «εσωτερική αντίσταση», συνδέονται στο κύκλωμα πάντοτε «εν σειρά», χωρίς κίνδυνο να μεταβληθεί η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα. Ένα αμπερόμετρο εργαστηριακού τύπου διαθέτει όχι μόνο μια κλίμακα αλλά πολλές, προσφέροντας έτσι τη δυνατότητα για μετρήσεις μικρής και μεγάλης έντασης, χωρίς να χρειάζεται αλλαγή του οργάνου. Αυτό πετυχαίνεται με κατάλληλη σύνδεση στο κύκλωμα των διάφορων αντιστάσεων που έχει το όργανο στο εσωτερικό του.
Αμπερόμετρα ευαίσθητα, βαθμολογημένα σε μιλιαμπέρ (1 mA = 10-3 Amp) λέγονται «μιλιαμπερόμετρα», ενώ τα βαθμολογημένα σε μικροαμπέρ (1 μΑ = 10-6 Amp) λέγονται «μικροαμπερόμετρα». Συνήθως τα αμπερόμετρα κατασκευάζονται έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν μέχρι μια ορισμένη ένταση (π.χ. 10 ή 20 ή 30 Amp κ.ο.κ.) και επομένως το όργανο δεν μπορεί χωρίς κίνδυνο καταστροφής του να χρησιμοποιηθεί πέρα από τη μέγιστη τιμή, για την οποία έχει κατασκευαστεί. Μπορούμε όμως με ένα αμπερόμετρο ορισμένης περιοχής να μετρήσουμε ρεύματα μεγαλύτερης έντασης, αν συνδέσουμε κατά διακλάδωση με το όργανο κατάλληλη αντίσταση, οπότε ένα μέρος του ρεύματος θα διέρχεται από τη νέα αντίσταση και το υπόλοιπο από το όργανο. Η σύνδεση αυτή λέγεται «διακλάδωση του αμπερόμετρου».
Γενικά, για την κατασκευή μιας διακλάδωσης ισχύει ο νόμος: Η κατά διακλάδωση αντίσταση R, που πρέπει να συνδεθεί σε αμπερόμετρο με εσωτερική αντίσταση r ώστε να μεγαλώσει η περιοχή μετρήσεων κατά ν φορές σε σχέση με την αρχική περιοχή.
Οι δύο μορφές ρευμάτων που βρίσκονται σε χρήση στις ηλεκτρικές εφαρμογές είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα και το συνεχές, τα οποία και καθορίζουν τον τύπο και την αρχή λειτουργίας των αμπερόμετρων. Έτσι μπορούμε να διακρίνουμε τις εξής κατηγορίες οργάνων:
α) Ηλεκτρομαγνητικά. Τα όργανα αυτού του τύπου λειτουργούν με βάση τις αρχές των ηλεκτρομαγνητικών αποτελεσμάτων του ρεύματος. Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται τα αμπερόμετρα με «στρεφόμενο μαγνήτη» και τα αμπερόμετρα με «στρεφόμενο πλαίσιο».
β) Θερμικά. Η λειτουργία τους στηρίζεται στα θερμικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος. Η θερμότητα που παράγεται δίνεται από τον τύπο του Joule cal και δεν εξαρτάται από τη φορά του ρεύματος.
γ) Ηλεκτροδυναμικά. Βάση της λειτουργίας τους είναι η δύναμη που αναπτύσσεται μεταξύ δύο παράλληλων αγωγών, οι οποίοι διαρρέονται από ρεύμα.
δ) Ψηφιακά. Η λειτουργία τους στηρίζεται στη χρήση ολοκληρωμένων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων και σήμερα χρησιμοποιούνται ευρύτατα.

Αμπερώριο. Πρακτική μονάδα ηλεκτρικού φορτίου, η οποία ισούται με το φορτίο που περνάει σε διάστημα μιας ώρας από έναν αγωγό, όταν η ένταση του ρεύματος στον αγωγό είναι 1 Α (αμπέρ). Ένα αμπερώριο (σύμβολο Ah) ισοδυναμεί με 3.600 κουλόμπ.
Ανάδραση. Το φαινόμενο κατά το οποίο μια διαδικασία αυτοελέγχεται και αυτοσταθεροποιείται.
Ένα απλό μηχανικό παράδειγμα ανάδρασης είναι το ακόλουθο: Έστω ότι στο ένα άκρο ραβδιού βρίσκεται στερεωμένη μια λεκάνη που γεμίζει συνέχεια με νερό από μια βρύση με σταθερή παροχή, ενώ στο άλλο άκρο του υπάρχει ένα ελατήριο που αντισταθμίζει το βάρος του νερού. Το ραβδί στηρίζεται, ας υποθέσουμε, στο μέσο του, σε ένα σταθερό σημείο. Κάποτε όμως συγκεντρώνεται πολύ νερό στη λεκάνη και η ισορροπία ανατρέπεται: η φάλαγγα κλίνει προς το μέρος της λεκάνης, ενώ η λεκάνη αδειάζει, οπότε το όλο σύστημα επανέρχεται στην αρχική του θέση και η διαδικασία του γεμίσματος της λεκάνης με νερό επαναλαμβάνεται. Θεωρητικά το φαινόμενο αυτό επαναλαμβάνεται άπειρες φορές. Βλέπουμε δηλαδή ότι το σύστημα αυτορρυθμίζεται.
Στον ηλεκτρισμό ένα παράδειγμα ανάδρασης είναι το εξής: Σε ένα κύκλωμα φορτίζεται ένας πυκνωτής, που συνδέεται με ένα λαμπτήρα αίγλης. Όταν το φορτίο του πυκνωτή φτάσει σε μια κρίσιμη τιμή, ο πυκνωτής εκφορτίζεται και προκαλεί ηλεκτρική εκκένωση στο λαμπτήρα, οπότε το φαινόμενο επαναλαμβάνεται για αόριστο χρόνο, μια και το ίδιο το σύστημα έχει τη δυνατότητα να υπερνικά τις δυνάμεις εκμηδένισής του και να επανέρχεται περιοδικά στην αρχική του κατάσταση
Αιθέρας, κοσμικός. Υποθετική ιδιόμορφη ουσία, η οποία κατά τον Huygens θα γέμιζε το χώρο και τα κενά διαστήματα μεταξύ των ατόμων και η οποία, με τις ελαστικές της δυνάμεις, θα μετέδιδε τα κύματα του φωτός. Από τα φαινόμενα «συμβολής» του φωτός είχε αποδειχτεί ότι το φως είναι κύμανση που διαδίδεται ευθύγραμμα. Την εποχή εκείνη τα μόνα γνωστά κύματα ήταν τα μηχανικά (κύματα ήχου ή νερού) και η υπόθεση για την ύπαρξη του αιθέρα φάνηκε ως σωστή εξήγηση. Η εξήγηση όμως αυτή δημιούργησε νέα προβλήματα και έπρεπε να αποδοθούν στον αιθέρα ιδιότητες οι οποίες ήταν ασυμβίβαστες μεταξύ τους. Έπρεπε να είναι ρευστός, χωρίς βάρος, ομοιογενής, τελείως ελαστικός, χωρίς ιξώδες (εσωτερική τριβή), χωρίς ροή και να επιτρέπει τις εγκάρσιες δονήσεις. Επειδή όμως η ταχύτητα διάδοσης του φωτός είναι πολύ μεγάλη (υ = 300.000 km/sec) σύμφωνα με τον τύπο (Ε = μέτρο ελαστικότητας, ρ = πυκνότητα), ο αιθέρας πρέπει να έχει ελάχιστη πυκνότητα και μέτρο ελαστικότητας μεγαλύτερο από το χάλυβα. Έτσι όμως είναι αδύνατη η κίνηση των ουράνιων σωμάτων στο χώρο, που είναι γεμάτος από αιθέρα. Κι επειδή η κίνηση είναι γεγονός, ο αιθέρας δεν μπορεί να υπάρχει. Η θεωρία για την ύπαρξη του αιθέρα επέζησε μέχρι την εποχή που ο Μάξγουελ με την ηλεκτρομαγνητική θεωρία για τη φύση του φωτός απέδειξε ότι η κύμανση του φωτός δεν είναι μηχανικής αλλά ηλεκτρομαγνητικής φύσης, οπότε όλα τα γνωστά φαινόμενα εξηγούνται χωρίς την υπόθεση του αιθέρα. Με τη μαθηματική έκφραση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου από το Μάξγουελ και σύμφωνα με τις νεότερες αντιλήψεις, όταν μπορούμε να περιγράφουμε με μαθηματικό τρόπο τα φαινόμενα σωστά, δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούμε φανταστικά υλικά, όπως είναι τα ρευστά χωρίς βάρος του τύπου του αιθέρα.



Αιολική ενέργεια. Η ενέργεια η οποία οφείλεται στη δύναμη του ανέμου. Από τα πολύ παλιά χρόνια –τότε που η δύναμη του ανέμου ήταν η μοναδική σχεδόν γνωστή πηγή ενέργειας– ο άνθρωπος επινόησε τρόπους να τη χρησιμοποιεί για διάφορους σκοπούς (ιστία, ανεμόμυλοι κτλ.). Χιλιετίες αργότερα η εμφάνιση και η ανάπτυξη πιο αποδοτικών μορφών ενέργειας, όπως η θερμική, η ηλεκτρική κ.ά., περιόρισαν τη χρησιμοποίηση της αιολικής ενέργειας.
Σήμερα, εξαιτίας της συνεχούς χρησιμοποίησης στερεών ή υγρών καυσίμων και της απειλής εξάντλησης των αποθεμάτων τους, ο άνθρωπος στράφηκε πάλι με ενδιαφέρον στην αρχαιότατη πηγή ενέργειας, την ενέργεια του ανέμου. Με τη χρήση των ανεμογεννητριών για τη μετατροπή της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική, υπάρχουν ενθαρρυντικές ενδείξεις ότι είναι δυνατή η τιθάσευση του ανέμου για την εξυπηρέτηση οικονομικών σκοπών, τουλάχιστο σε ορισμένες περιοχές και για ορισμένες χρήσεις.
Η αιολική ενέργεια, μαζί με την ηλιακή και τη γεωθερμική, ανήκει στις ήπιες ή καθαρές ή εναλλακτικές πηγές ενέργειας, οι οποίες, αντίθετα με τις συμβατικές, δε ρυπαίνουν το περιβάλλον. Εξάλλου η αιολική ενέργεια είναι ανεξάντλητη (ανανεώσιμη) και φθηνή, καθώς προσφέρεται δωρεάν από τη φύση. Είναι λοιπόν φανερή η μεγάλη περιβαλλοντική και οικονομική σημασία της αξιοποίησης των ήπιων πηγών ενέργειας για μια χώρα που δεν είναι αυτάρκης σε καύσιμες ύλες.
Το κύριο μειονέκτημα της αιολικής ενέργειας είναι ότι δεν παρέχεται συνεχώς με την ίδια ένταση (είναι διακοπτόμενη), γι’ αυτό και πρέπει να αποθηκεύεται σε συσσωρευτές για τις περιόδους άπνοιας ή να χρησιμοποιείται παράλληλα με άλλες μορφές, τις οποίες να αντικαθιστά εν μέρει ή συνολικά τις ώρες που πνέουν άνεμοι.
Η αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας είναι δυνατή στην Ελλάδα, καθώς σε πολλές περιοχές και κυρίως στα νησιά του Αιγαίου πνέουν ισχυροί άνεμοι για πολλές ώρες το χρόνο. Ιδιαίτερα σε απομακρυσμένα νησιά ή περιοχές που είναι δύσκολη ή δαπανηρή η ηλεκτροδότηση, το κόστος της εγκατάστασης ανεμογεννητριών είναι ανταγωνιστικό. Αξίζει να σημειωθεί ότι μια ανεμογεννήτρια ισχύος 2 MW μπορεί να παράγει το χρόνο τόση ενέργεια, όση παράγουν 500 τόνοι πετρελαίου.
Ήδη σε ορισμένα νησιά του Αιγαίου, όπως στη Σαμοθράκη, την Κύθνο και την Κρήτη, έχουν δημιουργηθεί τα αιολικά πάρκα των οποίων η συνολική ισχύς υπολογίζεται στα 400 MW.
Το αιολικό πάρκο του Σαν Φρανσίσκο στις ΗΠΑ έχει εγκαταστημένες περισσότερες από 2.000 ανεμογεννήτριες
Αεροναυτική, η. Η επιστήμη και η τεχνολογία που έχουν ως αντικείμενο τη σχεδίαση, την κατασκευή, τον έλεγχο της λειτουργίας και τη βελτίωση των συσκευών με τις οποίες ο άνθρωπος μπορεί να κινηθεί στον αέρα, που ασχολούνται δηλαδή με το θέμα της πτήσης.
Ο πόθος του ανθρώπου να υψωθεί πάνω από το έδαφος και να πετάξει όπως τα πουλιά είναι πανάρχαιος. Και είναι αυτός που δημιούργησε σ' όλες τις θρησκείες και τις μυθολογίες όντα ικανά να πετούν, είτε με φτερά ή και χωρίς αυτά. Ένας από τους ωραιότερους σχετικούς μύθους που έπλασε η ελληνική αρχαιότητα είναι εκείνος του Δαίδαλου και του γιου του ΄Ικαρου, των πρώτων ανθρώπων που επιχείρησαν να πετάξουν, με την τραγική κατάληξη που είχε η προσπάθειά τους. Εκτός όμως από τους μύθους και τα μυθικά πρόσωπα, αναφέρεται ότι ο φιλόσοφος και μαθηματικός Αρχύτας από τον Τάραντα (428-347 π.Χ.) είχε κατασκευάσει μια συσκευή που είχε μορφή περιστεριού και μπορούσε να πετάει («πετώσα περιστερά»). Βέβαια δεν ξέρουμε πώς και κατά πόσο πραγματικά πετούσε.
Κατά το Μεσαίωνα το θέμα της πτήσης παρέμεινε στο χώρο της φαντασίας. Από την Αναγέννηση όμως άρχισαν οι πρώτες σχετικές έρευνες και μελέτες και είναι γνωστές οι κατασκευές και τα σχεδιάσματα του Λεονάρντο ντα Βίντσι, που μιμούνταν τα φτερά και το πέταγμα των πουλιών αλλά, φυσικά, δεν πετούσαν.
Με το θέμα της πτήσης ασχολήθηκαν και πολλοί άλλοι, αλλά πάνω στην ίδια λαθεμένη βάση: στη δυνατότητα του ανθρώπου να πετάξει κουνώντας με τις δικές του δυνάμεις κάποιο είδος φτερών, όπως τα πουλιά. Έτσι, όλες οι προσπάθειες που έγιναν ήταν καταδικασμένες από την αρχή σε αποτυχία και τελικά, όσοι ασχολούνταν με το θέμα, κατέληξαν στο συμπέρασμα που διατύπωσε στα τέλη του 17ου αιώνα ο Τζιοβάνι Μπορέλλι, ότι ο άνθρωπος δεν μπορεί να πετάξει χρησιμοποιώντας μόνο τη μυϊκή του δύναμη.
Στη συνέχεια οι αναζητήσεις ακολούθησαν δύο διαφορετικούς δρόμους: Ο ένας ήταν η αναζήτηση και επινόηση συσκευών που θα ήταν ελαφρύτερες από τον αέρα και θα μπορούσαν, γι' αυτό το λόγο, να ανυψωθούν. Ο άλλος ήταν η αναζήτηση και επινόηση συσκευών βαρύτερων από τον αέρα, που θα μπορούσαν να πετάξουν με μηχανική υποστήριξη.
Στην προσπάθεια για την κατάκτηση των αιθέρων προηγήθηκαν οι συσκευές που ήταν ελαφρύτερες από τον αέρα. Στις 5 Ιουνίου του 1783 οι Γάλλοι αδελφοί Ζοζέφ και Ετιέν Μογκολφιέ ανύψωσαν στη γαλλική πόλη Ανονέ το πρώτο αερόστατο, μια μεγάλη υφασμάτινη σφαίρα γεμισμένη με καπνό (θερμό αέρα). Το πείραμα επαναλήφθηκε με επιτυχία στο Παρίσι, αυτή τη φορά με σφαίρα γεμισμένη με υδρογόνο, και τέλος, το Νοέμβριο του 1783, δύο τολμηροί Γάλλοι, ο Πιλάτρ ντε Ροζιέ και ο μαρκήσιος ντ' Αρλάντ, ανέβηκαν σ' ένα αερόστατο και πέταξαν. Ήταν οι πρώτοι άνθρωποι που υψώθηκαν στον αέρα.
Στα χρόνια που ακολούθησαν τα αερόστατα τελειοποιήθηκαν. Σημαντική εξέλιξη ήταν η κατασκευή σκαφών με σκληρό σκελετό και ατρακτοειδές αεροδυναμικό σχήμα και η προσθήκη κινητήρα και πηδαλίου διεύθυνσης («πηδαλιουχούμενα»), γεγονός που έκανε την κίνησή τους ανεξάρτητη από τη φορά των ανέμων. Στις αρχές του 20ού αιώνα κατασκευάστηκαν στη Γερμανία μεγάλα αερόστατα αυτού του τύπου, τα γνωστά Ζέπελιν (από το όνομα του κατασκευαστή), που άρχισαν να χρησιμοποιούνται και για τη μεταφορά επιβατών. Επειδή όμως έγιναν πολλά ατυχήματα, με κορύφωμα την καταστροφή από πυρκαγιά του μεγάλου Ζέπελιν «Χίντεμπουργκ» το Μάιο του 1937 και τον τραγικό θάνατο των 36 επιβατών του, έπαψαν τελικά να χρησιμοποιούνται ως μέσα συγκοινωνίας, υποσκελισμένα και από την εξέλιξη του αεροπλάνου.
Στο β΄ παγκόσμιο πόλεμο χρησιμοποιήθηκαν ως μέσα αεράμυνας, για την παρεμπόδιση της κίνησης εχθρικών αεροπλάνων, αερόστατα που αιωρούνταν πάνω από τις πόλεις προσδεμένα στο έδαφος. Σήμερα αερόστατα χρησιμοποιούνται κυρίως από τις μετεωρολογικές υπηρεσίες για σχετικές έρευνες στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, όπου υψώνονται.
Παράλληλα με την εξέλιξη του αερόστατου, συνεχίστηκαν οι έρευνες και οι προσπάθειες για την κατασκευή μιας συσκευής πτήσης που θα ήταν βαρύτερη από τον αέρα. Πολλοί πρωτοπόροι της αεροναυτικής, από διάφορες χώρες, εργάστηκαν προς την κατεύθυνση αυτή και μόχθησαν αντιμετωπίζοντας αντίξοες συνθήκες και πολλές φορές τη δυσπιστία ή ακόμη και το χλευασμό. Ανάμεσά τους ξεχωρίζουν ο Άγγλος Τζορτζ Κέιλι (αρχές 19ου αιώνα), που ήταν ο μεγάλος θεωρητικός της αεροναυτικής και σχεδίασε αεροπλάνο με κινητήρα, ο Γάλλος Αλφόνς Πενό, ο επίσης Γάλλος Κλεμάν Αντέρ, κατασκευαστής ενός αεροπλάνου με κινητήρα, που δε στάθηκε ωστόσο δυνατό να πετάξει (1890), ο Γερμανός Ότο Λίλιενταλ, που κατασκεύασε πειραματικά ανεμόπτερα και πραγματοποίησε μ' αυτά πολλές δοκιμαστικές πτήσεις, ώσπου σκοτώθηκε σε μία απ' αυτές το 1896, ο Αμερικανός Σάμουελ Λάγκλεϊ, που επιχείρησε να πετάξει, χωρίς όμως επιτυχία, μια συσκευή με κινητήρα εσωτερικής καύσης, τον «αεροδρομέα», πάνω από τον ποταμό Πότομακ, και πολλοί άλλοι.
Όλα αυτά, οι έρευνες, οι επίπονες προσπάθειες καθώς και η εμπειρία που συσσώρευσαν οι αποτυχίες, οδήγησαν τελικά στην επιτυχία. Στις 17 Δεκεμβρίου του 1903, στο Κίτι Χοκ της Βόρειας Καρολίνας, οι Αμερικανοί αδερφοί Όρβιλ και Γουίλμπερ Ράιτ πραγματοποίησαν την πρώτη πτήση με αεροπλάνο που το οδηγούσε πιλότος.
Η συσκευή των αδερφών Ράιτ ήταν ένα διπλάνο εφοδιασμένο με κινητήρα εσωτερικής καύσης 12 ίππων και με δύο έλικες. Στην πρώτη προσπάθεια το αεροπλάνο, που το είχαν βαφτίσει «Φλάιερ», διάνυσε πετώντας με πιλότο τον Όρβιλ μια απόσταση 36 μέτρων σε 12 δευτερόλεπτα. Την ίδια μέρα πραγματοποιήθηκαν άλλες τρεις πτήσεις και στην τελευταία, που είχε διάρκεια 59 δευτερόλεπτα, διανύθηκε με πτήση απόσταση 264 μέτρων. Η 17η Δεκεμβρίου 1903 ήταν η μεγάλη στιγμή της αεροναυτικής.
Η απήχηση που είχε στην αρχή το επίτευγμα αυτό ήταν πολύ περιορισμένη και κανείς δεν μπόρεσε τότε να υποπτευθεί ποιας μεγαλειώδους συνέχειας ξεκίνημα ήταν. Οι αδερφοί Ράιτ όμως συνέχισαν τις προσπάθειές τους βελτιώνοντας το αεροσκάφος τους και πραγματοποιώντας μεγαλύτερες πτήσεις καθώς και επιδείξεις σε διάφορα μέρη. Τέλος, η δικαίωση ήρθε μετά από τις επιτυχημένες επιδείξεις που έκαναν το 1908 στο Παρίσι. Τότε αναγνωρίστηκαν από όλο τον κόσμο ως οι «πρωτοπόροι της αεροπορίας».
Στα χρόνια που ακολούθησαν η αεροναυτική γνώρισε γρήγορη ανάπτυξη. Κατασκευάστηκαν βελτιωμένα αεροσκάφη με ενισχυμένες μηχανές και έγιναν μεγάλες σε απόσταση και διάρκεια πτήσεις από τον Όρβιλ Ράιτ, τον Ανρί Φαρμάν και άλλους πιλότους. Ξεχωρίζουν η πτήση του Λουί Μπλεριό πάνω από τη Μάγχη, στις 25 Ιουλίου του 1909, γεγονός που θεωρήθηκε και ήταν σημαντικό επίτευγμα εκείνη την εποχή, και λίγο αργότερα, το 1913, η πτήση του Ρολάν Γκαρό πάνω από τη Μεσόγειο.
Στην Ελλάδα η πρώτη προσπάθεια πτήσης με αεροπλάνο έγινε το 1908 στην Αθήνα, από το θεατρικό επιχειρηματία Λεωνίδα Αρνιώτη. Ο Αρνιώτης, επιβαίνοντας σ' ένα μονοπλάνο, επιχείρησε δύο φορές να απογειωθεί, χωρίς όμως να το κατορθώσει. Επιτυχημένες πτήσεις πραγματοποιήθηκαν το 1912 από τον Εμμανουήλ Αργυρόπουλο και από τον Αλέξανδρο Καραμανλάκη, που είχαν εκπαιδευτεί στη Γαλλία. Και οι δύο πλήρωσαν με τη ζωή τους, την αγάπη για το αεροπλάνο και την τόλμη τους. Ο Καραμανλάκης πνίγηκε, όταν το αεροπλάνο που κυβερνούσε και πραγματοποιούσε την πτήση από την Αθήνα στην Πάτρα έπεσε στον Κορινθιακό κόλπο, τον Αύγουστο του 1912. Παρόμοιο τέλος είχε και ο Αργυρόπουλος, που υπηρετούσε ως αξιωματικός αεροπόρος στους βαλκανικούς πολέμους. Σε μια αποστολή, το αεροπλάνο που οδηγούσε και στο οποίο επέβαινε και ο Κωνσταντίνος Μάνος έπεσε από μηχανική βλάβη κοντά στο Λαγκαδά της Θεσσαλονίκης, τον Απρίλιο του 1913, με αποτέλεσμα να σκοτωθούν και οι δύο επιβάτες του.
Από τα πρώτα του βήματα το αεροπλάνο χρησιμοποιήθηκε και για πολεμικούς σκοπούς. Την αρχή έκαναν οι Ιταλοί, που χρησιμοποίησαν το 1911 αεροπλάνα για αναγνωριστικές πτήσεις πάνω από τη Λιβύη, κατά τον ιταλοτουρκικό πόλεμο του 1911-1912. Τους πρώτους όμως αεροπορικούς βομβαρδισμούς τους έκαναν ελληνικά αεροπλάνα στη διάρκεια των βαλκανικών πολέμων του 1912-1913. Στους πολέμους αυτούς η Ελλάδα διέθετε πέντε αεροπλάνα και οι πιλότοι, πετώντας σε μικρό ύψος, έριχναν με το χέρι μικρές βόμβες. Οι ζημίες που προκαλούσαν ήταν πολύ μικρές. Είχαν όμως οι βομβαρδισμοί αυτοί επιπτώσεις στο ηθικό των αντιπάλων, που αντιμετώπιζαν μια καινούρια απειλή από τον αέρα.
Στον α’ παγκόσμιο πόλεμο (1914-1918) οι αντίπαλες παρατάξεις διέθεταν από την αρχή αρκετά σμήνη αεροπλάνων, που χρησιμοποιήθηκαν σε αναγνωρίσεις και βομβαρδισμούς, ενώ πολύ συχνά εμπλέκονταν σε θεαματικές αερομαχίες. Στα χρόνια αυτά τα αεροσκάφη βελτιώθηκαν γρήγορα, ενώ αμέσως μετά τον πόλεμο η αεροναυτική συνέχισε να εξελίσσεται με επιταχυνόμενους ρυθμούς. Κατασκευάστηκαν μεγαλύτερα αεροπλάνα και άρχισαν οι εναέριες μεταφορές από πόλη σε πόλη, αρχικά εμπορευμάτων και στη συνέχεια και επιβατών. Κατά την περίοδο του μεσοπολέμου (1918-1939) δημιουργήθηκαν μεγάλες αεροπορικές εταιρείες, ορισμένες από τις οποίες εξακολουθούν να υπάρχουν ακόμη και σήμερα. Οι αποστάσεις που κάλυπταν οι αεροπορικές πτήσεις γίνονταν όλο και μεγαλύτερες και το Μάιο του 1927 ο Αμερικανός λοχαγός Τσαρλς Λίντμπεργκ πέταξε πρώτος με το αεροπλάνο του, που το είχε βαφτίσει «Πνεύμα του Σεν Λούις», πάνω από τον Ατλαντικό καλύπτοντας τη διαδρομή Νέα Υόρκη - Παρίσι, μια απόσταση δηλαδή 5.800 χιλιομέτρων, χωρίς ενδιάμεση στάση, σε 33 ώρες και 27 πρώτα λεπτά.
Στη διάρκεια του β΄ παγκόσμιου πολέμου (1939-1945), το αεροπλάνο χρησιμοποιήθηκε συστηματικά και μαζικά ως πολεμικό όπλο. Ο πολεμικός ανταγωνισμός εντατικοποίησε τις προσπάθειες των αντιμαχόμενων μερών να κατασκευάσουν τελειοποιημένους τύπους αεροσκαφών, που εξελίχτηκαν σε τρομερά όπλα καταστροφής. Και προς το τέλος του πολέμου αυτού επινοήθηκαν και κατασκευάστηκαν τα πρώτα αεριωθούμενα αεροπλάνα.
Τα αεριοθούμενα αεροπλάνα κατάφεραν να σπάσουν το φράγμα του ήχου και σύντομα με τη διαμόρφωση των πτερύγων σε σχήμα «δέλτα» τριπλασίασαν την ταχύτητά τους.
Η τεχνολογική εξέλιξη κατάφερε να δημιουργήσει αεροπλάνα «κάθετης απογείωσης - προσγείωσης» (VTOL) όπως το αγγλικό «Χάριερ» καθώς και αεροπλάνα με πτυσσόμενα φτερά όπως το αμερικάνικο F-111 για προσγείωση και απογείωση σε μικρού μήκους αεροδιαδρόμους (αεροπλανοφόρα).
Μια από τις τελευταίες εξελίξεις της αεροναυτικής είναι η δημιουργία αεροπλάνων τύπου «ΣΤΕΛΘ», όπως το αμερικάνικο «F-117Α» που δεν είναι αναγνωρίσιμα από τα ραντάρ. Βέβαια ο δρόμος της εξέλιξης της αεροναυτικής παραμένει πάντα ανοιχτός.
Αεροναυτιλία, η. Η διαδικασία με την οποία ο χειριστής ενός αεροσκάφους εντοπίζει τη θέση του στο χώρο, αποτυπώνει ίχνη και πορείες και προσδιορίζει τη μελλοντική θέση του αεροσκάφους κατά τη διάρκεια της πτήσης.
Ο χειριστής ενός σύγχρονου αεροσκάφους επωμίζεται πολλές και αυξημένες ευθύνες. Μια από τις κυριότερες ευθύνες του είναι να φτάσει στον προορισμό του με ασφάλεια και σε συγκεκριμένο χρόνο. Για το σκοπό αυτό πρέπει να λάβει σοβαρά υπόψη του το αντικείμενο της αεροναυτιλίας. Με την ευρύτερη έννοια, ακόμη και τη στιγμή που ο χειριστής ενός αεροσκάφους εκτελεί προσέγγιση για προσγείωση σε ένα αεροδρόμιο εκτελεί αεροναυτιλία, διότι πρέπει να γνωρίζει με ακρίβεια τη θέση του σε σχέση με το έδαφος και το διάδρομο προσγείωσης.
Η αεροναυτιλία, ανάλογα με τα μέσα και τις μεθόδους που ακολουθεί ο χειριστής του αεροσκάφους, διακρίνεται στα παρακάτω είδη:
Αεροναυτιλία εξ αναμετρήσεως, όπου ο χειριστής σχεδιάζει στο χάρτη το ίχνος που πρόκειται να ακολουθήσει, καθορίζει την πορεία που απαιτείται για να φτάσει στον προορισμό του και διαιρεί την απόσταση που θα διανύσει με τη μέση ταχύτητα της διαδρομής, για να υπολογίσει τον απαιτούμενο χρόνο. Στη σχεδίαση μιας διαδρομής ο χειριστής θα πρέπει να λάβει υπόψη του και μερικούς επιπλέον παράγοντες, όπως την επίδραση του ανέμου, τη μαγνητική απόκλιση και τη διαφορά της ταχύτητας, έτσι ώστε να διατηρήσει το ίχνος του.
Αεροναυτιλία εξ όψεως ή δι’ αναγνώσεως χάρτου, όπου ο χειριστής ακολουθεί χαρακτηριστικά σημεία πάνω στο έδαφος, όπως λίμνες, ποτάμια, βουνά, πόλεις, χωριά κ.ά. και συμβουλευόμενος το χάρτη σχεδιάζει την πορεία που θα τον οδηγήσει στον προορισμό του.
Ραδιοναυτιλία. Είναι ο σύγχρονος τρόπος αεροναυτιλίας, κατά τον οποίο ο χειριστής του αεροσκάφους χρησιμοποιεί σύγχρονα συστήματα καθοδήγησης ναυτιλίας, όπως δορυφορικό σύστημα εντοπισμού θέσης στο χώρο (GPS), αδρανειακό σύστημα ναυτιλίας (INS), ραντάρ, ραδιοβοηθήματα ναυτιλίας/ προσέγγισης- προσγείωσης VOR, TACAN, ILS, MLS. Αυτά τα βοηθήματα, σε συνδυασμό με τους τελειοποιημένους ηλεκτρονικούς υπολογιστές που διαθέτουν τα σύγχρονα αεροσκάφη, πολιτικά ή στρατιωτικά, δίνουν σε πραγματικό χρόνο όλα εκείνα τα στοιχεία που χρειάζεται ο κυβερνήτης του αεροσκάφους, ώστε να φτάσει με ασφάλεια και ακρίβεια στον προορισμό του.
Αστροναυτιλία: Είναι το είδος της ναυτιλίας, κατά το οποίο ο εντοπισμός θέσης γίνεται σε σχέση με τη θέση των αστρικών σωμάτων. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται ειδικό όργανο, ο αεροναυτιλιακός εξάντας. Αυτό το είδος δε χρησιμοποιείται πλέον με τα σύγχρονα συστήματα ναυτιλίας. Σε παλαιότερους τύπους αεροσκαφών, συνήθως μεταφορικών ή βομβαρδιστικών, υπήρχε στο επάνω μέρος της ατράκτου σφαιρικός γυάλινος θόλος, απ’ όπου ο ναυτίλος του πληρώματος, εφόσον το επέτρεπαν οι καιρικές συνθήκες, παρατηρούσε τα άστρα και έβρισκε το στίγμα του αεροσκάφους.
Ένας άλλος τρόπος ναυτιλίας, που χρησιμοποιούσαν παλαιότερα τα αεροσκάφη, ήταν η λεγόμενη GRID NAVIGATION ή αλλιώς ναυτιλία των πόλων. Τα παλαιότερα χρόνια απέφευγαν την πτήση σε γεωγραφικό πλάτος άνω των 70°, γιατί ήταν δύσκολη η αναφορά διεύθυνσης σε σχέση με τον πραγματικό Βορρά λόγω σύγκλισης των μεσημβρινών και μη ύπαρξης κατάλληλων βοηθημάτων. Έτσι εφαρμοζόταν, όταν γινόταν πτήση κοντά στους πόλους, η ναυτιλία «υπέρ των πόλων», για την οποία χρησιμοποιούσαν ειδικούς χάρτες και η οποία απαιτούσε ιδιαίτερα έμπειρο πλήρωμα.
Αεροπλάνο, το. Συσκευή η οποία κινείται στον ατμοσφαιρικό αέρα με τη βοήθεια της αεροδυναμικής δράσης που δημιουργείται από τη συνδυασμένη ενέργεια του συστήματος προώθησης και της ταχύτητας του αέρα.
Τα βασικά τμήματα του αεροπλάνου είναι τα εξής: α) Η άτρακτος, η οποία είναι το βασικό μεταφορικό τμήμα του αεροπλάνου και έχει σχήμα ψαριού, ατρακτοειδές. β) Οι πτέρυγες, που προσαρμόζονται στα πλάγια της ατράκτου και εξασφαλίζουν την ισορροπία της πτήσης. γ) Το ουραίο πτερυγιακό σύστημα για τον έλεγχο της οριζόντιας και κατακόρυφης κίνησης. δ) Το σύστημα προσγείωσης. ε) Το σύστημα προώθησης που κινεί το αεροπλάνο με την κατάλληλη ταχύτητα. Η εξέταση με περισσότερες λεπτομέρειες καθενός από τα αναφερόμενα τμήματα είναι απαραίτητη για τη διαμόρφωση μιας ολοκληρωμένης εικόνας του αεροπλάνου.
Άτρακτος. Το βασικό αεροδυναμικό σχήμα είναι το χαρακτηριστικό της ατράκτου. Από άποψη κατασκευής συνδυάζεται η μέγιστη αντοχή με το ελάχιστο βάρος. Τα σημεία της ατράκτου που αντιμετωπίζουν τη μεγαλύτερη δραστική δύναμη είναι ενισχυμένα με οριζόντιες φέρουσες δοκίδες, οι οποίες βελτιώνουν τη συνοχή και αυξάνουν την αντοχή. Η άτρακτος είναι ο ενεργός χώρος του αεροπλάνου, όπου υπάρχουν οι θέσεις για το πλήρωμα και τους επιβάτες, το φορτίο και τα συστήματα ελέγχου και πλεύσης.
Πτέρυγες. Οι επιφάνειες των τμημάτων αυτών του αεροπλάνου δεν είναι εντελώς επίπεδες, αλλά παρουσιάζουν καμπύλωση, η οποία κατασκευάζεται ύστερα από μαθηματικούς υπολογισμούς που στηρίζονται στη φυσική θεώρηση της αντίστασης του αέρα και της αεροδυναμικής συμπεριφοράς των υλικών. Οι πτέρυγες είναι πάντοτε συμμετρικές σε σχέση με την άτρακτο, ενώ το μήκος τους από τη μια άκρη της μιας μέχρι την άκρη της άλλης λέγεται «ανάπτυγμα των πτερύγων». Βασική καινοτομία αποτελεί η χρησιμοποίηση πτερύγων «μεταβλητού γεωμετρικού σχήματος». Η τεχνική αυτή δίνει τη δυνατότητα στα υπερηχητικά αεροπλάνα να μεταβάλλουν, ανάλογα με την ταχύτητα πτήσης, τη γωνία ανάμεσα στις πτέρυγες. Έτσι, από μια μεγάλη σχετικά γωνία για τις υποηχητικές ταχύτητες φτάνουμε στο σχήμα πτερύγων «Δέλτα» στις υπερηχητικές ταχύτητες. Χαρακτηριστικοί τύποι αεροπλάνων με αυτή την τεχνική είναι το F-111, αμερικανικής κατασκευής, και το Μιράζ V, σημαντικό γαλλικό επίτευγμα.
Η φέρουσα επιφάνεια των πτερύγων στα πρώτα χρόνια του αεροπλάνου κατασκευαζόταν από αδιάβροχο ύφασμα, προσαρμοσμένο σε ελαφρύ και ανθεκτικό σκελετό. Η αύξηση των ταχυτήτων και η περισσότερο προσεγμένη γεωμετρική κατασκευή των πτερύγων έκανε αναγκαία την αντικατάσταση του υφάσματος από μεταλλικά ελάσματα.
Η κατανομή της πτέρυγας σε σχέση με τη «γωνία προσβολής» είναι ο βασικός παράγοντας που εξασφαλίζει την ανύψωση και την ισορροπημένη κίνηση του αεροπλάνου. Απαραίτητα συμπληρώματα των κυρίως πτερύγων είναι: α) Τα πτερύγια κλίσης, που πρώτος εισήγαγε ο Μπλεριό το 1909 και επιτρέπουν τη διόρθωση της κλίσης του αεροπλάνου προς τα πλάγια, και β) τα πτερύγια καμπυλότητας, που συντελούν στην αύξηση της αντίστασης και επιτρέπουν την προσγείωση και απογείωση με μικρότερη ταχύτητα.
Ουραίο σύστημα πτερύγων. Αποτελείται βασικά από μια δεύτερη, πολύ μικρότερη, πτέρυγα σε παράλληλη θέση ως προς την πρώτη, με βασικό σκοπό την εξασφάλιση της οριζόντιας ευστάθειας, και από ένα κατακόρυφο επίπεδο που εξασφαλίζει την εγκάρσια σταθερότητα. Ο εφοδιασμός του συστήματος αυτού με κινητά πηδάλια επιτρέπει την οριζόντια και κατακόρυφη ρύθμιση της κίνησης.
Σύστημα προσγείωσης. Είναι το σύστημα των ελαστικών τροχών, οι οποίοι ανασύρονται κατά τη διάρκεια της πτήσης με υδραυλικό σύστημα, ώστε να μη δημιουργούν πρόσθετη μετωπική επιφάνεια και ανωμαλία στο γενικό αεροδυναμικό σχήμα του αεροπλάνου. Οι τροχοί είναι εφοδιασμένοι με αμορτισέρ για την απορρόφηση των βίαιων κραδασμών και με φρένα για την ανακοπή της ταχύτητας προσγείωσης στους διαδρόμους των αεροδρομίων. Ειδικά, για τα αεροπλάνα που χρησιμοποιούνται στα αεροπλανοφόρα το σύστημα προσγείωσης συμπληρώνεται από μια ειδική μεταλλική αρπάγη, η οποία αγκιστρώνεται στο συρματόσχοινο του καταστρώματος κατά τη στιγμή της προσγείωσης.
Σύστημα προώθησης. Διακρίνουμε δύο βασικούς τύπους συστημάτων προώθησης. Ο πρώτος τύπος χρησιμοποιεί έλικες, ενώ ο δεύτερος χρησιμοποιεί στροβιλοαντιδραστήρες. Υπάρχει επίσης ένας ενδιάμεσος τύπος, που είναι συνδυασμός έλικα και τουρμπίνας. Το σύστημα με αεριώθηση πλεονεκτεί και τα σύγχρονα αεροπλάνα χρησιμοποιούν αυτόν τον τύπο προώθησης. Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τύποι κινητήρων αυτής της μορφής: οι κινητήρες στροβιλοαντίδρασης, οι κινητήρες συνεχούς ροής, οι κινητήρες διαλείπουσας ροής και οι πύραυλοι. Χαρακτηριστικά πλεονεκτήματα των συστημάτων προώθησης με στροβιλοαντιδραστήρες είναι η μεγάλη ταχύτητα, η απρόσκοπτη λειτουργία σε μεγάλα ύψη, η ομαλή κίνηση χωρίς κραδασμούς, ενώ ως μειονεκτήματα μπορεί κανείς να αναφέρει τη μικρή απόδοση στις μικρές ταχύτητες και τη μεγάλη κατανάλωση καυσίμων.
Ο πρώτος και ο δεύτερος πιλότος ενός κοινού αεριωθούμενου πρέπει να παρακολουθούν στις πρώτες φάσεις της απογείωσης, στις τελευταίες της προσγείωσης, καθώς και σε όλη τη διάρκεια της πτήσης εκατοντάδες όργανα και χειριστήρια. Μπροστά σε κάθε πηδάλιο βρίσκονται τα κυριότερα όργανα πτήσης. Υπάρχουν τέσσερις βασικές κατηγορίες οργάνων: 1) Όργανα ελέγχου του συστήματος προώθησης: στροφόμετρα, δείκτες πίεσης και θερμοκρασίας λιπαντικών, δείκτες πίεσης καυσίμων, ενδείκτες πέδησης. 2) Όργανα αεροναυτιλίας: δείκτης ορίζοντα, γυροσκοπική πυξίδα, σόναρ, ραντάρ κ.ά. 3) Όργανα ελέγχου θέσης και χειρισμών: δείκτης ταχύτητας σχετικά με τον αέρα, δείκτης υψομέτρου, δείκτης ταχύτητας ανύψωσης κ.ά. 4) Όργανα απόλυτης ειδίκευσης, όπως το όργανο στίγματος που δείχνει τη θέση της προβολής του αεροπλάνου επάνω στο έδαφος.
Τα όργανα ελέγχου ανάμεσα στον πρώτο και το δεύτερο πιλότο είναι για τους κινητήρες. Η λειτουργία καθενός από τους κινητήρες παρακολουθείται σε μια κατακόρυφη στήλη οργάνων, με βάση την αρχή του ανθρώπινου παράγοντα ότι τα όργανα που σχετίζονται μεταξύ τους λειτουργικά πρέπει να τοποθετούνται μαζί. Για την αποφυγή τραγικών λαθών και για την απόλυτη συνεργασία του πιλότου και της μηχανής του αεροπλάνου χρησιμοποιούνται διεθνώς ορισμένοι τρόποι τοποθέτησης των οργάνων ελέγχου και των χειριστηρίων. Τα έξι πιο σημαντικά όργανα τοποθετούνται στην ίδια θέση σε όλους τους τύπους των αεροπλάνων, μπροστά στον πιλότο. Με μια τυποποιημένη διάταξη 32 καντράν παρακολούθησης της λειτουργίας των μηχανών δείχνουν «ώρα 9» στις φυσιολογικές συνθήκες απογείωσης, ώστε να είναι δυνατός ο ταυτόχρονος έλεγχος όλων των οργάνων. Το σύστημα των χειριστηρίων διαφοροποιείται, ώστε το καθένα από αυτά να αναγνωρίζεται εύκολα με την αφή.
Στα σύγχρονα αεροπλάνα όλα τα στοιχεία της πτήσης, καθώς και οι ασυρματικές συνομιλίες των πιλότων με τους πύργους ελέγχου των αεροδρομίων από τα οποία περνάει το αεροπλάνο, καταγράφονται σε ειδική διάταξη, η οποία λέγεται «μαύρο κουτί» και χρησιμεύει ως μηχανικός μάρτυρας στις περιπτώσεις βλαβών ή ατυχημάτων.
Οι περισσότερες από τις ανθρώπινες δραστηριότητες βρήκαν στο αεροπλάνο το ταχύτερο μέσο διεκπεραίωσης. Το αεροπλάνο κατά τα τελευταία χρόνια έγινε ο εκφραστής της ταχύτατης προόδου αλλά και ο φορέας της μαζικής καταστροφής, όταν χρησιμοποιείται για πολεμικούς σκοπούς.
Τα σύγχρονα επιβατικά αεροπλάνα διακρίνονται για την τεχνική τους τελειότητα, την ασφάλεια πτήσης και τη δυνατότητα εξυπηρέτησης του επιβάτη κατά τη διάρκεια του ταξιδιού. Οι κυριότεροι από τους τύπους των μεταφορικών επιβατικών αεροπλάνων που χρησιμοποιήθηκαν στο δεύτερο μισό του 20ού αιώνα είναι: Ντάγκλας DC-4, «Σκαϊμάστερ», Ντάγκλας DC-6, Λόκχιντ «Κονστελέισον», Μπόιγκ 707, Μπόιγκ 727, Μπόιγκ 737, Μπόιγκ 747, Μπόιγκ 767, AIRBUS A-30, Κόμετ, Ντάγκλας DC-8, Κονβέρ «Σκάιλαμπ», Τουπόλεφ Τu-104, Βίκερς «Βαϊκάουντ» και «Βάγκαρντ», Λόκχιντ «Ελέκτρα», Καραβέλα κ.ά.
Στην κατηγορία των επιβατικών μεταφορικών αεροπλάνων αξίζει να αναφερθεί το δημιούργημα της αγγλογαλλικής συνεργασίας «Κονκόρντ», υπερηχητικό, που στη βασική του μορφή πετά με ταχύτητα 2,05 Μαχ, έχει πτέρυγες σε σχήμα «δέλτα» και μπορεί να κινηθεί χωρίς ανεφοδιασμό σε πορεία 6.400 χλμ. Μεταφέρει 100 επιβάτες. Η χρήση του όμως κρίθηκε τελικά ασύμφορη και έτσι το 2003 σταμάτησαν οι πτήσεις του. Από την πλευρά της τότε Σοβιετικής Ένωσης, το υπερηχητικό TU-144 αντιστοιχoύσε, σε ό,τι αφορά τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τις δυνατότητες, στο αγγλογαλλικό Κονκόρντ.
Αντίστοιχο, αμερικανικής κατασκευής πρότυπο αεροπλάνο, δημιούργημα της εταιρείας Μπόιγκ, είναι το SST, το οποίο μπορεί να μεταφέρει 300 επιβάτες από Ν. Υόρκη στο Παρίσι σε λιγότερο από 3 ώρες. Tο «Τζάμπο-Τζετ», Μπόιγκ 747, εξυπηρετεί τις περισσότερες διατλαντικές γραμμές και μεταφέρει 342 επιβάτες με άνεση και ταχύτητα.
Αεροπλανοφόρο, το. Πολεμικό σκάφος ειδικής κατασκευής για τη μεταφορά πολεμικών, συνήθως, αεροσκαφών και τη λειτουργία του ως αεροδρομίου. Έχει το ανώτερο κατάστρωμά του διασκευασμένο έτσι, ώστε να αποτελεί πεδίο προσνήωσης ή απονήωσης των αεροσκαφών.
Απονήωση και προσνήωση αεροσκαφών: Κατά την απονήωση το αεροπλανοφόρο στρέφεται προς τη διεύθυνση του ανέμου και ταυτόχρονα πλέει ολοταχώς για να δημιουργείται σχετικός άνεμος, ο οποίος αυξάνει την άνωση. Το αεροσκάφος απονηώνεται με τη βοήθεια ενός ειδικού μηχανήματος, που λέγεται «καταπέλτης» και είναι συνήθως ατμοκίνητος. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιείται στα αεροπλανοφόρα των ΗΠΑ, Γαλλίας, Αγγλίας, Ολλανδίας.
Κατά την προσνήωση το αεροσκάφος προσεγγίζει από την πρύμνη, ενώ το αεροπλανοφόρο είναι, όπως και κατά την απονήωση, στραμμένο προς τη διεύθυνση του ανέμου, και κατά την τελική φάση καθοδηγείται από ειδικό ελεγκτή πτήσεων (μπάτμαν). Αυτός, όταν διαπιστώσει ότι το σύστημα προσνήωσης του αεροσκάφους (άγκιστρο και πτερύγια καμπυλότητας) είναι κατεβασμένο, επιτρέπει στο χειριστή να προσνηωθεί καθοδηγώντας τον με σύστημα των βραχιόνων του. Ο χειριστής, όσο πλησιάζει στο αεροπλανοφόρο, ελαττώνει τις στροφές του κινητήρα, ώσπου να ακουμπήσουν οι τροχοί του αεροσκάφους στο κατάστρωμα. Αμέσως μετά το άγκιστρο, που υπάρχει στο πίσω μέρος του αεροσκάφους, αγκιστρώνεται σε συρματόσχοινο, με αποτέλεσμα να ακινητοποιηθεί εντελώς. Εάν σπάσουν τα συρματόσχοινα, στο τέλος του καταστρώματος υπάρχει πρόσθετο δικτυωτό, όπου τελικά το αεροσκάφος ακινητοποιείται. Γενικά οι προσνηώσεις είναι πιο δύσκολες από τις απονηώσεις. Τα αεροσκάφη σταθμεύουν και συντηρούνται σε υπόστεγα, που βρίσκονται κάτω από το κατάστρωμα. Η άνοδος και η κάθοδός τους στα υπόστεγα γίνεται με τεράστιους ανελκυστήρες.
Τα αεροπλανοφόρα έχουν όλα τα μέσα και τις υπηρεσίες που διαθέτει ένα αεροδρόμιο ξηράς, είναι δηλαδή πλωτά αεροδρόμια. Κινούνται με τη χρήση της πυρηνικής ενέργειας και είναι εξοπλισμένα με σύγχρονα συστήματα αντιαεροπορικής άμυνας και ηλεκτρονικού πολέμου και συνοδεύονται πάντοτε από άλλα σκάφη, όπως φρεγάτες αντιτορπιλικά, πυραυλοφόρες κορβέτες κ.ά.
Αεροσκαφών μαχητικών, συστήματα. Σύστημα Lantirn. Σύστημα νυκτερινής ναυτιλίας και σκόπευσης, αμερικανικής προέλευσης, που εφοδιάζει τα υπερσύγχρονα μαχητικά F-15 και F-16. Το σύστημα αποτελείται από δύο ατρακτίδια, τα οποία τοποθετούνται κάτω από την άτρακτο του αεροσκάφους.
Σύστημα Harm Targeting. Το Hts (Harm Targeting System) χρησιμοποιείται για την αποκάλυψη εχθρικών συστημάτων αεράμυνας και στη συνέχεια προσβολή αυτών με πυραύλους αντι-ραντάρ, τύπου Harm (Highspeed anti radiation missile). Το σύστημα αυτό αποτελείται από έναν παθητικό δέκτη που αποκαλύπτει εκπομπές από ραντάρ αεράμυνας, έγκαιρης προειδοποίησης ή οπλικών συστημάτων, και δίνει στο πιλοτήριο οπτικές ενδείξεις στον κυβερνήτη του αεροσκάφους. Όταν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που προέρχεται από ένα ραντάρ, προσπέσει στις κεραίες του συστήματος, γίνεται η επεξεργασία της από υπολογιστή και στη συνέχεια υπολογίζεται η διόπτευση και η απόσταση του πομπού καθώς και ο συγκεκριμένος τύπος του. Ο πιλότος παρακολουθώντας τις ενδείξεις αυτές εγκλωβίζει το εχθρικό ραντάρ και εξαπολύει εναντίον του πύραυλο τύπου Harm που κατευθύνεται μόνος του ακολουθώντας την εκπεμπόμενη ακτινοβολία.
Αδρανειακό σύστημα INS (Inertial Navigation System). Όλα τα σύγχρονα αεροσκάφη, πολιτικά και στρατιωτικά, είναι εφοδιασμένα με αδρανειακά συστήματα, τα οποία χρησιμοποιούνται για την ασφαλή και με ακρίβεια κατεύθυνσή τους. Το αδρανειακό σύστημα αποτελείται από μια διάταξη γυροσκοπίων, τα οποία πριν από κάθε πτήση ευθυγραμμίζονται με βάση μια συγκεκριμένη θέση στο χώρο, συνήθως την πίστα του αεροδρομίου όπου βρίσκεται σταθμευμένο το αεροπλάνο, και στη συνέχεια παρέχουν στο αεροσκάφος ακριβείς πληροφορίες θέσης σε όλη την φάση της πτήσης.
Όπως κάθε σύστημα, έχει κι αυτό τις ανοχές του και τα σφάλματά του, τα οποία όμως με την εξέλιξη της τεχνολογίας έχουν περιοριστεί στο ελάχιστο. Το αδρανειακό σύστημα έχει τη δυνατότητα ευθυγράμμισης και διόρθωσης κατά την πτήση με την επέμβαση του κυβερνήτη του αεροσκάφους ή αυτόματα, εφόσον διατίθεται σύστημα δορυφορικού εντοπισμού θέσης GPS, που συνεργάζεται με το αδρανειακό.
Τα σύγχρονα αδρανειακά συστήματα ναυτιλίας έχουν τη δυνατότητα να διαθέτουν ολόκληρη βιβλιοθήκη με προτοποθετημένους προορισμούς και σε συνεργασία με τους εξελιγμένους αυτόματους πιλότους κατευθύνουν με ακρίβεια και χωρίς να απαιτείται παρέμβαση του κυβερνήτη, το αεροσκάφος από τη μια άκρη του πλανήτη στην άλλη.
Σύστημα ελέγχου πτήσης. Στα πρώτα αεροσκάφη που κατασκευάστηκαν στις αρχές του 20ού αιώνα τα πηδάλια ήταν πλήρως μηχανικά, δηλαδή το χειριστήριο του αεροπλάνου συνδεόταν με τις επιφάνειες ελέγχου (πηδάλια ύψους - βάθους, κλίσης) με συρματόσχοινα, πράγμα που καθιστούσε πολύ δύσκολο το χειρισμό από τον πιλότο. Με την εξέλιξη της αεροναυπηγικής προστέθηκε η υδραυλική υποβοήθηση και τα αντισταθμιστικά πηδάλια, που έκαναν εύκολη υπόθεση την πλοήγηση από τον ιπτάμενο.
Τα σύγχρονα αεροσκάφη είναι εφοδιασμένα με συστήματα ελέγχου πτήσης τύπου fly by wire, που στην κυριολεξία σημαίνει ότι δεν υπάρχουν πλέον συρματόσχοινα αλλά καλώδια, τα οποία συνδέουν τα πηδάλια με τον υπολογιστή ελέγχου πτήσης και η κίνηση του χειριστηρίου από τον πιλότο μεταφράζεται σε ηλεκτρικό σήμα που, μέσω του υπολογιστή, δίνει την κίνηση στις επιφάνειες ελέγχου. Είναι χαρακτηριστικό ότι στα αεροσκάφη F-16 το χειριστήριο δε μετακινείται παρά κατά 1/4 της ίντσας και η πίεση που ασκεί ο κυβερνήτης του αεροσκάφους πάνω του μεταφράζεται σε κίνηση των πηδαλίων.
Τα σύγχρονα συστήματα ελέγχου πτήσης παρέχουν μεγαλύτερη ασφάλεια, είναι περισσότερο αξιόπιστα και διαθέτουν πολλά εφεδρικά συστήματα. Η κίνηση βέβαια των επιφανειών ελέγχου γίνεται πάντα με υδραυλική υποβοήθηση.
Σύστημα ανεφοδιασμού στον αέρα. Εφοδιάζει κυρίως μαχητικά αεροσκάφη, με σκοπό την αύξηση της εμβέλειάς τους και του χρόνου παραμονής τους σε πτήση.
Ο τρόπος με τον οποίο γίνεται ο ανεφοδιασμός εξαρτάται από την αντίστοιχη υποδοχή που διαθέτει το αεροσκάφος προς ανεφοδιασμό. Συνήθως διαθέτει ένα σωλήνα ανεφοδιασμού στο ρύγχος, που είτε είναι σε μόνιμη βάση εκτεταμένος είτε εκτείνεται με παρέμβαση του κυβερνήτη, όταν πρόκειται να γίνει ανεφοδιασμός. Σε αυτή την περίπτωση ο πιλότος κατευθύνει το σωλήνα αυτόν στην υποδοχή που κρέμεται στο πίσω μέρος του ιπτάμενου τάνκερ.
Υπάρχει και μία δεύτερη περίπτωση, όπου το αεροσκάφος προς ανεφοδιασμό διαθέτει θυρίδα ανεφοδιασμού στο πάνω μέρος της ατράκτου. Στην περίπτωση αυτή ο κυβερνήτης σταθεροποιεί το αεροσκάφος σε συγκεκριμένη απόσταση από το τάνκερ και τότε αναλαμβάνει το ειδικευμένο προσωπικό, που βρίσκεται στο πίσω μέρος του τάνκερ, να κατευθύνει τον ειδικό σωλήνα στη θυρίδα.
Η όλη διαδικασία απαιτεί χρόνο περίπου πέντε λεπτών και απαιτεί ειδική εκπαίδευση από τα πληρώματα των αεροσκαφών. Για μια σύγχρονη πολεμική αεροπορία τα αεροσκάφη ανεφοδιασμού στον αέρα θεωρούνται πολλαπλασιαστές ισχύος, γιατί εξασφαλίζουν μεγάλη αύξηση της ακτίνας δράσης των μαχητικών.
Συστήματα νυκτερινής όρασης. Οι στρατιωτικές εφαρμογές που προκύπτουν από την εκμετάλλευση του φάσματος της υπέρυθρης ακτινοβολίας διαρκώς πληθαίνουν. Μια πολύ σημαντική εφαρμογή είναι και τα συστήματα νυκτερινής όρασης, που μπορεί να χρησιμοποιηθούν εκτός από τις επίγειες δυνάμεις και από τα πληρώματα των μαχητικών αεροσκαφών.
Η νυκτερινή όραση με τη μορφή της υπέρυθρης εικόνας παρέχεται στον ιπτάμενο μέσα από τις ειδικές διόπτρες που προσαρμόζονται πάνω στην κάσκα και ζυγίζουν ελάχιστα σε βάρος. Είναι τελείως αυτόνομο σύστημα, λειτουργεί με μπαταρία ειδικών προδιαγραφών και η μόνη απαίτηση είναι να υπάρχει ειδικός εσωτερικός και εξωτερικός φωτισμός στο αεροσκάφος, για να μπορεί να αποδώσει τα μέγιστα. Οι περιορισμοί του είναι αυτοί που έχουν σχέση με το υπέρυθρο φάσμα, ο καιρός και ιδιαίτερα η υγρασία της ατμόσφαιρας.
Αερόστατο, το. Μεγάλη αεροστεγής πτητική συσκευή, που γεμίζει με αέρια ελαφρύτερα από τον ατμοσφαιρικό αέρα (ζεστό αέρα, υδρογόνο, ήλιο) και μπορεί έτσι να υψώνεται στην ατμόσφαιρα.
Η ιδέα της κατασκευής μιας συσκευής ελαφρύτερης από τον αέρα που να μπορεί να «πετάξει» είναι αρκετά παλιά. Άρχισε να διατυπώνεται, θεωρητικά βέβαια, από τα τελευταία χρόνια του μεσαίωνα, για να συνεχίσει να καλλιεργείται και στα νεότερα χρόνια. Ήταν όμως οι Γάλλοι αδελφοί Ετιέν και Ζοζέφ Μογκολφιέ που κατόρθωσαν να υψώσουν, στις 5 Ιουνίου 1783 στην πόλη Ανονέ, το πρώτο αερόστατο, μια μεγάλη σφαίρα από ύφασμα γεμισμένη με καπνό από φωτιά, δηλαδή με θερμό αέρα. Το πείραμά τους το επανέλαβαν με επιτυχία στις 19 Σεπτεμβρίου του ίδιου χρόνου με μια «μογκολφιέρα», όπως ονομάστηκαν προς τιμή τους τα πρώτα εκείνα μπαλόνια-αερόστατα, γεμισμένη με υδρογόνο. Σ' ένα κλουβί που κρεμόταν από κάτω είχαν κλείσει ένα πρόβατο, έναν πετεινό και μια πάπια. Το αερόστατο έμεινε στον αέρα 8 περίπου λεπτά και έπεσε μετά στη γη, χωρίς οι «επιβάτες» του να πάθουν κάτι σοβαρό.
Γρήγορα έφτασε και η σειρά του ανθρώπου. Στις 21 Νοεμβρίου του 1783 δύο τολμηροί και ενθουσιώδεις Γάλλοι, ο Πιλάτρ ντε Ροζιέ και ο μαρκήσιος ντ' Αρλάντ, υψώθηκαν με ένα αερόστατο πάνω από το Παρίσι και εκτέλεσαν μια πτήση που είχε διάρκεια 25 λεπτών και διάνυσε μια απόσταση 3.000 περίπου μέτρων. Έτσι, οι δύο αυτοί άνθρωποι έγιναν οι πρώτοι «αεροναύτες» της ιστορίας. Λίγες μέρες μετά, στις αρχές Δεκεμβρίου του 1783, ακολούθησε η πτήση δύο επιστημόνων, του φυσικού Ζ. Σαρλ και του χημικού Ρομπέρ, που υψώθηκαν μ' ένα αερόστατο γεμισμένο με υδρογόνο.
Ακολούθησαν και άλλες τολμηρότερες πτήσεις και στις 7 Ιανουαρίου του 1785 πέρασαν με αερόστατο πάνω από τη Μάγχη οι Π. Μπλανσάρ και Τ. Τζέφρις. Λίγο αργότερα όμως καταγράφηκαν και τα πρώτα θύματα της αεροπλοΐας: ο πρωτοπόρος «αεροναύτης» Πιλάτρ ντε Ροζιέ και ο συνεπιβάτης του Α. Ρομέν σκοτώθηκαν, όταν το αερόστατο στο οποίο επέβαιναν έπιασε φωτιά και κατέπεσε στο έδαφος. Τον Οκτώβριο του 1794, τέλος, ιδρύθηκε στο Μεντάν, προάστιο του Παρισιού, η πρώτη σχολή αερόστατων.
Τα αερόστατα χρησιμοποιήθηκαν από νωρίς για επιστημονικές και ιδιαίτερα για μετεωρολογικές παρατηρήσεις στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Χρησιμοποιήθηκαν ακόμη και για πολεμικούς σκοπούς, όπως στον εμφύλιο αμερικανικό πόλεμο (1861-1865) ως παρατηρητήρια, ενώ κατά την πολιορκία του Παρισιού από τους Πρώσους το 1870 οι Παρισινοί έστελναν μηνύματα με αερόστατα και μ' αυτά κατόρθωσαν να απομακρυνθούν από την πόλη ηγετικά πολιτικά στελέχη, όπως ο Λέων Γαμβέτας, για να συνεχίσουν τον αγώνα από ελεύθερες περιοχές.
Τα πρώτα εκείνα αερόστατα αποτελούνταν από δύο βασικά τμήματα: τη σφαίρα, που γέμιζε με ελαφρύ αέριο και υψωνόταν, και το καλάθι, που ήταν προσαρτημένο από κάτω και μέσα στο οποίο βρίσκονταν οι επιβάτες και τα απαραίτητα όργανα. Το σοβαρό μειονέκτημά τους ήταν ότι τα πήγαινε όπου ήθελε ο αέρας, τη διεύθυνση και την ένταση του οποίου έπρεπε να υπολογίζουν πολύ οι πρώτοι αεροναύτες.
Σήμερα, παρά την ύπαρξη των μετεωρολογικών δυρυφόρων και των άλλων προηγμένων τεχνολογικά μέσων παρατήρησης, τα αερόστατα εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται για επιστημονικούς και μετεωρολογικούς σκοπούς. Τα επανδρωμένα αερόστατα αυτής της κατηγορίας έχουν φτάσει στο ανώτερο ύψος των 34.668 μέτρων (Αμερικανοί Πράδερ και Ρος, 1961), ενώ μετεωρολογικά αερόστατα που μεταφέρουν μόνο όργανα παρατήρησης έχουν φτάσει σε ύψος μεγαλύτερο των 40.000 μέτρων, στην ανώτερη στρατόσφαιρα. Αερόστατα χρησιμοποιούνται, τέλος, για ψυχαγωγικούς και για διαφημιστικούς σκοπούς.
Αιτιοκρατικό σύστημα. Οποιοδήποτε σύστημα, του οποίου την κίνηση μπορούμε να προβλέψουμε με απόλυτη ακρίβεια, όταν γνωρίζουμε τις κατάλληλες αρχικές συνθήκες. Σε ένα μηχανικό σύστημα, όπου ισχύουν οι νόμοι του Νεύτωνα, κάθε κίνηση μπορεί να προβλεφθεί, όπως ακριβώς συμβαίνει σε ένα μηχανικό ρολόι, το οποίο από τη στιγμή που θα κουρδιστεί και αρχίσει να λειτουργεί, δουλεύει με εντελώς προκαθορισμένο τρόπο. Τα τελευταία χρόνια του 20ού αιώνα άρχισε η μελέτη δυναμικών συστημάτων που είναι αιτιοκρατικά αλλά έχουν όμως μη προβλέψιμη συμπεριφορά (χαοτική). Ένα χαρακτηριστικό του «χάους» στα μηχανικά συστήματα είναι η ευαισθησία που παρουσιάζουν στις αρχικές συνθήκες (βλ. λ. χάος).

No comments:

Post a Comment