Ponieważ w kwietniu były egzaminy do gimnazjum i liceum to wykorzystaliśmy te dni wolne od szkoły i polecieliśmy do Aten. Dla naszych dzieci była to pierwsza podróż samolotem. Wzbudziła ona w nich wiele emocji i pojawiło się mnóstwo pytań. Jedno z nich zadane przez Maćka przedstawię i odpowiem na nie bo sama byłam nim zaskoczona.

• Dlaczego drzwi i okna w samolotach są okrągłe lub owalne, a nie kwadratowe?
• Czy wiecie, że kiedyś w samolotach były kwadratowe okna i drzwi?
• W jak prosty sposób można wytłumaczyć i pokazać zjawiska, które doprowadziły do katastrof samolotów w przeszłości, a które powstały w wyniku złego kształtu okien?

Zapewne lecąc samolotem nieraz podziwialiście piękne widoki. Można się było nimi napawać godzinami. Jednak małe okienka w samolocie bardzo w tym przeszkadzały drastycznie ograniczając widoczność. I pewnie czasami zadaliście sobie pytanie, tak jak i Maciek mnie, dlaczego w samolocie są tak małe okna. Przecież to bardzo przeszkadza w podziwianiu Ziemi i nieba z dużej wysokości, gdzie jest przepiękny widok z bardzo szerokim i dalekim horyzontem. Większe okna byłyby znacznie wygodniejsze.

Być może również jak zobaczyliście samolot to zastanowiliście się dlaczego w samolocie są okrągłe okna i drzwi, a nie prostokątne? Przecież okna w samochodach są duże i mają różne kształty, które jednak przypominają prostokąty.

Za fakt, że samolot może latać odpowiada czysta fizyka, tak samo za dobór odpowiedniego kształtu i wielkości okien również odpowiadają zjawiska fizyczne, a nie estetyczne.

Czy wiecie, że kiedyś w samolotach były kwadratowe okna i drzwi?

Wszystko zaczęło się jeszcze w latach 50-tych, kiedy dynamicznie zaczął się rozwijać transport lotniczy. Samoloty wtedy zaczęły przechodzić gwałtowną ewolucję pod względem ich wielkości, prędkości latania i wysokości na której latały. Wraz z takim rozwojem samolotów pojawiły się nowe problemy związane z bezpieczeństwem pasażerów. Przy większych prędkościach samolotów i na większych wysokościach zaczęły działać dużo większe siły nacisku na kadłub samolotu. W tamtych czasach samoloty miały duże kwadratowe okna i drzwi. To właśnie kwadratowe okna okazały się powodem kilku katastrof lotniczych w latach 50-tych.

Rozpoczęto więc gorączkowe badania nad tym co było przyczyną tych tajemniczych wypadków lotniczych. W toku tych badań okazało się, że przyczyna leży w kształcie i wielkości okien. Okazało się również, że kształt kadłuba powinien być cylindryczny ponieważ taki kształt gwarantuje najlepsze równomierne rozprowadzanie się ciśnienia. Zauważono również, że 70% obciążenia jakie musi wytrzymać kadłub samolotu w czasie lotu koncentrowało się właśnie na kwadratowych oknach z ostrymi krawędziami.

W trakcie intensywnych badań stwierdzono, że duże okna z ostrymi krawędziami bardzo osłabiają konstrukcję samolotu. Dlatego w wyniku zmian podyktowanych bezpieczeństwem pasażerów drastycznie zmniejszono wielkość okien tak aby stanowiły one jak najmniejszą powierzchnię w kadłubie samolotu. W trakcie tych badań wykryto również, że kwadratowe narożniki w oknach  też niebezpiecznie osłabiają konstrukcję kadłuba. Dzieje się tak ponieważ największe przeciążenia koncentrują się w kwadratowych, ostro zakończonych narożnikach okien, które powodują pęknięcia i rozszczelnienia kabiny.

Dlaczego okna i drzwi w samolotach są okrągłe lub owalne, a nie są kwadratowe?

Okazało się, że dużo większe przeciążenia pojawiają się kiedy zakończenia mają kąty proste lub ostre natomiast dużo mniejsze naprężenia występują gdy kształty są okrągłe lub obłe. Przy owalnych krawędziach okien przeciążenia równomiernie rozkładają się na całej powierzchni i nie koncentrują się w jednym miejscu. Dlatego teraz w samolotach wszystkie otwory są okrągłe.

W konsekwencji tych zmian mamy teraz w samolotach bardzo małe, owalne i bez ostrych krawędzi okienka. Niestety przez tak malutkie okienka trudno się patrzy i robi zdjęcia pięknym widokom w czasie lotu ale bezpieczeństwo pasażerów jest najważniejsze.

Gdzie jeszcze stosuje się okrągłe i małe okna? Co to jest bulaj i dlaczego bulaj jest okrągły?

Bulaj jest to małe i okrągłe okienko zamontowane na statku lub w batyskafie. Na statkach bulaje zamontowane są przy linii wodnej czyli tam gdzie woda dochodzi i zaczyna zalewać okno lub jest całe pod wodą. Tak samo jak i w samolotach tutaj jest to podyktowane wytrzymałością na naprężenia. W tym przypadku bulaj musi wytrzymać nieraz duże ciśnienie wody jakie ona wywiera na niego. Aby równomiernie się rozchodziły naprężenia wynikające z przepływu oraz dużego ciśnienia wody i nie dochodziło do pęknięć i rozszczelnień poszycia kadłuba statku lub batyskafu kształt bulaja musi być okrągły.

W jakim eksperymencie można wytłumaczyć i pokazać zjawiska, które doprowadziły do katastrof samolotów w przeszłości?

Zjawisko związane z przeciążeniami powstającymi na ostrych krawędziach można zaobserwować wykonując odpowiedni eksperyment. Najlepiej to zrobić mając folię samoprzylepną. Należy wyciąć z niej dwie figury, prostokąt i owal i przykleić je na czymś bardzo gładkim np. na szybie. Po pewnym czasie możemy zaobserwować, że pod wpływem zmieniających się warunków atmosferycznych takich jak ciśnienie, wilgotność, temperatura itp. folia z ostrymi krawędziami zaczyna pękać na rogach, a folia z owalnymi krawędziami nadal trzyma się bardzo dobrze.

Można też to zjawisko zaobserwować patrząc na znaki drogowe, ogłoszenia czy reklamy. Zwróćcie uwagę, że tam gdzie są naklejone litery lub kształty rysunków z ostrymi krawędziami to zaczynają one pękać, a tam gdzie mają zaokrąglone końce nie pękają.

Jeśli ktoś nie będzie miał folii samoprzylepnej to może ją zastąpić np. naklejkami w kształcie kwadratu i koła. Można też wykorzystać większe naklejki z literami O i np. K lub W. Naklejki w kształcie koła lub literka O będą się trzymać, a kwadrat lub trójkąt oraz litera K lub W zaczną pękać na rogach.

Jeśli ten wpis był dla Ciebie ciekawy to daj znać. Jest to dla mnie ważne i motywujące do kolejnych wpisów. 🙂