Energia

Trăsnete în Oradea

La nivelul actual de cunoştinţe şi dezvoltare tehnologică, se consideră că universul care ne înconjoară există sub două forme: de substanţă (materie) şi câmp de forţe. Materia este caracterizată prin două mărimi fundamentale: masa şi energia. Masa este măsura inerţiei şi a gravitaţiei, iar energia este măsura scalară a mişcării materiei. Cuvântul energie are o răspândire foarte largă, dar, cu toate acestea, conţinutul concret al noţiunii nu este la fel de răspândit sau riguros analizat, datorită îndeosebi unor particularităţi mai subtile, caracteristice anumitor forme de transfer energetic. Cea mai generală definiţie, prezintă energia ca măsură a mişcării materiei. Această formulare, deşi corectă, prezintă inconvenientul unei exprimări mai puţin explicite, având în vedere diversitatea mare a formelor de mişcare a materiei.
Energia defineşte calitatea schimbărilor şi proceselor care au loc în univers, începând cu deplasarea în spaţiu şi terminând cu gândirea. Unitatea şi legătura formelor de mişcare a materiei, capacitatea lor de transformare reciprocă a permis măsurarea diferitelor forme ale materiei printr-o măsură comună: energia.
Energia este unul dintre cele mai importante concepte fizice descoperite de om. Înţelegerea corectă a noţiunii de energie constituie a condiţie necesară pentru analiza sistemelor energetice şi a proceselor energetice.

 Definiţii

Din punct de vedere ştiinţific, energia este o mărime care indică capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic când trece printr-o transformare din starea sa într-o altă stare aleasă ca stare de referinţă.^[1] Energia este o funcţie de stare.
Când un sistem fizic trece printr-o transformare, din starea sa în starea de referinţă, rămân în natură schimbări cu privire la poziţia sa relativă şi la proprietăţile sistemelor fizice din exteriorul lui, adică:

• schimbarea poziţiei, vitezei,
• schimbarea stării termice,
• schimbarea stării electrice, magnetice,

atât ale lui cât şi ale sistemelor din exteriorul său. Efectele asupra sistemelor externe se numesc acţiunile externe ale sistemului în cursul transformării.
Dacă acţiunile sunt exclusiv sub forma efectuării de lucru mecanic, acesta este echivalentul în lucru mecanic al acţiunilor externe. Suma echivalenţilor în lucru mecanic al tuturor acţiunilor externe care se produc când un sistem fizic trece, prin transformare, dintr-o stare dată într-o stare de referinţă este energia totală a sistemului fizic în starea dată faţă de cea de referinţă şi reflectă capacitatea sistemului de a produce lucru mecanic.
Conform legii conservării energiei, diferenţa de energie a unui sistem fizic la o transformare între două stări este independentă de calea de transformare dintre cele două stări, ea depinzând numai de cele două stări. Alegând arbitrar valoarea energiei de referinţă, energia din orice altă stare are o valoare bine determinată. Ca urmare, energia este o funcţie de starea sistemului fizic pe care o caracterizează, adică este o funcţie de potenţial. În funcţie de starea de referinţă, energia poate fi pozitivă, negativă sau nulă.
Se numeşte formă de energie fiecare termen aditiv din cea mai generală expresie a energiei totale a sistemelor fizice, care depinde exclusiv de o anumită clasă de mărimi de stare (de exemplu: mărimi mecanice, electrice, magnetice etc.).
Lucrul mecanic nu este o formă de energie, deoarece nu caracterizează sistemele fizice, ci transformările lor, respectiv interacţiunea dintre sistemele fizice în cursul transformării lor.
Căldura schimbată de un corp cu exteriorul de asemenea. nu este o formă de energie. Căldura nefiind o energie, nu se poate defini o căldură conţinută de un corp, ci doar una schimbată cu exteriorul.
Conform relaţiei dintre masă şi energie, oricărei forme de energie a unui sistem fizic îi corespunde o masă inertă a sistemului, conform relaţiei lui Einstein:

unde m este masa sistemului, iar c este viteza luminii în vid. De subliniat că masa nu este o energie, ci o mărime asociată acesteia.
Partea din energia totală a unui sistem fizic în a cărei expresie intervin dintre mărimile din cinematică doar cele care caracterizează configuraţia geometrică a corpurilor din sistem se numeşte energie potenţială. Energia potenţială depinde numai de poziţia relativă a corpurilor din sistem şi faţă de sistemele din exterior. Energia potenţială poate fi sub diferite forme: de deformare, elastică, gravitaţională, electrică etc.
Partea din energia totală a unui sistem fizic care depinde exclusiv de mărimile de stare interne se numeşte energie internă. În fizica clasică se presupune că energia internă a sistemelor fizice este susceptibilă de variaţie continuă.

 Definiţia formală din mecanică şi termodinamică

Formal, energia definită în fizica clasică, în mecanică, respectiv în termodinamică, este starea unui sistem fizic oarecare de a efectua lucru mecanic între două poziţii diferite ale respectivului sistem fizic în spaţiu. Folosind notaţiile comune în fizică, se poate scrie:

Adică lucrul mecanic (L) efectuat de un sistem oarecare este dat de integrala produsului dintre forţa (F) cu care sistemul fizic acţionează pe elementul de distanţă, care aici este reprezentat infinitezimal ca o diferenţială (ds).
La nivel integral, deoarece forţa şi deplasarea sunt mărimi vectoriale, expresia energiei ca lucrul mecanic efectuat de un sistem fizic ce acţionează cu o anumită forţă, pe o anumită distanţă, este un produs scalar a doi vectori, vectorul forţă şi vectorul deplasare.

unde prin notaţiile: |F| şi |s| se înţeleg scalarii respectivi, adică valorile numerice ale respectivelor mărimi fizice.

 Unităţi de măsură

Energia se măsoară în SI în Jouli J. Se poate scrie:
< E > = < L > = < F > x < s > = 1 N x 1 m = 1 kg x 1m x s^-2 x 1 m = 1 kg x 1m² x 1s^-2 = 1 J
Deci, 1 J este în termeni de mărimi fizice fundamentale: 1 kg x 1 m² x 1 s^-2.
Dimensional, relaţia de mai sus devine:
[ E ] = M x L ⁺² x T ^-2
Conversii în alte sisteme de unităţi:

• MKfS: 1 J = 1 / 9,80665 kgfm
• CGS: 1 J = 10⁷ erg

 Conservarea energiei

Pentru detalii, vezi: Legea conservării energiei.

Una dintre proprietăţile energiei este conservarea sa, ca parte a materiei, cu cele două forme de existenţă ale sale, substanţa şi câmpul. Prima dată o lege de coservare a fost formulată în 1778 de către Antoine Lavoisier în lucrarea Considérations Générales sur la Nature des Acides (română Consideraţii generale asupra naturii acizilor) sub forma: „În natură, nimic nu se pierde, nimic nu se câştigă, totul se transformă.”
Exemple de conservare: conservarea energiei unui pendul, conservarea energiei în cazul unei maşini termice, conservarea energiei în cazul unei explozii chimice sau nucleare etc.
Această constatare, a conservării totale a materiei, a avut nevoie de un timp îndelungat şi de mulţi gânditori, filozofi şi oameni de ştiinţă pentru a ajunge în forma sintetică cunoscută azi ca Legea conservării materiei.

 Diferite folosiri ale termenului „energie”

 Aspecte lingvistice

În sensul comun de folosire, cuvântul „energie” este un substantiv feminin, având singular şi plural (o energie, două energii). Semnificaţia cuvântului poate fi:

• forţă, vigoare, putere, tărie, capacitate de a acţiona; sau
• fermitate, decizie, hotărâre în acţiunile întreprinse.

În sensul folosit în fizică (ştiinţă, tehnică şi tehnologie), termenul este un substantiv feminin, defectiv de plural, la singular fără articolul nehotărât o. Pentru plural, se recomandă expresia forme de transfer energetic şi nu forme de energie, folosită des, dar incorect.

 Forme

În funcţie de diferite criterii, se vorbeşte despre diverse forme de transfer energetic.
Din punct de vedere al sistemul fizic căruia îi aparţine, există (exemple):

• energie hidraulică, care, la rândul ei, poate proveni din energia potenţială a căderilor de apă şi mareelor, sau din energia cinetică a valurilor;
• energie nucleară, care provine din energia nucleelor şi din care o parte poate fi eliberată prin fisiunea sau fuziunea lor;
• energie de zăcământ, care este energia internă a gazelor sub presiune acumulate deasupra zăcămintelor de ţiţei;
• energie chimică, care este dat de potenţialul electric al legăturii dintre atomii moleculelor,
• energie de deformaţie elastică, care este energia potenţială datorită atracţiei dintre atomi;
• energie gravitaţională, care este energia potenţială în câmp gravitaţional.

După sursa de provenienţă, poate fi: energie stelară, solară, a combustibililor, hidraulică, eoliană, geotermală, nucleară.
După faptul că urmează sau nu un ciclu se clasifică în:

• energie neregenerabilă, care este energia obţinută resurse epuizabile, cum sunt considerate combustibilii fosili şi cei nucleari;
• energie regenerabilă, prin care se înţelege energia obţinută de la Soare, energie considerată inepuizabilă, sub formă de energie electrică (conversie directă), termică (încălzire directă), hidraulică, eoliană, sau cea provenită din biomasă.

După modul de manifestare a energiei se vorbeşte despre energie mecanică, energie electrică, energie luminoasă.
După purtătorul de energie se vorbeşte de energie termică.

 Conversii

Diferitele forme de energie se pot converti unele în altele.

Exemple de cum se pot converti diferitele forme de energie

Din -> în	Mecanică	Termică	Electrică	Radiaţie electromagnetică	Chimică	Nucleară
Mecanică	Pârghie	Frâna cu frecare	Generator electric	Sincrotron	Reacţie chimică endotermă	Accelerator de particule
Termică	Turbină cu abur	Schimbător de căldură	Termocuplu	Corp incandescent	Furnal	Supernovă
Electrică	Motor electric	Rezistenţă electrică	Transformator electric	Diodă luminiscentă	Electroliză	Sincrotron
Radiaţie electromagnetică	Velă solară	Panou solar termic	Panou solar	Optică neliniară	Fotosinteză	Spectroscopie Mössbauer
Chimică	Muşchi	Ardere	Pilă de combustie	Licurici	Reacţie chimică
Nucleară	Radiaţie alfa	Soare	Radiaţie beta	Radiaţie Gama		Izomerie nucleară

Fotografia

Serie de articole despre Fotografie

Toate articolele Istoria fotografiei Genuri şi discipline Fotografia bazată pe argint Fotografia digitală Tehnica fotografică Aparate fotografice

Termenul de fotografie are o triplă semnificaţie în vorbirea curentă:

• este tehnica care poate crea imagini sub acţiunea luminii;
• este o imagine obţinută prin această tehnică;
• este o ramură a artei grafice care foloseşte această tehnică.                
  Cuvântul fotografie are originea de la două cuvinte provenite din limba greacă: fotos (φotoς) care se traduce ca lumină, evident (în cazul nostru se foloseşte termenul de lumină) şi graphy (γραφειν) care se traduce ca lumină, desen, scris. Literalmente se poate traduce prin a picta cu lumină. In vorbirea curentă pe scurt se foloseşte termenul de imagine
  
  
  
  
  Istoric
  
  

  

  Aparate foto
  Cele trei fenomene necesare obţinerii imaginilor fotografice sunt cunoscute de mult timp:
  
• Încă de pe vremea lui Aristotel s-a ştiut cum se poate pune realitatea într-o cutie: este suficient să facem o gaură într-o cutie închisă ca să apară o imagine reală inversată pe fondul interior al cutiei. Se obţine astfel o aşa-numită cameră obscură.
• Pe de altă parte, alchimiştii ştiau că lumina înnegreşte clorura de argint.
• A treia contribuţie a venit din partea lui John Herschel, care în 1819 a descris proprietăţiile hiposulfitului de sodiu, care va deveni "fixatorul" fotografiei.

Prima experienţă foto a lui Niepce

Joseph Nicéphore Niépce, un mic fizician din provincie, a folosit toate aceste trei proceduri pentru a fixa o imagine pe o plăcă metalică cu depunere de halogenură de argint (1829). Rezultatul a avut o calitate medie. Niepce a murit în 1833, dar invenţia sa a fost recuperată de către Jacques Mandé Daguerre. De aceea, data oficială a invenţiei fotografiei este 1839, când Daguerre a prezentat invenţia numită de el "daghereotip", care este o simplă ameliorare a descoperirii făcute de Niepce. Proprietar al invenţiei a devenit statul francez. Graţie daghereotipiei se obţine o matriţă a mediului pe o placă metalică tratată cu o substanţă fotosensibilă , după o expunere de "doar" 8 ore (când cerul este complet senin). Copierea se făcea prin presarea matriţei pe suportul de hârtie, ca şi la orice tipărire a ziarelor. Această expunere lentă aduce cu sine câteva probleme: străzile Parisului, chiar şi la o oră de vârf, apar în întregime goale. Tehnica va avansa însă rapid, noua invenţie făcând să apară şi o nouă meserie, aceea de fotograf, căutată în special de ziarele vremii. În anul 1848, Felix Tournachon, cunoscut mai bine sub numele Félix Nadar, realizează prima fotografie aeriană, fotografiind Parisul din nacela unui aerostat (balon). Dacă la început negativul (cunoscut şi sub numele de "clişeu") se realiza pe o placă de cristal, pentru a nu avea deformări, placă foarte casabilă şi care cerea o manipulare deosebită, prin dezvoltarea artei fotografice a apărut necesitatea unui suport fotosensibil mai uşor de manipulat decât cristalul.

Roll film

George Eastman reuşeşte în anul 1884 să realizeze primul negativ flexibil, pe un suport de nitroceluloză, cunoscut sub denumirea de "roll film", uşor de manipulat, incasabil şi cu aceleaşi proprietăţi fotografice ca şi ale plăcii de cristal. Totodată, volumul şi greutatea aparatului de fotografiat se micşorează considerabil, transportarea lui nemaifiind o problemă.

 Evoluţie

În decursul timpului fotografia a evoluat foarte mult. Progresele au urmat trei direcţii principale:

• reducera duratei de expunere / mărirea sensibilităţii filmului sau a plăcii;
• mărirea stabilităţii imprimării;
• simplificarea aplicării tehnicilor de fotografiat, datorită apariţiei:
  • aparatelor de fotografiat din ce în ce mai mici şi mai ieftine
  • substanţelor chimice de developare şi stabilizare a peliculei sensibile negative sau a suportului de carton pentru pozitive gata preparate de laboratoare specializate.

 Fotografia color

Fotografie color prin sistemul "autochrom"

Ideea de fotografie color a circulat încă de la apariţia invenţiei. Primele experimente fotografice în culoare nu au avut succes, astfel de exemplu nu s-a putut împiedica decolorarea fotografiilor. Prima fotografie cu culori permanente a fost făcută în 1861 de fizicianul James Clerk Maxwell. Primul sistem color, Autochrome Lumière, a apărut pe piaţă la 17 decembrie 1903. Acesta era un sistem de fotografie color transparentă. Fotografierea se făcea pe trei plăci fotografice alb/negru cu substanţe cromatice sensibile numai la culorile roşu, verde şi albastru. Apoi cele trei fotografii transparente rezultante se suprapuneau, dând o fotografie color transparentă. Pelicula color de tip Kodachrome a apărut în 1935 şi s-a bazat pe emulsii tricromatice. Majoritatea peliculelor color moderne, cu excepţia "Kodachrome", se bazează pe o tehnologie dezvoltată de compania germană Agfa în 1936. Fotografia instantanee cunoscută sub numele de Polaroid a apărut în anul 1948, fiind pusă la punct de dr. Edwin Land, la început în alb/negru, iar din 1962 în culori.

Fotografia digitală

Fotografierea tradiţională a fost dificilă pentru fotografii ce lucrau departe de sediu (precum corespondenţii de presă din străinătate), fără acces la facilităţi de procesare şi transmitere. Pentru a ţine pasul cu popularitatea crescândă a televiziunii, aceştia au făcut tot posibilul pentru a trimite imaginile lor la ziar cât mai repede. Fotojurnaliştii trimişi în locaţii distante trebuiau să îşi ia cu ei un mini-laborator foto şi un aparat pentru cuplarea la liniile de transmitere a imaginilor. În 1990, compania Kodak a prezentat publicului DCS 100, primul aparat de fotografiat digital disponibil în comerţ. Preţul său ridicat indica o utilizare numai în fotojurnalism şi aplicaţii profesionale, dar încetul cu încetul şi ramura digitală a fotografiei a devenit disponibilă în comerţ. În decurs de 10 ani aparatele de fotografiat digitale au devenit articole de consum uzuale. La ora actuală, răspândirea lor pe glob a depăşit de mult predecesorul lor tradiţional, deoarece preţul componentelor electronice scade permanent iar simultan se îmbunătăţeşte şi calitatea imaginilor digitale. În ianuarie 2004 Kodak a anunţat că nu va mai produce aparate foto reîncărcabile cu film de 35 mm începând de la finalul anului. Totuşi, şi fotografia "udă" va continua să existe, atâta timp cât artişti fotografici talentaţi şi unii amatori vor dori să profite de posibilităţile ei multiple.              

Examinari cu radiatii X si Y

Controlul radiografic consta in expunerea portiunii de examinat, sau a unei parti din ea, la un fascicol de raze X sau Gamma, in masura sa redea „imaginea interna” a unui obiect, fara a-l distruge. Imaginea este fixata in mod permanent pe o pelicula radiografica, exploatand proprietatile razelor X si Gamma: propagare rectilinie, putere de penetrare in materie, capacitate de a impresiona o emulsie sensibila.
Aceasta metoda permite vizualizarea interiorului unui obiect examinat, permitand o evaluare volumetrica a defectelor gasite, printre care: porozitati, cute, incluziuni, sufluri, fisuri, sedimente, ramasite, lipsa de penetrare, cavitati, lipsa aliere.

Aplicabilitate: pe toate tipurile de materiale, fonta, oteluri carbon, otel inox, aluminiu sau aliaje usoare, ceramica, plastic, etc.
Produse controlate: suduri, laminate, trefilate, topite, produse tubulare sau racorduri, profile de tuburi izolante, table metalice, produse prelucrate, instalatii sub presiune (cazane in centrale termice, conducte termomecanice, recipienti, etc.) precum si celelalte confectii executate (conducte si magistrale gaz), etc.

Avantaje:
- permite evidentierea defectelor interne si externe ale materialului controlat
- inregistrarea sub forma de pelicula radiografica, care permite o evaluare nu legata doar de abilitatea operatorului, ci si conservarea in timp.
Dezavantaje:
- imposibilitatea utilizarii pe materiale opace la radiatii sau cu geometrii particulare
- razele X si Gamma necesita precautii adecvate, pentru a nu cauza daune persoanelor datorita periculozitatii radiatiilor.

Radiatia

• Radiaţia, (din fr. radiation), este fenomenul fizic de emitere şi propagare de unde (radiaţie ondulatorie) sau de corpusculi (radiaţie corpusculară). Orice radiaţie implică un transport de energie

          Radiaţia solară este radiaţia electromagnetică emisă de Soare având lungimi de undă din întregul spectru al undelor electromagnetice.
Trecând prin atmosfera Pământului, o parte a radiaţiei solare este absorbită, încălzind aerul, o altă parte este împrăştiată de moleculele aerului, vaporii de apă, pulberile din atmosferă (constituind radiaţia solară difuză), dar cea mai mare parte ajunge pe suprafaţa Pamântului (constituind radiaţia solară directă).
Intensitatea radiaţiei solare este cantitatea de radiaţie solară, ce cade pe o anumită suprafaţă terestră în decursul unei perioade de timp şi se determină cu ajutorul pirheliometrelor şi a radiometrelor.
Spectrul şi intensitatea radiaţiei solare difuze depind de natura particulelor întâlnite. Când atmosfera este curată sunt împrăştiate îndeosebi radiaţiile cu lungimi de undă mici, ceea ce explică albastrul cerului.
Intensitatea radiaţiei solare directe depinde de starea atmosferei şi de poziţia pe glob, având variaţii zilnice şi anuale în funcţie de mişcarea globului terestru, aceasta fiind cauza modificărilor de temperatură de la zi la noapte şi de la un anotimp la altul.
          Radiaţia cosmică, numită şi „radiaţie cosmică de fond”, este radiaţia de natură corpusculară provenită direct din spaţiul cosmic („radiaţie cosmică primară”) sau din interacţiunile acesteia cu particulele din atmosferă („radiaţie cosmică secundară”). La radiaţia cosmică nu este vorba deci de un câmp electromagnetic, şi nici măcar de fascicule sau raze de particole elementare, ci de particole individuale. Radiaţia cosmică străbate atmosfera Pământului şi ajunge la suprafaţa sa; intensitatea ei variază mult cu altitudinea.
Radiaţia cosmică primară este formată îndeosebi din protoni şi din alte nuclee atomice, lipsite complet de învelişul electronic, precum şi din alte particule, şi are ca origine procesele interstelare, unde particulele dobândesc energii uriaşe (până la 10 ¹⁹ megaelectronvolţi).
                Radiaţia beta (β) este un tip de radiaţie, în urma căreia sunt emise particule beta. În dependenţă de particulele beta emise, radiaţiile beta se clasifică în radiaţii β+ (emisie de pozitroni) şi radiaţii β- (emisie de electroni). Acestea penetrează materialul solid pe o distanţă mai mare decât particulele alfa. În cadrul experimentelor, acestea sunt deviate în câmpuri electrice în sens opus deviaţiei radiaţiilor alfa. Acest fapt demonstrează că fluxul de particule β emise sunt constituite din electroni.
               Radiaţia alfa (α): la trecerea prin substanţă, suferă 3 tipuri de interacţii: ciocnire, frânare în câmp electric şi captura de către nucleu. Probabilitatea cea mai mare o are ciocnirea. În urma ciocnirii unei particule alfa cu un atom se poate produce o excitare a acestuia, urmare a ridicării unui electron pe un nivel superior de energie. Câmpul electric al particulei alfa în mişcare acţionează asupra electronilor orbitali; la revenirea electronilor pe nivelele fundamentale atomii vor emite radiaţii Röentgen electromagnetice (caracteristica, x). Tot prin interacţia cu păturile electronice ale atomului, radiaţiile α pot produce smulgerea unor e^- din atomii respectivi. În acest fel, atomul rămâne încărcat pozitiv; fenomenul poartă numele de ionizare. De multe ori, electronii smulşi se pot ataşa unor atomi neutri, care devin ioni negativi (în ansamblu, la un act de ionizare se produc o pereche de ioni). Dacă e^- smulşi pot genera la rândul lor ionizari, ei constituie radiaţie delta. Franarea în câmp electric a radiaţiei α înseamnă interacţii succesive, în urma cărora particulele pierd energie până când, sub o anumita limită, nu mai pot produce ionizari. În acest stadiu, particulele α captează 2 electroni din mediu şi se transformă în atomi de He (Heliu).
              Radiaţia termică este radiaţia electromagnetică emisă de toate corpurile aflate în stare condensată, la temperaturi mai mari de zero absolut. Ea este generată de agitaţia termică a constituenţilor substanţei (atomi, electroni, ioni) care sunt în acelaşi timp purtători de sarcini electrice. Legile lui Kirchhoff descriu proprietăţile macroscopice ale interacţiei radiaţiei termice cu substanţa.
Pentru descrierea lor un rol central îl joacă radiaţia emisă de un corp perfect absorbant (corp negru). Spectrul radiaţiei termice a corpului negru depinde numai de temperatura lui. Interpretarea teoretică a emisiei corpului negru de către Max Planck în 1901 reprezintă începutul mecanicii cuantice.
Radiaţia termică cuprinde toate frecvenţele, însă - pentru o temperatură dată - atinge o intensitate maximă la o anumită lungime de undă. Când temperatura creşte de la 3 K până la 7000 K, lungimea de undă pentru care se atinge maximul emisiei scade de la c. 1000 μm la ca. 0,4 μm (după legea de deplasare a lui Wien). La temperaturi obişnuite, centrul de greutate al spectrului radiaţiei termice se află în domeniul infraroşu; acesta se deplasează către lungimi de undă mici pe măsură ce temperatura corpului creşte. Emisia devine vizibilă pe la 600 °C.
Radiaţia termică nu este polarizată (fiind produsă de sarcini electrice accelerate "haotic").
                Undele electromagnetice sau radiaţia electromagnetică sunt fenomene fizice în general naturale, care constau dintr-un câmp electric şi unul magnetic în acelaşi spaţiu, şi care se generează unul pe altul pe măsură ce se propagă.

Laserul

Exemplu de montaj optic cu laser. Razele laser sunt vizibile în primul rînd datorită împrăştierii luminii pe particulele de praf din aer.

Un exemplu de laser microscopic (sus) şi unul gigantic (jos).

Un laser reglat pe lungimea de undă din galben a sodiului, folosit pentru a excita atomii de sodiu din păturile superioare ale atmosferei.

Un laser cu heliu-neon. Segmentul luminos din centru nu este raza laser, ci tubul de descărcare; pe ecranul din dreapta se poate observa punctul luminos produs de fascicului laser.

Laserul este un dispozitiv optic care generează un fascicul coerent de lumină. Fasciculele laser au mai multe proprietăţi care le diferenţiază de lumina incoerentă produsă de exemplu de Soare sau de becul cu incandescenţă:

• monocromaticitate — un spectru în general foarte îngust de lungimi de undă;
• direcţionalitate — proprietatea de a se propaga pe distanţe mari cu o divergenţă foarte mică şi, ca urmare, capacitatea de a fi focalizate pe o arie foarte mică;
• intensitate — unii laseri sînt suficient de puternici pentru a fi folosiţi la tăierea metalelor.

La origine termenul laser este acronimul LASER format în limba engleză de la denumirea light amplification by stimulated emission of radiation (amplificare a luminii prin stimularea emisiunii radiaţiei), denumire construită pe modelul termenului maser care înseamnă un dispozitiv similar, funcţionând în domeniul microundelor.
În limba română forma de plural recomandată de dicţionare este lasere; cercetătorii implicaţi în acest domeniu preferă însă pluralul laseri.^[1]

Principiile de funcţionare ale laserului au fost enunţate în 1916 de Albert Einstein, printr-o evaluare a consecinţelor legii radiaţiei a lui Max Planck şi introducerea conceptelor de emisie spontană şi emisie stimulată. Aceste rezultate teoretice au fost uitate însă pînă după cel de-al doilea război mondial.
În 1953 fizicianul american Charles Townes şi, independent, Nikolai Basov şi Aleksandr Prohorov din Uniunea Sovietică au reuşit să producă primul maser, un dispozitiv asemănător cu laserul, dar care emite microunde în loc de radiaţie laser, rezultat pentru care cei trei au fost răsplătiţi cu Premiul Nobel pentru Fizică în 1964.
Primul laser funcţional a fost construit de Theodore Maiman în 1960 şi avea ca mediu activ un cristal sintetic de rubin pompat cu pulsuri de flash.
Primul laser cu gaz a fost construit de fizicianul iranian Ali Javan în 1960 folosind un amestec de heliu şi neon, care producea un fascicul cu lungimea de undă de 1,15 μm (infraroşul apropiat), spre deosebire de laserii actuali cu He-Ne care emit în general în domeniul vizibil, la 633 nm.

 Primul laser românesc

România a fost a patra ţară din lume în care s-au realizat laseri,^{[necesită citare]} în urma unor cercetări întreprinse de un colectiv condus de Ion I. Agârbiceanu (fiul scriitorului Ion Agârbiceanu). Rezultatul lor a fost raportat în 1961.

Principiul funcţionării laserului

Laserul este un dispozitiv complex ce utilizează un mediu activ laser, ce poate fi solid, lichid sau gazos, şi o cavitate optică rezonantă. Mediul activ, cu o compoziţie şi parametri determinaţi, primeşte energie din exterior prin ceea ce se numeşte pompare. Pomparea se poate realiza electric sau optic, folosind o sursă de lumină (flash, alt laser etc.) şi duce la excitarea atomilor din mediul activ, adică aducerea unora din electronii din atomii mediului pe niveluri de energie superioare. Faţă de un mediu aflat în echilibru termic, acest mediu pompat ajunge să aibă mai mulţi electroni pe stările de energie superioare, fenomen numit inversie de populaţie. Un fascicul de lumină care trece prin acest mediu activat va fi amplificat prin dezexcitarea stimulată a atomilor, proces în care un foton care interacţionează cu un atom excitat determină emisia unui nou foton, de aceeaşi direcţie, lungime de undă, fază şi stare de polarizare. Astfel este posibil ca pornind de la un singur foton, generat prin emisie spontană, să se obţină un fascicul cu un număr imens de fotoni, toţi avînd aceleaşi caracteristici cu fotonul iniţial. Acest fapt determină caracteristica de coerenţă a fasciculelor laser.
Rolul cavităţii optice rezonante, formată de obicei din două oglinzi concave aflate la capetele mediului activ, este acela de a selecta fotonii generaţi pe o anumită direcţie (axa optică a cavităţii) şi de a-i recircula numai pe aceştia de cît mai multe ori prin mediul activ. Trecerea fotonilor prin mediul activ are ca efect dezexcitarea atomilor şi deci micşorarea factorului de amplificare optică a mediului. Se ajunge astfel la un echilibru activ, în care numărul atomilor excitaţi prin pompare este egal cu numărul atomilor dezexcitaţi prin emisie stimulată, punct în care laserul ajunge la o intensitate constantă. Avînd în vedere că în mediul activ şi în cavitatea optică există pierderi prin absorbţie, reflexie parţială, împrăştiere, difracţie, există un nivel minim, de prag, al energiei care trebuie furnizată mediului activ pentru a se obţine efectul laser.
În funcţie de tipul mediului activ şi de modul în care se realizează pomparea acestuia laserul poate funcţiona în undă continuă sau în impulsuri. Primul maser şi primul laser funcţionau în regim de impulsuri.

 Caracteristicile fascicolului laser

 Intensitate

Simbolul „Pericol de radiaţie laser”.

În funcţie de tipul de laser şi de aplicaţia pentru care a fost construit, puterea transportată de fascicul poate fi foarte diferită. Astfel, dacă diodele laser folosite pentru citirea discurilor compacte este de ordinul a numai 5 mW, laserii cu CO₂ folosiţi în aplicaţii industriale de tăiere a metalelor pot avea în mod curent între 100 W şi 6000 W. În mod experimental sau pentru aplicaţii speciale unii laseri ajung la puteri mult mai mari; cea mai mare putere raportată a fost în 1996 de 1,25 PW (petawatt, 10¹⁵ W).

 Monocromaticitate

Majoritatea laserilor au un spectru de emisie foarte îngust, ca urmare a modului lor de funcţionare, în care numărul mic de fotoni iniţiali este multiplicat prin „copiere” exactă, producînd un număr mare de fotoni identici. În anumite cazuri spectrul este atît de îngust (lungimea de undă este atît de bine determinată) încît fasciculul îşi păstrează relaţia de fază pe distanţe imense. Aceasta permite folosirea laserilor în metrologie pentru măsurarea distanţelor cu o precizie extrem de bună, prin interferometrie. Aceeaşi calitate permite folosirea acestor laseri în holografie.

 Direcţionalitate

În timp ce lumina unei surse obişnuite (bec cu incandescenţă, tub fluorescent, lumina de la Soare) cu greu poate fi transformată într-un fascicul paralel cu ajutorul unor sisteme optice de colimare, lumina laser este în general emisă de la bun început sub forma unui fascicul paralel. Aceasta se explică prin acţiunea cavităţii optice rezonante de a selecta fotonii care se propagă paralel cu axa cavităţii. Astfel, în timp ce un reflector obişnuit de lumină, orientat de pe Pămînt spre Lună, luminează pe suprafaţa Lunii o suprafaţă de aproximativ 27.000 km în diametru, fasciculul unui laser nepretenţios cu heliu-neon luminează pe Lună o suprafaţă cu diametrul mai mic de 2 km. Folosind laseri mai performanţi şi avînd la dispoziţie pe suprafaţa Lunii retroreflectoare (colţuri de cub, care reflectă lumina incidentă pe aceeaşi direcţie) a fost posibilă determinarea cu foarte mare precizie a distanţei de la Pămînt la Lună.

 Măsuri de securitate

Pentru protecţia muncii, cei care folosesc laseri trebuie să ştie întotdeauna cu ce tip de laser au de a face. Din punctul de vedere al pericolului pe care îl reprezintă fasciculul laser asupra omului (în principal retina şi pielea), laserii sînt clasificaţi în patru clase. În prezent clasificarea laserilor nu se face la fel în toate ţările, dar se fac pregătiri pentru ca aceste clase să fie definite la fel la nivel internaţional. Lucrul cu laseri periculoşi impune folosirea de ochelari de protecţie, care absorb radiaţia luminoasă la lungimea de undă a laserului folosit şi permit vederea în celelalte regiuni ale spectrului.
Clasa I este specifică echipamentelor industriale care au zona de acţionare a fascicolului laser acoperită în totalitate, deci nu există posibilitatea apariţiei unor reflexii nedorite. Această clasă de laseri este cea mai sigură şi nu necesită din partea operatorilor umani care deservesc echipamentul laser să poarte echipament de protecţie optică (ochelari speciali sau mască).
Clasa II
Clasa IIIa
Clasa IIIb
Clasa IV - sunt laseri care nu sunt prevăzuţi cu nici o formă de protecţie optică, fiind echipamente care pot fi uşor adaptate oricărui tip de prelucrări industriale. Identificarea unor astfel de echipamente laser se poate reliza privind eticheta lipită pe camera rezonantă pe care este inscripţionat cuvântul OEM, alături de care se regăseşte cuvântul CLASS IV.

 Utilizare

• Metrologie
• Holografie
• Geologie, seismologie şi fizica atmosferei
• Spectroscopie
• Fotochimie
• Fuziune nucleară
• Microscopie
• Aplicaţii militare
• Medicină: bisturiu cu laser, înlăturarea tatuajelor, stomatologie, oftalmologie, acupunctură
• Industrie şi comerţ: prelucrări de metale si materiale textile, cititoare de coduri de bare, imprimare
• Aplicatii industriale: sudarea cu laser, tăierea cu laser, gravarea cu laser, marcare cu laser, crestarea cu laser, sinterizarea selectivă cu laser, sinterizarea prin scânteie cu laser.
• Comunicaţii prin fibră optică
• Înregistrarea şi redarea CD-urilor şi DVD-urilor

Avionul

Avion lung-curier de mare capacitate Boeing 777-200LR

Avionul este o aerodină prevăzută cu o suprafaţă portantă fixă ce asigură sustentaţia datorită vitezei de deplasare. Viteza de deplasare poate fi asigurată fie de acţiunea unor grupuri motopropulsoare, fie de acţiunea unei componente a greutăţii (în cazul zborului de coborâre sau al zborului fără motor).^[1]

Forţele care acţionează asupra unui avion în zbor

Apărute la începutul secolului XX, primele avioane cereau mult curaj şi îndemânare pentru a le pilota. În acea vreme, ele nu erau nici rapide, nici încăpătoare. Primul zbor cu aeroplanul a fost realizat în 1903, de către fraţii Orville şi Wilbur Wright. Louis Bleriot a fost primul pilot care a traversat Canalul Mânecii, în 1909. Charles Lindbergh a realizat prima traversare a Atlanticului, singur şi fără escală, în 1927. În 1933, Wiley Post a fost primul pilot de avion care a făcut singur turul lumii. A parcurs 25 000 km în 7 zile, 18 ore şi 49 de minute.

 Aerodinamica avionului

Asupra unei aeronave aflate în zbor acţionează patru forţe care trebuie să se afle în echilibru. O forţă în general poate fi interpretată ca o tragere sau o împingere asupra unui obiect într-o anumită direcţie.

 Greutatea

Greutatea este o forţă orientată întotdeauna spre centrul pământului. Ea este direct proporţională cu masa avionului şi depinde de încărcarea sa. Deşi este distribuită asupra întregului aparat, ne putem imagina că ea este colectată şi acţionează asupra unui singur punct, numit centrul de greutate. În zbor, deşi aeronava se roteşte în jurul centrului de greutate, orientarea greutăţii rămâne tot spre centrul pământului. În timpul zborului greutatea scade constant datorită consumării combustibilului din rezervoare. Distribuţia greutăţii şi centrul de greutate se pot şi ele schimba, de aceea pilotul trebuie să ajusteze constant comenzile pentru a ţine avionul în echilibru.

 Tracţiunea

Tracţiunea este asigurată de sistemul de propulsie. Valoarea tracţiunii depinde de mai mulţi factori asociaţi sistemului de propulsie: tipul motorului, numărul de motoare, comanda motorului, viteza şi înălţimea de zbor. În figura alăturată, cele două motoare ale avionului sunt dispuse sub aripi şi orientate paralel cu fuzelajul, deci tracţiunea va acţiona pe linia central longitudinală a fuzelajului. La unele avioane (de exemplu Hawker-Siddeley Harrier|Harrier direcţia tracţiunii poate varia în funcţie de evoluţia pe care o execută. De exemplu la decolare ea este orientată la un anumit unghi faţă de axa longitudinală a avionului, pentru a "ajuta" avionul să decoleze .Însă, la avioanele turboreactoare, deşi gazele de ardere sunt evacuate în direcţie opusă direcţiei de zbor, acest lucru face ca avionul să fie "împins" înainte, pe principiul acţiune <-> reacţiune descris de Newton: oricărei forţe de acţiune i se opune o forţă egală şi de sens contrar, numită reacţiune.

 Rezistenţa la înaintare

Rezistenţa la înaintare (la mişcare) este forţa aerodinamică care se opune oricărui corp ce se deplasează într-un fluid. Mărimea acestei forţe este influenţată de mai mulţi factori: forma aeronavei, densitatea şi compoziţia aerului, viteza. Direcţia acestei forţe este întotdeauna opusă direcţiei de zbor şi putem considera că ea "se concentrează" într-un singur punct numit centru de presiune.

 Portanţa

Portanţă este forţa care ţine avionul în aer şi trebuie înţeleasă în raport cu celelalte trei. Ea poate fi generată de orice parte a aeronavei, dar la un avion obişnuit portanţa este datorată în special aripii şi în particular formei specifice în secţiune a aripii. Portanţa este o forţă aerodinamică datorată "trecerii" unui obiect printr-un fluid. Ea acţionează asupra centrului de presiune şi este definită ca fiind perpendiculară pe direcţia de curgere a fluidului.
Teoriile despre generarea forţei portante au devenit surse de controverse şi subiect de discuţii aprinse. Deşi explicaţia exactă şi completă este destul de dificil de înţeles fără aparatul matematic adecvat, acest articol încearcă să expună principiile ei.

Curgerea în jurul unui profil aerodinamic

Schimbarea direcţiei sau vitezei unei curgeri de fluid generează o forţă. Mai exact, portanţa apare atunci când curgerea unui fluid este "întoarsă" de către un obiect solid. Când curgerea este deviată într-o anumită direcţie, portanţa apare în direcţia opusă, în concordanţă cu principiul acţiunii şi reacţiunii al lui Newton. Dat fiind că aerul este un fluid, moleculele sunt libere în mişcare şi orice suprafaţă solidă poate devia curgerea. Pentru o secţiune de aripă – numită profil aerodinamic – ambele sale suprafeţe, de sus – extrados şi respectiv de jos – intrados contribuie la întoarcerea curgerii. Luând în considerare doar una dintre suprafeţe, ajungem la o teorie incorectă a portanţei, de aceea ele se abordează împreună.
Când două obiecte solide interacţionează într-un proces mecanic, forţele sunt transmise sau aplicate într-un „punct de contact”. Dar când un corp solid interacţionează cu un fluid, lucrurile sunt mult mai greu de descris, datorită faptului că fluidul îşi schimbă forma. Pentru un solid care este imersat într-un fluid, punctul de contact este orice punct de pe suprafaţa solidului. Deci avem de a face cu o forţă distribuită, adică cu o presiune.
Valoarea unei forţei care acţionează asupra unei suprafeţe este egală cu presiunea înmulţită cu aria suprafeţei respective. Presiunea este o unitate scalară legată de distribuţia de presiunii din fluid. O forţă este o unitate vectorială, care are valoare şi direcţie, trebuie deci determinată direcţia forţei. Presiunea acţionează perpendicular sau normal pe suprafaţa unui corp solid, deci direcţia forţei pe o suprafaţă foarte mică a obiectului este normală la suprafaţă. Direcţia normală se schimbă de-a lungul profilului deoarece acesta are o suprafaţă curbată. Pentru a obţine forţa mecanică netă peste întregul profil trebuie adunate contribuţiile componentelor tuturor suprafeţelor mici ale obiectului. Este important de ştiut faptul că dacă presiunea pe o suprafaţă închisă este constantă, atunci nu există nici o forţă rezultantă, deoarece suma tuturor forţelor mici pe direcţiile normale dă valoarea zero. (Pentru fiecare mică suprafaţă, există o altă mică suprafaţă a cărei normală este orientată în exact direcţia opusă normalei primei suprafeţe.)

Câmpul de presiuni în jurul unui profil aerodinamic

Pe un corp aflat într-un fluid în mişcare, viteza va avea valori diferite în puncte diferite de-a lungul suprafeţei închise a corpului. Presiunea locală (dată de acele suprafeţe forte mici de care vorbeam) fiind în relaţie directă cu viteza locală, rezultă de asemenea că ea va varia de-a lungul suprafeţei închise. Însumând toate presiunile locale normale şi înmulţind apoi cu suprafaţa exterioară totală a corpului va rezulta o forţă. Componenta acestei forţe perpendiculară pe direcţia de curgere a fluidului este numită forţa portantă, iar componenta de-a lungul direcţiei de curgere se numeşte rezistenţa la înaintare. În realitate există o singură forţă, cauzată de variaţia presiunii în jurul suprafeţei corpului sau - vorbind de profile aerodinamice - este cauzată de diferenţa dintre presiunile de pe intradosul şi respectiv extradosul profilului. Forţa aerodinamică acţionează într-un punct determinat de distribuţia presiunilor, punct numit centrul de presiune.
Portanţa este o forţă mecanică, generată de interacţiunea şi contactul dintre un solid şi un fluid. Nu este generată de un câmp de forţe precum greutatea, care este generată de câmpul gravitaţional, unde un corp poate interacţiona asupra altui corp fără a fi în contact fizic propriu-zis. Pentru a avea portanţă, corpul solid trebuie să fie în contact direct cu fluidul. Deci, dacă nu există fluid, nu există nici mişcare.
Pe de altă parte, portanţa este generată de diferenţa de viteză dintre corpul solid şi fluid. Trebuie să existe o mişcare între obiect şi fluid. Deci dacă nu există mişcare, nu se poate vorbi de portanţă. Nu are importantă dacă fluidul este în mişcare şi corpul e static, sau dacă corpul se mişcă în fluid.
Factorii care influenţează portanţa sunt forma şi dimensiunea obiectului, viteza şi direcţia sa principală de mişcare faţă de fluid, densitatea fluidului, compresibilitatea şi viscozitatea sa.

 Părţile componente ale avionului şi manevrarea sa

Forma exterioară a avionului, dimensiunile, motorizarea, organizarea structurală a componentelor sale îi influenţează direct performanţele. Avionul este un aparat complex alcătuit în mod normal din patru subsisteme:

1. structura de rezistenţă
2. sistemul de propulsie
3. echipamentele de bord şi aparatele de comandă a zborului
4. instalaţiile şi mecanizarea aeronavei

În general, un avion este alcătuit din următoarele părţi principale: aripa cu dispozitivele sale de sustentaţie, fuzelajul, ampenajele orizontal şi vertical cu părţile lor mobile, trenul de aterizare şi sistemul de propulsie. Părţile mobile ale avionului sunt: eleroanele, profundorul, direcţia, flapsurile, voleţii, frâna aerodinamică şi compensatoarele.

Structura unui avion civil

Aparatura de bord este alcătuită din: sisteme pentru controlul zborului, sisteme pentru controlul funcţionării motoarelor, sisteme de navigaţie aeriană, aparatură radio/radiolocaţie.
La avioanele militare se adaugă armamentul de bord, instalaţiile de bombardament şi dirijare a rachetelor, blindajul de protecţie, acroşajele şi aparatura adecvată misiunilor de luptă.
Acţionarea comenzilor avionului se realizează prin intermediul instalaţiilor hidraulice şi pneumatice. Esenţiale pentru zborul avionului sunt şi instalaţiile de alimentare cu combustibil şi ulei, instalaţiile electrice, de antigivraj (dezgheţare), sanitară, de izolaţie termică şi fonică, climatizare şi comenzile agregatelor aeronavei, echipamentul de dirijare.
Comanda sistemului de propulsie şi a comenzilor părţilor sale mobile asigură manevrarea aeronavei.
Comanda tracţiunii se realizează prin maneta de gaze care acţionează sistemul de propulsie. Comenzile părţilor mobile sunt asigurate prin manşă, paloniere, flapsuri, frâne, etc. De exemplu, acţionarea manşei înainte şi înapoi implică bracarea profundoarelor în sus şi în jos, fapt care duce la o mişcare a avionului în sus sau în jos. Mişcarea manşei spre stânga sau dreapta acţionează eleroanele de pe aripi, ducând la o mişcare de ruliu (rotaţie) în jurul axei longitudinale. Călcarea palonierelor (pedalelor) spre stânga sau dreapta acţionează direcţia avionului în lateral. Ceea ce trebuie reţinut însă, este că manevrarea aeronavei se face prin acţionarea combinată a diferitelor comenzi.

 Structura avionului

 Aripa

În zborul aerodinamic, bazat pe forţa portantă, cea mai importantă parte a avionului este aripa. Împreună un ampenajele, aripa asigură sustentaţia, stabilitatea şi manevrabilitatea avionului. În general aripa este compusă din structura de rezistenţă, înveliş exterior, rezervoarele integrate de combustibil, aparatura hidro-pneumatică aferentă comenzilor. Sub aripă se instalează trenul principal de aterizare al avionului, sistemul de propulsie, acroşaje speciale rachete, bombe sau rezervoare lărgabile.
Forma în plan a aripii este extrem de diversificată, în funcţie de destinaţia, rolul, dimensiunile, forma sau viteza avionului: aripa dreaptă (An-2, Cessna 172), aripă trapezoidală (F-22 Raptor), aripă în săgeată (A300, BAC 1-11, Su-27), aripă în săgeată cu geometrie variabilă (Tornado, B-1), aripă triunghiulară (F-16, Saab-37 Viggen), aripă delta gotic (Concorde), etc.

Triplan Fokker Dr.I	Biplan Pitts S1s	Biplan An-2 cu aripă dreaptă	F-22:aripă trapezoidală
Su-27 in aerobatics show.jpg Su-27:aripă în săgeată	F-111:aripă în săgeată cu geometrie variabilă	Concorde:aripă delta gotic

Elementele constructive ale unei aripi de avion obişnuite sunt: lonjeroanele, lisele, nervurile, panourile de înveliş şi alte piese componente, de rigidizare (ex: montanţi) folosite pentru transmiterea eforturile între aripă şi fuzelaj sau între tronsoanele aripii.
Aripile cu cel puţin două lonjeroane împreună cu învelişul formează chesonul de rezistenţă, care are sarcina de a prelua eforturile aerodinamice şi mecanice la care este supusă aripa.

Cheson de rezistenţă

Componentele principale ale chesonului

Lonjeroanele sunt elemente de rigidizare aşezate de-a lungul aripii, care preiau cea mai mare parte din forţele şi momentele ce acţionează asupra acesteia. Au aspectul unei grinzi consolidate alcătuite din tălpi (profile corniere) şi inimă (platbandă), îmbinate între ele cu nituri. Sunt realizate de regulă din materiale rezistente la încovoiere şi răsucire: duraluminiu, titan, oţeluri speciale.
Nervurile sunt elemente de rigidizare transversală a aripii, montate de obicei perpendicular pe bordul de atac al aripii. Nervurile au rolul de a păstra forma aripii şi de a transmite solicitările aerodinamice la lonjeroane şi lise. Pot fi nervuri simple sau nervuri de forţă, acestea din urmă având rolul suplimentar de a prelua forţele concentrate datorate diverselor echipamente şi instalaţii acroşate de aripi.
Lisele sunt elemente de rigidizare montate în lungul aripii cu rolul de a prelua solicitările axiale datorate încovoierii aripii. Ele trebuie să fie rezistente la întindere şi compresiune şi măresc rezistenţa învelişului la deformaţie. Sunt obţinute tehnologic prin extrudare sau îndoire şi sunt alcătuite din duraluminiu, aliaje pe bază de titan sau oţel inoxidabil.
Învelişul aripii are rolul de a menţine forma sa şi este realizat din tablă de duraluminiu sau aliaje pe bază de titan, magneziu etc. Învelişul este solicitat la eforturi de încovoiere şi răsucire. Ele este prins de celelalte elemente prin nituri. Dacă distanţa dintre lise este mică se foloseşte pentru rigidizarea învelişului tablă ondulată. Îmbinarea tablei ondulate cu invelişul se poate face prin metoda suduri, nu prin nituire. Dacă aripa are grosime mică, învelişul se poate realiza prin panouri monolit. Construcţia unei astfel de aripi se realizează prin îmbinarea panourilor dintr-o singură bucată. La aripile cu grosime foarte mică, spaţiul interior nu mai cuprinde elemente de rigidizare, ci este umplut cu structură de tip fagure sau cu alt material compozit, rezultând o structură compactă, cu rezistenţă mecanică mare.

Fuzelajul

Fuzelajul (din franceză fuselage) este partea aeronavei în care este plasată cabina piloţilor, cabina pasagerilor, încărcătura de transport şi cea mai mare parte a echipamentelor şi instalaţiilor de bord. El reprezintă corpul central de care se leagă aripa, ampenajele şi trenul de aterizare. Fuzelajul trebuie să aibă o rezistenţă la înaintare minimă. De aceea forma sa trebuie să fie aerodinamică, să aibă cât mai puţine proeminenţe, suprafaţa "spălată" de curentul de aer să fie bine finisată şi cu cât mai puţine ondulaţii.
Fuzelajele tip cocă sunt cele mai folosite în prezent în construcţia aerospaţială, ele s-au impus definitiv odată cu apariţia motoarelor turboreactoare. Elementele principale ale fuzelajelor de tip cocă sunt: structura longitudinală formată din lonjeroane şi lise, structura transversală formată din cadre, şi învelişul rezistent.

Structura fuzelajului

Se folosesc în prezent la aeronave două tipuri de fuzelaje tip cocă:

• semimonococă cu structură formată din lonjeroane puternice şi dintr-o reţea rară de lise şi înveliş subţire
• semicocă, structura constând dintr-o reţea deasă de lise, lonjeroane false (lise rigidizate) şi înveliş subţire.

Fuzelajele tip cocă sunt rigidizate cu ajutorul unor pereţi şi podele care formează împreună cu restul structurii diverse compartimente folosite pentru amplasarea echipamentelor şi instalaţiilor de bord, pentru depozitarea încărcăturii de transport.

Ampenajele

Structura unui ampenaj orizontal văzut "de sus"

Ampenajele sunt elemente care reprezintă pentru aeronavă organele de echilibru, stabilitate şi comandă. După modul cum sunt construite depinde în mare măsură capacitatea de manevră a aeronavei. Se compun de regulă din ampenajul orizontal format din stabilizator (partea fixă) şi profundor (partea mobilă) şi ampenajul vertical format din direcţie (partea fixă) şi derivă (partea mobilă). La aeronavele supersonice se instalează câteodată două ampenaje verticale, iar stabilizatorul are numai parte mobilă, fiind realizat dintr-o singură bucată. În configuraţia clasică stabilizatorul este plasat în spatele aripii, dar la avioanele de vânătoare moderne poate apare în faţa sa, rezultând aşa-zisa configuraţie "canard" (raţă) (de exemplu la Eurofighter).

Eurofighter:stabilizator configuraţie "canard" (raţă)

Se observă diferenţa dintre avionul-cisternă KC-10 Extender cu ampenaje standard şi bombardierul fără ampenaje (BWB - Blended Wing Body) B-2 Spirit

La alte avioane moderne ambele ampenaje pot lipsi, aripa preluând în totalitate rolurile de stabilizare şi comandă (de exemplu la B-2) prin folosirea suprafeţelor de comandă numite elevoane.
Construcţia ampenajelor respectă în general schemele de construcţie ale aripii.

 Sistemul de propulsie

În general sistemele de propulsie ale unei aeronave se compun din:

• motoare
• elice (sau ventilator, dupa caz)
• sistem de răcire
• sistem de admisie
• sistem de ungere
• sistem de evacuare
• demaror (starter)
• comenzi ale motoarelor

Rolul sistemului de propulsie este de a asigura tracţiunea avionului. În prezent există o mare diversitate de motoare de aviaţie cu combustibil chimic, iar în continuare voi încerca să fac o scurtă clasificare după modul în care se realizează tracţiunea:

Sistemul turboventilator	Turboventilator la Boeing 747	Simularea curentului de aer dintr-un motor cu reacţie	Pulsoreactor
Statoreactor cu ardere supersonica (scramjet)

• motoare cu piston (cu elice)
• motoare aeroreactoare
  • motorul turboreactor
  • motorul statoreactor
    • cu ardere subsonică - ramjet
    • cu ardere supersonică - scramjet
  • motorul pulsoreactor
  • motorul motoreactor
• motoare cu tracţiune combinată
  • motorul turbopropulsor
  • motorul turboreactor cu dublu-flux (turboventilator)
  • motorul cu piston cu evacuare reactivă
• motoare rachetă
  • motoare rachetă cu combustibil lichid
  • motoare rachetă cu combustibil solid

În continuare sunt prezentate două dintre cele mai utilizate motoare în prezent: motorul simplu reactor (MTR) şi motorul reactor cu dublu flux (MTRDF).
Motorul turboreactor este motorul care echipează în prezent aeronavele care zboară la altitudini mari şi viteze peste 0,6 Mach. Principiul său de funcţionare este următorul: aerul care intră prin dispozitivul de admisie este comprimat de către compresor, intră în camera de ardere unde formează împreună cu combustibilul injectat amestecul de gaze de ardere şi are loc arderea propriu-zisă. Gazele arse trec apoi prin turbină, unde are loc destinderea lor parţială prin rotaţie, apoi trec prin ajutajul de reacţie şi ies din sistem cu o energie cinetică mult mai mare decât cea de intrare, asigurând astfel componenta de tracţiune a avionului. Eventual, la avioanele supersonice putem întâlni sistemul de postcombustie. Acesta se află încorporat în sistemul de evacuare şi are rol de a injecta o nouă doză de combustibil în amestecul de gaze arse provenit din camera de ardere. Noul amestec mai arde o dată, rezultând o creştere considerabilă a tracţiunii.
Motoarele turboreactoare cu dublu flux - denumite generic turboventilatoare - sunt de fapt turboreactoare modificate. Ele se caracterizează prin existenţa a două fluxuri de curgere paralele: unul secundar, de aer, antrenat de un ventilator montat pe acelaşi ax cu compresorul de joasă presiune a turbinei, care îmbracă fluxul de aer primar (interior) format din gaze de ardere. Tracţiunea MTR-DF este suma tracţiunilor rezultate de cele două fluxuri. Nu trebuie uitat că ventilatorul are rol de propulsie, funcţionând ca o elice. Un sistem MTR-DF este prezentat în desenele alaturate.
Trebuie menţionat faptul că motoarele turboreactoare cu dublu flux sunt cele mai răspândite tipuri de motoare de aviaţie, echipând cea mai mare parte din avioanele civile si o bună parte din avioanele militare.

 Exemple de motoare MTR

• General Electric J79 (echipează aeronavele F-4 Phantom şi B-1 bomber)
• Rolls-Royce Viper (echipează Soko Orao 2,I.A.R. 93,I.A.R. 99 Soim,Aermacchi MB.326)

 Exemple de motoare MTR-DF

În domeniul civil:

• SNECMA-GE CFM-56 (echipează Boeing 737, Airbus A318, A319, A320, A321)
• General Electric GE90 (Boeing 777)
• CF6 (A300, A310, A330, Boeing 747)
• Pratt & Whitney JT9D (B747, Boeing 767, A300, A310)
• W4000 (B777, A330)
• PW6000 (A318)
• Rolls-Royce Trent 500-900 (pentru aproape toate tipurile de Boeing şi Airbus civile).

În domeniul militar:

• General Electric F110 (F14, F15, F16)
• F103/CF6 (Air Force One, B767 AWACS)
• F404 (F/A-18, F117, A-4 Skyhawk)
• Rolls-Royce EJ200 (Eurofighter Typhoon)
• Pegasus (Boeing-BAe Harrier)
• Snecma M53 (Mirage 2000)
• M88 (Rafale).

 Clasificarea avioanelor

Există multe criterii de clasificare a aeronavelor (unele însă destul de subiective). Urmează câteva dintre ele, exemplificând, fără a lua în consideraţie elicopterele, dirijabilele, avioanele ultrauşoare sau cele fără structură de rezistenţă.
Un prim criteriu este după destinaţia lor:

Boeing 747: avion de pasageri

F-16: avion de luptă

RQ-4 Global Hawk: avion fără pilot militar de supraveghere cu rază intercontinentală

• aeronave cu destinaţie civilă (Boeing 747, Airbus A300, Antonov AN-2, Dassault Falcon, Concorde)
• aeronave cu destinaţie militară (F-16, MIG-21, Suhoi SU-27, Dassault Rafale, IAR 93)
• aeronave cu destinaţie specială (Northrop-Grumman RQ-4 Global Hawk, AeroVironment Pathfinder, Helios)

Airbus A318:scurt-curier

Airbus A300: mediu-curier

Airbus A340-600: lung-curier

Aeronavele cu destinaţie civilă sunt folosite pentru transportul pasagerilor, al mărfurilor sau aeronavele utilitare. Din punct de vedere al distanţei de zbor, ele se clasifică în aeronave pentru:

• distanţe scurte – scurt-curiere (Airbus A318, Embraer ERJ-145)
• distanţe medii – mediu curiere (Airbus A300, Boeing 737, BAe, BAC 1-11)
• distanţe mari – lung-curiere (Boeing 747, Airbus A340, Concorde)
• transport cargo -( Antonov AN-124),

Multe linii aeriene împart avioanele cu destinaţie civilă în alte două categorii din punct de vedere operaţional:

• avioane regionale - avioane de capacitate redusă, pentru curse scurte, din oraşe mici, către un punct central, deseori operate de o sucursală sau un partener al liniei aeriene : Embraer ERJ 135, Bombardier Canadair CRJ 200, Avro RJ, Fokker F100 etc.
• avioane de linie principală, capabile de capacităţi şi distanţe mai mari, cu servicii oferite direct de linia aeriană : toate modelele civile Airbus şi Boeing, Tupolev 154, Il-96, etc.

Aeronavele cu destinaţie militară se subclasifică din punctul de vedere al misiunii specifice:

B1-B: bombardament	E-3 Sentry AWACS: cercetare şi supraveghere aeriană	Alpha Jet: antrenament/şcoală	C-5 Galaxy: transport strategic greu
F-18E Super Hornet: multirol	Panavia Tornado: multirol

• vânătoare-interceptare (MIG-31, SU-27, Rafale, Mirage 2000, F-14 Tomcat, F-15 Eagle, F-16 Falcon, F/A-18 Hornet)
• bombardament (Rockwell B-1, Northrop-Grumman B-2, Boeing B-52)
• cercetare şi supraveghere aeriană (Northrop-Grumman EA-6B, SR-71 Blackbird, Boeing 767 AWACS)
• antrenament/şcoală (Boeing-Douglas T-45 Goshawk, Dassault-Dornier Alpha Jet, Mirage F1, IAR 99 Şoim)
• transport şi tehnică de luptă (Lockheed C-5 Galaxy, C-130 Hercules, Boeing-Douglas C-17 Globemaster, Airbus/EADS A400 M)

În general insă, avioanele militare au misiuni multirol, de exemplu: vânătoare-intercepţie-strategie-bombardament (F-16, F/A-18, MIG-29, Tornado, Saab-39 Gripen, Rafale).
Aeronavele cu destinaţie specială sunt utilizate pentru cercetare sau experimentare. Tot în această categorie se încadrează aeronavele experimentale ale căror soluţii constructive de natură aerodinamică sau tehnologică urmează a fi implementate la viitoarele aeronave de serie.
După sistemul de propulsie, aeronavele se clasifică în:

• aeronave cu elice (AN-2, Cessna 172, ZLIN Z-142)
• aeronave cu reacţie (Boeing 747, A340, MIG-21, F-16, AN-124, Concorde)
• aeronave cu elice şi reacţie (turbopropulsor) (ATR-42, C-130 Hercules)

Din prima categorie fac parte aeronavele echipate cu motoare clasice cu piston şi elice, din cea de-a doua categorie aeronavele cu motoare turboreactoare, iar din ultima, cele echipate motoare turbopropulsoare.
După numărul de motoare, aeronavele se clasifică în:

F-35 Joint Strike Fighter: monomotor	McDonnell-Douglas DC-10: trimotor	Boeing 747: cvadrimotor	Antonov AN-225: 6 motoare
B-52: 8 motoare	Convair B-36 Peacemaker: 10 motoare - 6 cu elice, 4 reactoare

• monomotoare (AN-2, ZLIN Z-142, MIG-21, F-16, Mirage F1)
• bimotoare (Airbus A300 A310, A330, Boeing 737, 777, Rafale, BAC 1-11, F-14, F-18, ATR-42)
• multimotoare (care pot fi : tri-motoare : McDonnell-Douglas DC-10, Boeing 727, patru-motoare : Boeing 747, Airbus A340, C-5 Galaxy, AN-124 sau cu mai multe motoare : An-225 - 6 motoare, B-52 - 8 motoare).

Avioanele de pasageri au, în general, între două şi patru motoare.