תוֹכֶן
מטוס מעשה ידי אדם טס על פי אותם עקרונות הפיזיקה כמו ציפור: עליו להתגבר על כוחות הכבידה כדי להשיג מעלית וטיסה. כנפי מטוסים פועלות לייצור המעלית, והם משיגים זאת על ידי עקיפת זרימת האוויר סביבם. בלי כנפיים, מטוס הוא רכב פשוט.
כוחות מטוסים
כלי טיס - וציפורים - מסוגלים לעוף מכיוון שהם מאזנים ארבעה כוחות: הרמה, משקל, גרירה ודחיפה. מטוס ממריא לאוויר כאשר המעלית - הכוח הדוחף כלפי מעלה על פני השטח התחתון של כנפיה - עולה על משקל המטוס בגלל כוח הכובד. הרמה נוצרת בזרימת האוויר סביב המטוס, בעיקר סביב הכנפיים. גרור הוא כוח ההתנגדות האווירית נגד תנועת המטוס. כוח זה גדל עם עליית המהירות של המטוס אך יורד אם המטוס הוא בעל צורה חלקה או אווירודינמית. מנוע ומערכת ההנעה של המטוס, סילון או מדחף, מייצר כוח דחף להתגבר על הגרירה.
ניוטון וברנולי
שני מדענים אירופיים הסבירו את עקרונות טיסת המטוסים. הפיזיקאי האנגלי אייזק ניוטון (1642–1727) מנה שלושה חוקי תנועה החלים על כל העצמים הנעים. הראשון הוא שעצמים נשארים במנוחה או בתנועה אחידה אלא אם כן הם נאלצים לשנות בכוח חיצוני. השנייה קובעת שכוח המכוון לאובייקט גורם לו להאיץ בכיוון של אותו כוח. השלישית קובעת כי עבור כל כוח קיים כוח שווה והפוך. המתמטיקאי השוויצרי דניאל ברנולי (1700–1782) היה חלוץ בפיתוח הסבר מתמטי לדינמיקת הנוזלים, המכניקה לאופן בו זורמים נוזלים וגזים. הממצא העיקרי שלו, המכונה עקרון ברנולי, קובע שככל שמהירות זרימת האוויר גדלה, הלחץ שלו יורד.
זווית ההתקפה
כנפי המטוס נועדו להטות מעט מהאופק, המכונה גם מסלול הטיסה. זווית הטיה זו נקראת זווית ההתקפה והיא המשתנה החשוב ביותר בייצור מעלית. מטוס מתחיל לנוע כאשר הטייס מפעיל דחף מהמנוע כדי לגרום למטוס לנסוע קדימה על הקרקע. הטייס מסובב את המטוס כלפי מעלה באמצעות הרמת אפו כדי להגדיל את זווית ההתקפה ולהשיג המראה. עם זאת, זווית התקיפה גדולה מדי תעמיד את המטוס.
עקומת זרימה
ההרמה נוצרת על ידי אוויר המתעגל סביב כנפי המטוס. כשזרימת האוויר פוגעת בקצה המוביל של הכנף, היא מתפצלת לשניים, חלקם זורמים לאורך המשטח העליון וחלקם זורמים לאורך המשטח שמתחת. צורת הכנף מעט סימטרית, עם שטח פנים גדול יותר בצד העליון. זרימת האוויר נדבקת למשטח העליון כשהוא נע בין הקצוות המובילים והנגררים של הכנף, מתעקם ומוריד את הלחץ על פי עיקרון ברנולי. ככל שהמטוס אוסף מהירות, המעלית עולה בהתאם לחוק התנועה השני של ניוטון. זה בתורו מגביר את עקמומיות האוויר על פני השטח העליון, מכריח יותר אוויר למטה מהכנפיים הנגררות. כאשר המטוס נע באוויר, הכנפיים התחתונות הפונות לזרימת האוויר בזווית ההתקפה מסיטות גם את זרימת האוויר כלפי מטה. זרימת אוויר זו כלפי מטה מייצרת תגובה שווה והפוכה בזרימה כלפי מעלה של אוויר בלחץ גבוה (החוק השלישי של ניוטון), מגבירה את המעלית ושומרת על המטוס באוויר.