Исследовательская работа «Увлекательное путешествие!»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Никитинская средняя общеобразовательная школа»

Районный конкурс детских проектов и исследовательских работ

 «Мои первые открытия»

Номинация «Я - исследователь»

Тема работы: «Увлекательное путешествие!»

Оглавление

 

Введение…………………………………………………………………3 стр.

Основная часть:

Глава I. Из истории воздухоплавания.

1.1.Летательные аппараты……………………………………………. 4стр.

1.2.Первые полеты на шарах………………………………………….. 4стр.

1.3.Воздухоплавание…………………………………………………… 4стр.

1.4.Объяснение летучести шара……………………………………….. 5стр.

1.5.Применение летательных аппаратов………………………………. 6стр.

 

Глава II. Проведение эксперимента

2.1.Определение объема шара……………………………………….. 7стр. 2.2. Измерение массы тел……………………………………………8 стр.

2.3.Расчет подъёмной силы установки……………………………….. 9стр.2.4. Безопасные условия полета……………………………………….9стр.

2.5. Запуск летательного аппарата……………………………………. 9стр.

2.6.Практическая значимость………………………………………….10стр.

Вывод………………………………………………………………………10 стр. Литература………………………………………………………11стр. Приложение……………………………………………………………

 

Введение.

У меня есть заветная мечта – осуществить полет на воздушных шарах. Она зародилась ещё тогда, когда я в детстве читала приключения Незнайки, особенно заинтересовал полет на воздушном шаре Незнайки и его друзей. Мечта укрепилась, когда на уроках истории узнала легенду о неудачном полете Икара к Солнцу. А когда на уроках физики в 7 классе изучили тему «Воздухоплавание», я поняла и поверила в возможность осуществления такого полета. А также я узнала, что люди с давних времен мечтали о возможности летать над облаками, плавать в воздушном океане, как они плавают по морю. Они хотели подняться в воздух и увидеть нашу планету с высоты птичьего полёта.

Я решила отправить в воздушное плавание свою любимую игрушку – розового зайца.

Цель моейисследовательской работы: рассчитать возможность полета на воздушных шарах.

Задачи:

Изучить историю полета на шарах;

Рассчитать объём воздушного шара;

Выяснить, каким газом можно наполнить шар;

Рассчитать подъемную силу установки;

Рассчитать необходимое количество шаров для полета;

Выяснить безопасные условия полета;

Раскрыть практическую значимость данного мероприятия.

 

Гипотеза:на связке воздушных шаров можно взлететь в небо, если их будет достаточное количество.

Оборудование: воздушные шары, игрушка, корзина, трос, весы, линейка, гелий.

Методы исследования: изучение литературы и материалов Интернета по заданной теме, эксперимент, наблюдение, сопоставление, анализ.

Практическая значимость: возможность использования результатов исследования для полета на воздушных шарах.

Глава I. Из истории воздухоплавания.

1. Летательные аппараты.

Летательные аппараты, применяемые в воздухоплавании, называют аэростатами. Различают управляемые, неуправляемые и привязные аэростаты. Неуправляемые аэростаты свободного полета с оболочкой, имеющей форму шара, называют воздушными шарами.

Управляемые аэростаты (имеющие двигатель и воздушные винты) называют дирижаблями. Привязные аэростаты соединяют с землей тросом, не позволяющим аппарату совершать горизонтальные перелеты.

Воздушные шары, предназначенные для полетов в стратосферу (т. е. на высоту более 11 000 м), называют стратостатами.

1. Первые полеты на шарах.

Первая попытка подъема в воздух на большом шаре, наполненном дымом, была предпринята в 1731 г. русским подьячим Крякутным в Казани. За этот полет церковники изгнали Крякутного из родного города, и о его шаре вскоре забыли.

Во Франции первый воздушный шар (монгольфьер), который с успехом стали применять в целях воздухоплавания, был построен лишь 52 года спустя братьями Ж. и Э. Монгольфье. Для наполнения шара они использовали горячий воздух. Убедившись, что шар может летать, братья Монгольфье посадили в корзину воздушного шара овцу, петуха и утку. Эти животные и стали первыми воздухоплавателями. Осенью 1783 г. на этом же шаре отправились в свой первый (25-минутный) полет люди.

В России первые полеты на воздушном шаре были осуществлены в 1803 г. (сначала в Петербурге, затем в Москве).

1. Воздухоплавание.

Чтобы аэростат поднимался вверх, его нужно наполнить газом, плотность которого меньше, чем у воздуха. Это может быть, например, водород, гелий или нагретый воздух.

При нагревании воздуха от О °С до 100 °С его плотность уменьшается всего лишь в 1,37 раза. Поэтому подъемная сила шаров, наполненных теплым воздухом, оказывается небольшой. Заметив это, французский ученый Ж. Шарль предложил наполнять воздушный шар водородом - газом, плотность которого в 14 раз меньше плотности воздуха. Благодаря такой плотности подъемная сила водорода более чем втрое превышает подъемную силу нагретого воздуха того же объема. Первый полет на воздушном шаре, наполненном водородом, состоялся в первый день зимы 1783 г. Диаметр шара составлял 8,5 м. Проведя в полете 2,5 ч, воздухоплаватели провели замеры давления и температуры воздуха на высоте 3400 м. Подобные измерения впоследствии стали играть важную роль в метеорологии.

Наполняя аэростат водородом, следует помнить, что этот газ обладает одним большим недостатком - он горит и вместе с воздухом образует взрывчатую смесь. Поэтому при полетах на воздушных шарах, наполненных водородом, следует соблюдать особую осторожность, иначе такой полет может закончиться трагедией. Одна из таких трагедий произошла в 1937 г., когда во время приземления взорвался немецкий дирижабль "Гинденбург", унеся с собой 36 человеческих жизней.

Негорючим и в то же время легким газом является гелий. Поэтому многие аэростаты в наше время наполняют гелием. Гелий легче воздуха примерно в 7, 2 раза (плотность гелия 0,180 кг/м3 , плотность воздуха 1,290 кг/м3).

1. Объяснение летучести шара.

Еще Архимед открыл эту тайну, доказав, что на тело, находящееся в однородной среде и полностью в нее погруженное, действует выталкивающая сила. То есть среда сама выталкивает тело из себя, и если вес одной единицы объёма тела меньше веса такой же единицы объёма среды, то тело будет подниматься вверх. Вес гелия внутри шарика меньше веса воздуха в таком же шарике примерно в 7,2 раза. Разница – очень ощутимая. Окружающая среда для гелиевого шарика – это атмосферный воздух, который давит на него и стремится вытолкнуть из себя вверх, выше и выше. И чем больше объём шара, тем больше его подъёмная сила или давление на него внешней среды, то есть летучесть, стремление подняться в заоблачную высь у большого шара тоже больше.

Длятого чтобы определить, какой груз способен поднять воздушный шар, следует знать его подъемную силу. Подъемная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести:    F = FА - Fт .

Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объема, тем меньше действующая на него сила тяжести и потому тем больше возникающая подъемная сила.

Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Поэтому по мере поднятия аэростата вверх действующая на него архимедова сила становится меньше. После того как архимедова сила достигает значения, равного силе тяжести, подъем аэростата прекращается. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этого балласт (например, высыпают песок из мешков). При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила вновь оказывается преобладающей. Для того чтобы опуститься на землю, выталкивающую силу, наоборот, следует уменьшить. Это достигается путем уменьшения объема шара. В верхней части шара имеется специальный клапан. При открывании этого клапана часть газа из шара выходит, и шар начинает опускаться вниз.

1. Применение летательных аппаратов.

Вначале полеты на воздушных шарах имели, как правило, развлекательный характер. Но затем аэростаты все больше и больше стали применять с научными (изучение атмосферы, метеорологические исследования) и военными (разведка, бомбардировка) целями, а также в качестве транспортного средства. В 1929 г. немецкий дирижабль "Граф Цепеллин" совершил с тремя промежуточными посадками кругосветный перелет протяженностью 35 тыс. км за 21 день. Средняя скорость полета при этом составила 177 км/ч.

В годы Великой Отечественной войны аэростаты ("аэростаты заграждения") сыграли большую роль в противовоздушной обороне Москвы и Ленинграда.

Подъемная сила стратостатов должна быть достаточно велика. Поэтому их наполняют водородом, у которого она максимальна. Теплый воздух также не утратил своего значения. Он удобен тем, что его температуру (а вместе с ней его плотность и, следовательно, подъемную силу) можно регулировать с помощью газовой горелки, расположенной под отверстием, находящимся в нижней части шара. Увеличивая пламя горелки, можно заставить шар подниматься выше. При уменьшении пламени горелки шар опускается вниз. Можно подобрать такую температуру, при которой сила тяжести, действующая на шар вместе с кабиной, оказывается равной выталкивающей силе. Тогда шар повисает в воздухе, и с него легко проводить наблюдения.

В наше время ученые и конструкторы планируют использование аэростатов не только на Земле, но и на других планетах. Так, например, в 1985 г. советские автоматические межпланетные станции "Вега-1" и "Вега-2" доставили аэростаты на Венеру. Перемещаясь в ее атмосфере, эти аппараты передали на Землю ценную информацию о физических условиях на этой планете.

 

 

 

 

 

Глава II. Проведение эксперимента.

2.1.Определение объема шара.

Решила выяснить, как можно определить объём воздушного шара. Нашла несколько способов:

Наполнить шар водой до нужного размера, измерить объём этой воды с помощью мерного стакана, объем шара соответственно будет равен объёму жидкости;

Надуть шар до нужного размера, измерить диаметр Dшара, вычислить радиус шара R= 1/2D и найти объём шара:

 

Посмотреть в Интернете размеры воздушных шаров, продаваемых в магазине.

1 дюйм=2,54 см

 

Выяснила размеры воздушных шаров, имеющихся в продаже в магазинах поселка Саракташ.

Архимедова сила зависит прямо пропорционально от объема шара. Выгодно запускать шар большого объема, соответственно большого радиуса. Самый большой шар, который я могла приобрести, имел диаметр 1 м.

Я рассчитала, что для полета необходимо 1 большой шар и 4 маленьких шара.

Рассчитываю объемы шаров:

V=4/3*3,14*0,383 =0,23(м3) (объем большого шара)

V1=4/3*3,14*0,153 =0,014(м3)(объём одного маленького шара),

V=4 V1 =4*0,014=0,056 (м3) (объём четырёх маленьких шаров).

2.2. Измерение массы тел.

Массу тел измерила на рычажных весах, а массу гелия рассчитала по формуле:

 

Массу гелия рассчитываем по формуле:

Масса гелия: m = p г*Vш =0,180 кг/м3 * (0,23 +0,056 )м3 = 0,052 кг

 

2.3.Расчет подъёмной силы установки.

Подъемная сила находится по формуле: F = FА - Fт .

 

 

Определим выталкивающую силу, действующую на шарики по формуле:

FA= pгgVт= 1,290 кг/м3 *9,8 Н/кг *(0,23 +0,056 )м3=3,6156 Н≈ 3,62 Н

Рассчитаем силу тяжести Fт =mg = 0,178 кг*9,8 Н/кг ≈ 1,74 Н

Подъемная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести:    F = FА - Fт= 3,62 Н - 1,74 Н =1,88 Н.

Моя установка сможет поднять игрушку массой: m = Fт:g= 1,88Н: 9,8 Н/кг= 0,192 кг=192 г.

Ура! Мой летательный аппарат СИ-17 сможет поднять в воздух любимую игрушку !

2.4. Безопасные условия полета

Безопасные условия полета может обеспечивать тросовая привязь. Если связку шаров привязать на трос - то во-первых, она не улетит выше, чем надо, во- вторых, её можно будет "приземлить" - просто, подтянув за трос.

У воздушных шаров есть один серьёзный враг, и этот враг - ветер. Как говорилось выше, для обеспечения подъёмной силы требуется большой объём, а этот большой объём создаёт огромную "парусность". Даже лёгкий, незаметный бриз заставит большую связку шаров метаться из стороны в сторону и создавать рывки огромной силы.

 

2.5. Запуск летательного аппарата.

Настал долгожданный день - 14 октября 2017 года – день запуска летательного аппарата. Для полета всё готово: шары надуты, заяц усажен в корзину, аккуратно отпускаю тросовую привязь. Летательный аппарат СИ-17взмывает ввысь к облакам! Мои одноклассники завороженно смотрят на полет зайца! Всё получилось, несмотря на сильный ветер в этот день.

2.6.Практическая значимость.

Есть на свете люди романтики, такие как я. Каждому хочется летать как птицы по небу и почувствовать себя легким и свободным. Сегодня я расскажу при каких условиях вы сможете полететь в небо.

Сколько нужно шаров, чтобы поднять человека?

1 шар - 0,184 кгX - 43 кг.X=43*1:0,184= 233 (шара)

Стоимость: 500* 233= 116500 рублей

 

Вывод:

Я в ходе работы изучила историю полета на шарах;

Рассчитала объём воздушного шара;

Выяснила, каким газом можно наполнить шар;

Рассчитала подъемную силу установки;

Рассчитала необходимое количество шаров для полета;

Выяснила безопасные условия полета;

Раскрыла практическую значимость данного мероприятия.

 

 

 

 

 

 

Литература:

1.Гальперштейн Л.Я. Моя первая энциклопедия.: Науч. -поп. издание для детей/ - М.: ООО «Издательство «Росмэн-Пресс», 2003. – 255 с.

2.  Дорогова Е.М., Знаменская Л.Ф., Майоров В.Д. Справочник школьника для начальных классов. Русский язык. Математика. Природоведение. – М.: Стрекоза, 2009. – 520 с.

3. Я познаю мир: Феномены мира: Детская энциклопедия./С.Н.Зигуненко – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 396 с.

4.Ф.Рабиза «Простые опыты» - М. Дет.Лит., 2002

5.Большая детская энциклопедия. Том 2. Физика: МастерМедиа, 2006.

6. Физика. 7 класс. В.А. Перышкин.-М.:Просвещение, 2010 г

7. Интернет ресурсы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение:

 

 

 

 

 

 

Подготовка к полету.

 

Условия безопасности.

Полет.

Увлекательное путешествие
PPTX / 1.57 Мб