Технологическая карта для проведения инженерных каникул по теме "Межрегиональная инженерная регата «Малый флот""

МОУСОШ « Образовательныйкомплекс

№ 24 имА. С. Пушкина

Межрегиональная инженерная регата «Малый флот»

в рамках инженерных каникул

«Москва – Санкт-Петербург – Ярославль»

Название нашей встречи

Регата в переводе с венецианского диалекта итальянского (regatta) означает «конкурс, соперничество». Термин происходит от итальянского слова regata, которое означает «состязание» или «гонка». Изначально регаты проводились в Венеции, где соревновались гондольеры, демонстрируя мастерство управления традиционными лодками.

Регата-это не вид спорта, а просто легкая прогулка под парусом.

В этом плавании участвуют несколько экипажей, которые помогают друг другу в случае поломок и нештатных ситуаций. В профессиональных регатах участвуют экипажи из 3-5 человек, которым может помогать инструктор.

Каждый член команды выполняет свою роль, особая роль у капитана команды- шкиперинструктора. Слаженная и дружная команда способна свернуть горы, а не просто выиграть гонку. Одной из первых известных регат была состоявшаяся в 1740 году Венецианская регата гондольеров. С середины XIX века регаты по парусному и гребному спорту стали проводить в

Великобритании, Франции, Германии, Италии, Испании, Швейцарии, Бельгии, с конца XIX века—начала XX веков — в скандинавских странах, России, США, Канаде, странах Латинской Америки.

Мировую известность получили Королевская регата Хенли по академической гребле (проводят с 1839 года на реке Темза у города Хенли-он-Темс, вблизи Лондона), Кильская парусная регата (1897, Кильская бухта Балтийского моря, Германия).

«Регатой» называют также соревнования по парусному спорту, включённые в программу Олимпийских игр, и предшествующие им предолимпийские состязания.

Изготовление модели судна с паровым реактивным двигателем из современных доступных материалов

Актуальность. Актуальность изучения плавания судов проявляется в разных областях: физике, навигации, конструкции судов, экологии и т.п. Эти области связаны с объяснением принципов плавания, анализом особенностей конструкции судов и другими исследованиями.

Цель данной работы:

Изготовить действующую модель лодки-парохода с паровым реактивным двигателем с приблизительно заданными габаритными размерами, наибольшей возможной скоростью данной конструкции и произвольным дизайном .

Выполнить творческое задание «История лодки» ̶ придумать сюжет «жизни лодки» и создать дизайн, соответствующий этому сюжету. Самостоятельно спроектировать свой вариант формы и размеров лодки-парохода с учетом его назначения и приоритетов –скорость, вместительность и т.п.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. изучить физические законы, на основе которых создаются плавающие суда ;

2. изучить принцип работы тепловых реактивных двигателей;

3. научиться создавать неповторимый дизайн, сопряженный с придуманным историческим сюжетом.

4. научиться работать в команде, распределять задания между участниками, работать с технологической картой, составлять отчет, содержащий фото-видео материалы и презентацию.

Теоретическаячасть

Физические законы, наоснове которых, создаются плавающие суда

Плавающие суда создаются на основе физических законов, которые описывают взаимодействие сил и движений в водной среде. К таким законам относятся закон Архимеда, законы Ньютона, закон сохранения импульса и закон Бернулли.

Закон Архимеда

Суть: на тело, погружённое в жидкость (в случае судов — воду), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной этим телом.

Применение в судостроении:

Проектирование корпусов — форма и материал должны быть такими, чтобы вытесненная вода обеспечивала достаточную подъёмную силу для поддержания корабля на поверхности.

Расчёт плавучести — истинная величина плавучести судна рассчитывается на основе объёма воды, который оно вытесняет. Это позволяет учитывать факторы, такие как грузоподъёмность, стабильность и

Закон Ньютона

Описывает, как силы, действующие на корабль, влияют на его ускорение, скорость и направление движения. Например: Первый закон (закон инерции) — утверждает, что тело сохраняет своё состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние силы. Это означает, что корабль будет продолжать двигаться в заданном направлении, пока не возникнет воздействие, например, со стороны волн или ветра.

Второй закон Ньютона — утверждает, что ускорение объекта пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально его массе. Это позволяет определить, как различные силы, такие как тяга двигателей, сопротивление воды и сила тяжести, влияют на движение судна.

Закон сохранения импульса

Утверждает, что сумма импульсов замкнутой системы остаётся постоянной, если на эту систему не действуют внешние силы. Это означает, что импульс, который объекты имели до взаимодействия, равен импульсу после взаимодействия.

Применение в движении судов: закон помогает учитывать, как движение судна сохраняется, и разрабатывать гидродинамические системы управления и стабилизации судна, такие как рули и подруливающие устройства

Закон Бернулли

Утверждает, что при движении жидкости или газа его давление уменьшается, а скорость увеличивается. Применение в судостроении:

Оптимизация формы корпуса судна, киля, руля и других элементов — это позволяет снизить сопротивление воды и повысить скорость и манёвренность судна.

Учёт эффекта присасывания — например, при движении судна по мелководью вода под днищем оказывается в «узкости», скорость потока увеличивается, давление под судном уменьшается — судно как бы притягивается ко дну. Чтобы минимизировать этот эффект, необходимо сбросить скорость хода.

Принцип работы теплового двигателя

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Существует несколько видов тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Во всех этих двигателях энергия топлива сначала переходит в энергию газа (или пара). Газ, расширяясь, совершает работу.

Реактивный двигатель — двигатель , создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи газа. Газ с большой скоростью истекает из двигателя, и, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении.

Паровой реактивный двигатель использует горячий пар для создания тяги. Горячий пар подается в специальную камеру в задней части конструкции.

Пароход — судно, приводимое в движение паровой машиной или паровой турбиной в качестве тягового двигателя.

Примеры форм лодок

Рис. 4. Парусник

Рис. 5. Шлюпка

Инженерно-техническое творческое задание:

Часть 1:

1)

Используя технологическую карту и предложенный набор материалов спроектировать и изготовить действующую модель лодки-парохода с паровым реактивным двигателем с приблизительно заданными габаритными размерами, наибольшей возможной скоростью данной конструкции и придуманным уникальным дизайном в соответствии с творческим заданием «История лодки»

2)

Выполнить творческое задание «История лодки» ̶ придумать сюжет «жизни лодки» и создать дизайн, соответствующий этому сюжету. Самостоятельно спроектировать свой вариант формы и размеров лодкипарохода с учетом его назначения и приоритетов – скорость, вместительность и т.п.

Часть 2:

Создать презентацию и видеоролик о работе над проектом.

Часть 3:

Подготовить защиту своего проекта.

Часть 4.

Подготовить свою модель лодки-парохода к участию в Соревнованиях созданных командами моделей.

Часть 1.

Изготовление лодки-парохода

(лодки с реактивным паровым двигателем) из современных доступных материалов

Технологическая карта

Ознакомиться с необходимыми материалами и инструментами. Список находиться на вашем рабочем столе.

Изготовление лодки. Из вспененного картона вырежьте основание лодки (днище), затем оклейте его деревянными палочками.

Форма вашей лодки может отличатся от лодки в образце, но должна иметь длину 20-25 см.

( устойчивость на воде) можно сделать киль или хвостовой руль (описание далее).

После завершения формирования лодки украсьте её. Придумайте свои авторские уникальные украшения. Украшения должны соответствовать истории лодки, которую надо будет придумать в части 3.

Дополнительныеуказания:

если вы делаете плоскодонную лодку вам нужно

изготовить для неё руль или киль для более точной траектории движения.

В ырежьте канцелярским ножомполучившуюся фигуру.

Сделайте небольшой надрез, чтобы можно было закрепить деталь на корме.

 Закрепите ваш руль на корме так, чтобы он был погружен в воду своей нижней частью.

3. Изготовление реактивного двигателя.

Изготовьте из проволоки держатель для «парового котла» (баллончика) с учетом размеров свечи, которая будет нагревать воду в баллончике.

Баллончик должен быть установлен под наклоном, так как вода должна быть в нижней части баллончика. Она будет превращаться в пар при нагревании.

Налейте в баллончик 5 -6 мл воды с помощью шприца. Необходимо закрыть отверстие спичкой так, чтобы остались четыре небольшие щели.

Выбирайте спичку с квадратным сечением. Спичка должна «сидеть» достаточно плотно.

Это делаем для того, чтобы поднять давление пара и увеличить скорость истечения струи пара из баллончика через соплащели. Всё это увеличит реактивную тягу.

Закрепить конструкцию на прямоугольнике из пенного картона.

Часть 2.

Экспериментальная и творческая часть

1.Проверьте работоспособность вашего парохода на воде: Налейте воду в лоток для эксперимента. Опустите лодку на воду и запустите паровой реактивный двигатель. Возможно придется что-то отрегулировать и поправить.

Техника безопасности: так как пламя свечи имеет высокую

температуру , этот пункт следует проводить только с разрешения

организаторов и под их контролем.

Измерьте путь и время движения лодки на воде и рассчитайте среднюю скорость лодки по известной формуле.

Создайте дизайн и украшения вашей модели в соответствии с придуманной «Историей лодки»:

из какой культуры и эпохи взяты элементы декора лодки?

кто мог бы управлять этой лодкой?

для каких целей лодка могла использоваться? Придумайте название вашему проекту.

Сделайте презентацию:

В презентации расскажите о преимуществах вашей лодки-парохода; для каких целей она может служить и почему именно вы выбрали ту или иную форму судна. Опишите в презентации историю лодки.

Подготовьте видеоролик:

Расскажите о работе вашей команды над проектом.

Включите сюжет о том, как плывет ваша лодка.

Ролик должен получиться не более 5 минут.

Для создания видеоролика используются телефоны участников.

Созданием видеоролика и презентации могут заниматься незадействованные в создании лодки участники команды.

Часть 3.

Защита проекта командами

Представление команды. Придумайте название своей команде и представьте участников.

Расскажите как создавалась «История» вашей лодки. Покажите техническое решение ваших идей и фантазий на модели, которую вы изготовили.

Продемонстрируйте презентацию и видеоролик, который вы приготовили к защите.

Расскажите, как распределялась работа в вашей команде, какие трудности были в работе. Поделитесь интересными моментами.

Предоставьтелистсрасчётамисреднейскоростивашей лодки-парохода.

Продемонстрируйте ваш проект на воде.

Удалось ли получить запланированный результат с вашей точки зрения?

Часть 4.

Соревнования моделей команд участников встречи

Проекты, успешно прошедшие защиту, допускаются к Соревнованиям.

Материалы и инструменты на 1 команду