Исследовательская работа "Как сделать бумажный самолётик, который далеко и долго летит?"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение Ангарская школа

КРАЕВОЙ ФОРУМ «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА»

«Страна чудес – страна исследований»

Исследовательская работа

Как сделать бумажный самолетик, который далеко и долго летит?

Леонтьев Данил,

Антипов Максим,

МКОУ Ангарская школа,

4 класс

Камскова Елена Ивановна,

МКОУ Ангарская школа,

учитель математики,

+79233304240,

kelena567@gmail.com

С условиями Конкурса ознакомлен(-а) и согласен(-а) Организатор конкурса оставляет за собой право использовать конкурсные работы в некоммерческих целях и без денежного вознаграждения автора (авторского коллектива) при проведении просветительских кампаний, а также полное или частичное использование в методических, информационных, учебных и иных целях в соответствии с действующим законодательством РФ.

с. Богучаны, 2022

Тезисы

1. В энциклопедии под редакцией Свищева Г.П. рассказано, что « ведущие авиаконструкторы пользуются в своей работе бумажными самолётиками, как моделями для испытаний». Вье Оливье «Оригами: самолеты из бумаги» подробно описывает работу по схемам выполнения моделей. Из «Большой книги экспериментов для школьников» узнали о самолётных соревнованиях, которые признаёт весь мир. С требованиями по сборке самолётов познакомились в пособии для кружков по авиамоделизму. Как выбирать модели для соревнований на скорость и время полёта, с подробными инструкциями, нашли в книге Афонькина С. «Бумажные летающие модели».

2. Первый бумажный самолетик был создан около 2 000 лет назад китайцами. Ещё в 1754 г. М. В. Ломоносов сконструировал вертолёт. В 1876—77 гг. А. Ф. Можайский создавал модели самолёта и демонстрировал их полёты. Жуковский Н.Е. первый организовал соревнования летающих моделей 2 января 1910 г. в Москве. Простейший самолётик из бумаги был изобретен авиаконструктором Джеком Нортропом в 1930 году.

3. Кен Блэкберн, экспериментируя с различными моделями, узнавал о понятиях, с которыми не сталкивается большинство людей. Установил мировой рекорд планирования 27,6 секунды с самолётиком «Планер».

4. Собирать модели не просто, как кажется на первый взгляд. Есть сложные по выполнению, особенно которые имеют много сгибов. При сборке моделей очень важно симметрично выполнять сгибы, это требует определенной сноровки и навыков.

5. Много зависит от способа запуска моделей. С острым носом самолёты нужно бросать рывком, вперед и вверх под углом примерно 45ᴼ. Для моделей с широкими крыльями - способ запуска вверх и плавно.

6. Проведённые эксперименты показали, что лучшей бумагой для выполнения самолётиков является офисная бумага. Если менять последовательность выполнения складок в «классическом самолёте», меняется дальность полёта. Уплотнение носа, отогнутые крылья, появление хвоста влияет на лётные характеристики.

7. Столкнувшись с трудностями при исследовании обычных бумажных самолётов, понимаем, как сложно работать авиаконструкторам. Конструирование самолетика позволит интересно скоротать время, а запускание в помещении поможет развлечься в пасмурные и морозные дни.

8. Для изучения лётных характеристик использовались формы работы: соревнование, мастер-класс, которые позволили сделать вывод, что лётные характеристики зависят от формы крыла, хвоста, носа самолётика. Также такие мероприятия можно отнести к коллективно-творческим делам, когда всем интересно.

ВВЕДЕНИЕ

Все дети делали и запускали когда-нибудь бумажные самолетики. Увидев девочек, пускающих самолётики в школе, заметили, что эти самолётики летают по-разному. Некоторые придерживаются прямой траектории, другие сворачивают в сторону. У нас возникли вопросы: «Что заставляет одну и ту же модель лететь по-разному?». Поэтому решили исследовать летательные свойства различных моделей бумажных самолётов.

Мы начали искать информацию по этому вопросу. И узнали, что прославленный конструктор Андрей Николаевич Туполев начинал свой путь в большую авиацию еще со школьной скамьи с постройки и запуска простейших летающих моделей. Занимаясь бумажными самолётиками, у нас появилась мечта: создать модели самолётов из другого материала, более серьёзно заняться авиамоделизмом. И если поступим в кадеты, может наша мечта сбудется, и запускать в небо мы будем небольшие, нами созданные, беспилотники, с помощью которых можно вести аэросъёмку местности, следить за состоянием дорог и свалок, уничтожать вредителей. Перед нами возникла проблема: зависят ли лётные характеристики бумажных самолётиков от модели самолётика? Приступая к исследованию, мы выдвинули гипотезу: если изменять форму крыла, носа, хвоста бумажного самолетика, то может измениться дальность и продолжительность его полета.

Объектом исследования являются бумажные модели самолетов. Предметом исследования - лётные характеристики бумажных самолётиков.

Цель исследования: выяснить, какая из моделей самолётов обладает наилучшими лётными характеристиками. В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:

1.Изучить информацию по данному исследованию.

2.Ознакомиться с различными моделями бумажных самолетов и научиться их выполнять.

3.Создать коллекцию из бумажных моделей самолётов, провести с ними исследования.

При работе над исследовательской работой применялись следующие методы:

1. Изучение литературы.

2. Непосредственное наблюдение.

3. Моделирование бумажных самолётов.

4. Проведение экспериментов с целью изучения летных качеств моделей самолетов.

Чтобы раскрыть тему исследования, пришлось обратиться к источникам информации. В энциклопедии под редакцией Свищева Г.П. рассказано, что « ведущие авиаконструкторы пользуются в своей работе бумажными самолётиками, как моделями для испытаний» . Чтобы познакомиться с техникой складывания бумаги, обратились к книге по технике оригами , где подробно были описаны условные обозначения в схемах выполнения моделей бумажных фигур. В книге с экспериментами получили информацию о самолётных соревнованиях и об успехах в этой области, которые признаёт весь мир. Чтобы познакомиться с разными видами самолётиков, их особенностями, составить сборник моделей, нашли информацию в Интернете на сайтах , , , также в книге – сборнике схем . Также пользовались видео в сети Интернет с пошаговой инструкцией сборки сложных моделей. В построении самолётиков есть свои особенности, которые нужно знать каждому начинающему авиаконструктору. С этими требованиями познакомились в пособии для кружков по авиамоделизму . Что нужно знать, чтобы самолётик летел далеко и долго, как выбирать модели для соревнований на скорость и время полёта, узнали из книг, с подробными инструкциями, требованиями при проведении соревнований , , . В Большой иллюстрированной энциклопедии прочитали, что занимаются бумажным самолётостроением и дети, свои модели самолётиков они печатают в сборниках. Ещё узнали, что в соревнованиях по запускам самолётиков, зафиксированных и записанных в книгу рекордов Гиннеса, нет русских имён. После работы с источниками информации только Интернет помог ответить на вопросы, как корректировать полёт самолётика, какие есть способы броска модели . В книге автор показывает различие самолётов по дальности и длительности полёта. Можем сказать, что для раскрытия темы достаточно использованных источников.

План исследования:

1. Найти информацию о появлении первых бумажных самолётиках.

2. Найти информацию, описывающую бумажные самолётики, как летательные аппараты.

3. Выбрать и изготовить модели бумажных самолетов. Провести испытания их в полете, с целью определения их летных качеств (дальности и точности в полете, времени в полете), способа запуска и простоты исполнения.

4. Составить пособие по сборке моделей бумажных самолетов.

5. Провести соревнование по запуску бумажных самолётов среди 7-8 классов (приложение 1).

6. Провести мастер-класс по созданию бумажных самолетов для учащихся 4-х классов (приложение 2).

ГЛАВА I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУМАЖНЫХ САМОЛЁТИКАХ

1. Когда был придуман первый бумажный самолётик?

Сегодня бумажные самолеты делают не только дети, но и серьезные авиастроительные компании – инженеры и дизайнеры. Первый бумажный самолетик был создан около 2 000 лет назад. Считается, что первыми, кто придумал делать самолетики из бумаги, были китайцы, которые также увлекались созданием летающих змеев из папируса. Ещё в 1754 г. М. В. Ломоносов сконструировал и построил одну из первых авиамоделей – вертолёт. В 1876—77 гг. А. Ф. Можайский создавал модели самолёта и демонстрировал их полёты. На моделях он изучал основы полёта, исследовал поведение отдельных элементов конструкции, на основании чего построен первый в мире самолёт. Попытки изготовить игрушечный самолетик из бумаги впервые были зарегистрированы в 1909 году, на Британских островах. Подобная конструкция описывалась в одном из журналов, посвященных досугу. Однако это была все же клееная конструкция со вставками из плотного картона. Применение авиамоделей помогло Н. Е. Жуковскому открыть законы движения тел в воздухе. Он первый организовал соревнования летающих моделей 2 января 1910 г. в Москве, на которых лучшая модель пролетела 170 м.

Простейший самолётик из бумаги, который для своего складывания требует лишь шесть операций, был изобретен известным авиаконструктором Джеком Нортропом в 1930 году. . Знакомый с японским искусством оригами, известный инженер крайне заинтересовался возможностью создания по такой схеме модели самолёта.

У бумажного самолётика, как у модели, имелось множество преимуществ. Его легко было изготовить в любых необходимых количествах при фактически нулевых затратах на материалы и на работу. Так как бумажный самолётик был чрезвычайно прост и доступен в изготовлении, довольно быстро эта забава завоевала весь мир. В Соединенных Штатах Америки довольно популярны соревнования конструкторов бумажных самолётиков, которые привлекают не только детей, но и взрослых людей . Кен Блэкберн, мировой рекордсмен, создал модели, которые били рекорды по дальности и времени полета, доказал о том, что маленький самолетик – это точная копия большого. По наблюдениям за формой самолёта и внешним видом модели, находим значительное сходство:

Самолёт-дальнобойщик Самолёт «Конкорд»

Самолёт-невидимка F-117 Бомбардировщик СУ-35

Кен Блэкберн впервые познакомился с конструкцией бумажных самолетиков в возрасте 8 лет во время посещения любимой авиационной секции. И заметил, что самолеты с большим размахом крыла летают лучше и выше обычных самолетов-дротиков. Экспериментируя на протяжении многих лет с различными моделями базового самолета, сделанного из квадратного листка бумаги, он узнавал о понятиях, с которыми не сталкивается большинство людей. Например, он делал дырочки в крыльях, чтобы воздух не «прилипал» к поверхности крыла; позже крошечные отверстия были заменены горизонтальными складками крыла, которые, в конечном счете, уступили место диагональным складкам.

Самолетик «Планер», хоть и выглядит совершенно неуклюжим, хорошо планирует, поэтому на чемпионате мира пилоты из некоторых стран запускали его на самое долгое время полета. Мировой рекорд планирования сейчас 27,6 секунды. Его установил Кен Блэкберн .

Плотный самолетик-дротик с узкими крыльями был фаворитом чемпионата мира — 2012. Именно с таким самолетиком пилот из Чехии Томаш Бек занял первое место.

Таким образом, бумажные самолётики были придуманы очень давно, но самый простой самолётик, который мы все знаем, был изобретён известным авиаконструктором ещё в 1930 году, также множество других с разными лётными качествами. Самолёт «Планер» на чемпионатах мира занимал 1 место на самое долгое время полёта. Самолёт – дротик – 1место на долгое расстояние. В своём исследовании мы будем использовать такие модели.

ГЛАВА II. ИСПЫТАНИЯ БУМАЖНЫХ САМОЛЁТИКОВ

1. Сбор информации о девяти моделях самолётиков

а) Самолёт «Меченосец»

Молниеносный сверхзвуковой самолёт. Самый быстрый самолётик. Его остроконечное исполнение уже подразумевает скорость полёта. Исполнение данной модели требует высокой точности исполнения загибов на листе бумаги, она должна получиться симметричной. 
б) Самолёт «Скат»

Самая загадочная модель, её морской стиль привлекает внимание. Изготовление данного бумажного самолёта является довольно сложным, с точки зрения технологии сборки.

в) Самолёт «Соколиный глаз»

Модель не очень быстрого, но довольно оригинального по своему дизайну и конструкции самолёта. Простой на вид , но сделать его сможет человек с умелыми руками.

г) Самолёт «Быстрый»

Самая быстрая модель самолёта из бумаги. Лидер скорости и мощи дизайна. Несмотря на то, что данная модель самолётика выполнена из бумаги, он может преодолеть значительное расстояние по воздуху.

д) Самолёт «Пиранья»

Очень скоростная модель из бумаги. Показывает крутые виражи. Его остроконечное исполнение и поднятые крылья подразумевает скорость полёта. Исполнение модели является довольно трудоёмким занятием и требует точности исполнения загибов на листе бумаги.

е) Бумажный самолётик «Ястреб»

Самая распространённая модель самолёта из бумаги, прост в изготовления. Причём скоростные показатели полёта, не уступают и более мощным моделям. Главная задача при изготовлении данной модели бумажного самолётика, это соблюсти точную симметрию крыльев.

ж) Самолёт «Золотое жало»

Эта модель бумажного самолётика имеет самую широкую площадь крыльев, за счёт этого она может планировать с минимальным уклоном очень продолжительное время. Изготовление данной модели самолётика из бумаги не представляет особой сложности, однако, требуется очень точная симметрия крыльев.

з) Самолёт «Зелёный тигр»

Стратегический бомбардировщик дальнего действия. Его внешний вид вызывает заслуженное уважение. Загнутые сверху крылья придают данной модели законченный внешний вид и позволяют так же увеличить скорость полёта. Стремительное перемещение в пространстве даёт ей жизнь.

и) Самолёт-истребитель «Стилет»

Его скорость и плотность конструкции позволяет даже идти на таран, благодаря специальной конструкции носовой части. Плотна не только носовая часть, но и вся конструкция самолёта.

Таким образом, перед нами 9 разных самолётиков. У них разные крылья, носы и хвосты. И уже по описанию видим, что лётные характеристики меняются. Это даёт нам возможность выбрать самолёт для испытаний. Мы поняли, что с узким острым носом, загнутыми вверх узкими крыльями, будем брать на дальнее расстояние. С широкими крыльями, тупым носом – на большее время в полёте. Это даст нам возможность проверить гипотезу.

2.Оценка сложности сборки моделей разных видов (табл. 1).

Таблица 1 Оценка по сложности сборки моделей

Таким образом, собирать модели не просто, как кажется на первый взгляд. Из 9 моделей самой сложной по выполнению была модель «Пиранья». Помощь оказывали старшеклассники. После этого мы смогли сами собирать более сложные модели. У модели «Соколиный глаз» трудно было сделать нос. Модели «Стилет», «Меченосец», «Зелёный тигр» имели много сгибов, поэтому толщина бумаги вызывала некоторые проблемы в выполнении. Разобраться со схемой выполнения модели было достаточно трудно всем, приходилось переделывать по несколько раз, тем самым сгибы на бумаге были неровными, и нужно было все начинать сначала. Мы поняли, что при сборке моделей очень важно симметрично выполнять сгибы, это требует определенной сноровки и навыков. Самыми простыми в выполнении были модели «Ястреб» и «Золотое жало». Модели «Скат» и «Золотое жало» имеют одинаковое начало выполнения по схеме, но отличаются выполнением носа самолётика.

3. Проведение экспериментов

Эксперимент 1: определить зависимость дальности полета бумажного самолетика от модели и способа запуска (табл.2)

Таблица 2 Зависимость дальности полета от моделей и способа запуска

Таким образом: очень много зависит от способа запуска моделей, его для каждой модели приходилось подбирать индивидуально. Модели «Планер», «Меченосец», «Стрела», «Феникс» с острым носом нужно бросать рывком. Лучше всех вела себя при запуске на дальность полета модель «Стрела». Чтобы отправить этот самолет на максимальную дистанцию, нужно как можно сильнее бросить его вперед и вверх под углом примерно 45ᴼ. Она летела прямо, красиво, поднимаясь вверх и плавно опускаясь на пол. Модель «Пиранья» с первой попытки могла подвести, потому что выполняла при неправильном броске крутые виражи. Самой сложной по запуску оказалась модель «Рекордсмен», пока мы не поняли, что рывком её запустить нельзя, модель летела то назад, то вперёд. Для этой модели подошёл способ запуска вверх и плавно.

Эксперимент 2: выбор бумаги для выполнения моделей (табл.3)

Модель «Планер» была выполнена из четырёх видов бумаги.

Таблица 3 Выбор бумаги

Таким образом, из тетрадных листов в клеточку выполнять модель оказалось проще, чем из офисной бумаги, и при испытаниях она показала хорошие результаты. Лист из дневника оказался тонким, и результаты запуска оказались неважными. Из бланка бухгалтерского журнала самолётик показал лучшие результаты, но такой бумаги у нас не было в достаточном количестве.

Мы остановились на том, что для соревнований лучше всего подойдет обычная офисная бумага, так как модель, сделанная из неё, при испытаниях показывает хорошие результаты по времени и дальности полёта.

Эксперимент 3: сравнить лётные качества трёх моделей простейшего самолёта с небольшими изменениями в последовательности складок.

Модель № 1

Модель №2.

Модель №3.

Таким образом, изменяя последовательность выполнения складок у классических моделей самолёта, меняется дальность полёта. 1 модель:1м. 2 модель:2 м 50 см. 3 модель:3 м 90 см.

Эксперимент 4: на модели «Планер» изучим лётные качества, изменяя элементы модели.

Таблица 4 Летные качества «Планера»

Таким образом, уплотнение носа ведёт к увеличению дальности полёта модели. Рули поворота приводят к поворотам налево и направо. Когда отогнём крылья, у самолёта появляются стабилизаторы, и он полетит ровнее. Хвост обеспечивает волнообразный полёт.

4. Советы юным авиаконструкторам

Сделав большое количество самолётиков, запуская их в очередной раз, мы накопили опыта и можем давать советы :

1. Для бумажного самолетика длинные крылья не нужны, поскольку они утяжеляют его.

2. Идеальный самолетик должен быть длинным и узким, как стрела, тогда он пролетит большее расстояние.

3. Бумага должна быть сложена так, что нижняя поверхность самолетика была ровной и горизонтальной, тогда увеличится дальность полета.

4. Маленькие поверхности крыльев, сделанных из двух или нескольких слоев сложенной бумаги, лучше сохраняют форму при скоростном запуске.

5. Если передвинуть крылья вперед, можно сочетать в одной конструкции наиболее ценные характеристики бумажного самолетика.

6. Лучшие лётные характеристики у моделей, центр тяжести которых смещен к носу.

7. Чем легче материал, тем лучше будет летать авиамодель.

8. Сгибы следует делать ровными и тщательно проглаживать, соблюдая симметрию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наша задача не просто собрать из бумаги самолёт, а сделать так, чтобы он летал долго и далеко. В результате исследования, после проведённых экспериментов, мастер-класса, соревнования, цель «выяснить, какая из моделей самолётов обладает наилучшими лётными характеристиками» достигнута.

• Были изучены 10 источников: энциклопедии, книги по бумажному моделированию. Много информации было получено в Интернете, 6 сайтов.

• Мы выбирали сложные при выполнении самолёты, и их получилось около 50. Сначала познакомились с описанием 9 моделей, чтобы иметь представление о строении самолёта, потом попытались сделать их. Вместе со старшеклассниками разбирали схемы. Собирать модели оказалось совсем не просто, как показалось на первый взгляд.

• В ходе 5 экспериментов выяснили, что для того чтобы запустить самолет на максимальную дистанцию – нет стандартного подхода. Для каждой модели пришлось находить свой способ. Самолёты, похожие на дротики, нужно как можно сильнее бросить вперед и вверх под углом ≈ 45ᴼ. Модели, которые предназначены для планирования, приходилось запускать почти горизонтально или под небольшим углом вниз.

• Проведённый мастер-класс, показал, что от формы крыла зависят лётные характеристики. Мы доказали своё предположение, гипотеза подтвердилась.

В ходе соревнования максимальную дальность полёта показала модель «Немеза» 12 м и «Планер» 10 м. из бумаги А4. Также выяснилось, что самой большой длительностью полёта обладает модель «Ворон» 4, 28 с.

Столкнувшись с такими трудностями при исследовании обычных бумажных самолётов, теперь понимаем, как сложно работать авиаконструкторам. Конструирование самолетика позволит интересно скоротать время, а запускание в помещении поможет развлечься в пасмурные дни. Ну, а если в школе на уроке пролетит самолётик, не ругайтесь, пожалуйста, может кто-нибудь в будущем из нас станет настоящим конструктором.

Список литературы

1. Антонов О.К., Патон Б.И. Планеры, самолеты. Наук. Думка, 1990. – 503 с.

2. Афонькин С. Бумажные летающие модели. С-Петербург, изд-во Участие, 1993 г.-20 с.

3. Большая книга экспериментов для школьников. – М.: «РОСМЭН-ПРЕСС», 2007.- 456 с.

4. Бумажные самолетики. – М.: // Новости космонавтики. – 2008.- 16 с.

5. Вье Оливье. Оригами: самолеты из бумаги. - М., Просвещение, 2007.-34 с.

6. Микортумов Е.Б., Лебединский М.С. Авиамоделизм; Сборник статей. Пособие для руководителей авиамодельных кружков. – М.: Учпедгиз, 1960. – 144 с.

7. Никулин А. П. Сборник лучших моделей из бумаги. М.: Терра, Книжный клуб, 2005.- 68.

8. Свищев Г.П. Авиация: энциклопедия. – М.: «РОСМЭН-ПРЕСС», 2007.- 348 с.

9. Твори, выдумывай, пробуй!./ Сост. М.С. Тимофеева. – М.:Просвещение,1981.-111с.

10. Хочу всё знать!: Большая иллюстрированная энциклопедия интеллекта. 2008г.-234 с.

11. Модели бумажных самолётиков – 21 штука! http://www.tavika.ru/2012/04/21.html

12.Как складывать самолётик из бумаги? http://iz-bumagi.com

13. Как сделать бумажный самолётик http://bebi.lv/

14.Как сделать бумажный самолётик, который долго летает http://prostochek.ru

15.Бумажный самолёт http://just-kids.ru

16. Как и когда появились первые самолётики из бумаги http://opodelki.ru

Приложение 1. Положение о соревновании «Лети, мой самолётик»

Представители от 7,8-ых классов соревновались в следующих категориях: дальность полёта, длительность полёта, креативность полёта.

Таким образом, в соревновании «Лети, мой самолётик» победитель в номинации «дальность» самолёт «Немеза», «длительность»- самолёт «Ворон», «креативность»- самолёт «Стрела».

Приложение2. Мастер-класс по изготовлению бумажных самолётиков

Цель: Исследовать зависимость полета бумажного самолета от формы крыла.

Задачи:

• Сконструировать три бумажных самолета с разной формой крыла: треугольной, трапециевидной, стреловидной.

• Пронаблюдать за полетом каждого бумажного самолета (отметить дальность полета и траекторию)

• Сформулировать выводы о полете бумажного самолета в зависимости от формы крыла.

Таким образом, траектория и дальность полета самолета зависит от формы крыла. Самолёт «Гларт» со стреловидной формой крыла пролетел дальше всех. Каждый из самолётов при испытании показывал разную траекторию полёта.