Исследовательская работа на тему: Что удерживает самолёт в воздухе, почему он летает?

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Трудармейская средняя общеобразовательная школа»

Научно - практическая конференция обучающихся

«Эрудит - 2016»

Секция «Юный исследователь»

Что удерживает самолёт в воздухе,

почему он летает?

Выполнили:

Попов Никита,

Шаймухаметов Кирилл,

ученики 5-а класса

Руководитель:

Попов Александр Николаевич,

учитель технологии

Прокопьевский район

2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………...…………………………………………………………...3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

1.1.История возникновения авиации ……………………………………………5

1.2. Самолёт и его управление…………………………………………………...6

1.3.Появления первых бумажных самолетов………………………………...….8 ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Изготовление бумажных самолётов из бумаги по схемам…………….....11

2.2.Запуск бумажных самолётов, наблюдение за дальностью полета, временем полёта, эробатикой в зависимости от формы крыла……………...11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….....14

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………..…………………………...............15

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ……………..……..………………………………………....16

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире летательные аппараты заняли почетное место, они помогают людям преодолевать большие расстояния, перевозят почту, лекарства, гуманитарную помощь, тушат пожары и спасают людей. Так кто же построил первый в мире самолет и совершил на нем полет? Почему самолет такой большой и тяжелый может держаться в воздухе, летать, словно птица? Какая сила помогает самолёту держаться в воздухе? На эти вопросы мы решили найти ответы в своей исследовательской работе.

Объект исследования: модели самолетов.

Предмет исследования: условия, при которых самолёт летает.

Гипотеза исследования: предположим, что самолет может летать благодаря силе, которая удерживает его в воздухе, и она зависит от формы крыла.

Цель исследования: исследование условий полётов бумажных самолётиков.

Задачи:

1. Изучить теоретический материал по истории возникновения авиации, появление первых бумажных самолётиков.

2. Изготовить различные модели бумажных самолётов.

3. Произвести запуск бумажных самолётов, изучить дальность полета, время полёта, эробатику в зависимости от формы крыла.

4. Проанализировать полученные результаты.

Методы исследования:

1. Анализ литературы.

2. Наблюдение.

Методы практической деятельности:

1. Моделирование.

2. Проведения опытов.

Практическая значимость работы: результаты данной работы могут быть использованы на уроках физики, во внеурочной деятельности.

Этапы исследования:

1. Теоретический – изучение литературы и информации из интернет – ресурсов по истории возникновения авиации, появление первых бумажных самолётиков.

2. Практический - провести запуск бумажных самолётов.

3. Обобщающий - изучить дальность полета, время полёта, эробатику в зависимости от формы крыла и проанализировать полученные результаты.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

1.1 История возникновения авиации

С древних времён небо манило людей. Они завидовали птицам и очень хотели летать.

Даже художник Леонардо да Винчи занимался вопросами полетов. Ещё в 1505 году он написал работу «О летании птиц». Здесь он обращает внимание на то, что всякое тело – в том числе и птица, – двигаясь в воздухе, испытывает сопротивление.

Люди стали замечать, что вверх поднимается не только дым, но и нагретый воздух. Первыми воздушный шар изготовили братья Монгольфье. Первому, кому удалось подняться в воздух, это был француз Жан Пилатр де Розье. В 1783году он взлетел на воздушном шаре. Этот шар не был управляемым и просто летел по ветру. Куда ветер, туда и шар. А люди хотели летать туда, куда им надо.

Через сто лет появились управляемые воздушные шары – дирижабли (рис.1). Они наполнялись лёгким газом, в них устанавливался двигатель с пропеллером. Двигатель придавал дирижаблю скорость и позволял держаться нужного направления. Дирижабль имел вытянутую, овальную форму – это увеличивало его скорость.

Рисунок 1 – Дирижабль

Затем появились управляемые аэропланы. На них устанавливали двигатели, которые работали на бензине. Эти двигатели напоминали автомобильные. Аэропланы могли совершать длительные полёты.

Немецким ученым Отто, начиная с 1891 года, были построены более 20 планеров, и он совершил на них более 2-х тысяч полётов.

17 декабря 1903года братьями Райт построили первый настоящий самолёт «Флайнер» (рис.2). Первый полёт продлился на расстоянии в 37 метров и продолжался 12 секунд.

Рисунок 2 – «Флайнер»

Так родилась авиация (от латинского «авис» - птица). Вскоре появилась аэродинамика – наука, которая изучает движение воздуха и его взаимодействие с движущимися в нём телами. В развитии этой науки у нас в стране выдающуюся роль сыграл профессор Николай Егорович Жуковский – «отец русской авиации». Первая международная пассажирская авиалиния открылась в 1919году между Парижем и Брюсселем.

В 1949 году был создан первый пассажирский самолёт британский «Кометаде Хавиланда». Быстрые реактивные самолёты в одну минуту доставляли больных и раненых, политиков и господ. В этих самолётах были турбореактивные двигатели.

1.2 Самолёт и его управление

Вес самолета огромен, так что его удерживает в воздухе, почему он летает?

Наш руководитель Александр Николаевич дал нам задание: взять со стола монетку в руку, не касаясь руками, при этом никакими предметами пользоваться нельзя. Помощи просили у своих одноклассников. В результате нашли ответ: просто нужно дунуть на монету. Монетка оторвётся от стола и прыгнет в ладошку. «Это физика с принципом Бернулли», - объяснил педагог. Изучив литературу, мы узнали, что закон Бернулли был открыт в 1700 году швейцарским физиком Даниилом Бернулли и звучит следующим образом: давление жидкости и газа уменьшается с увеличением его скорости.

Рисунок 3 – Швейцарский физик-универсал, механик и математик Даниил Бернулли

Чтобы лучше усвоить закон Бернулли провели опыт: включили фен для укладки волос и над потоками воздуха удерживали теннисный шарик. Затем при помощи пылесоса повторили опыт. Движущийся воздуха мы использовали, чтобы удержать шарик.

Так мы поняли, как возникает подъёмная сила для летательного аппарата тяжелее воздуха.

Во время полёта крыло самолёта как бы разрезает воздушный поток на две части. Одна часть обтекает верхнюю поверхность крыла, а другая нижнюю. Форма крыла такова, что верхний поток должен преодолеть больший путь для того, чтобы соединиться с нижним в одной точке. Значит, он двигается с большей скоростью. А раз скорость больше, то и давление над верхней поверхностью крыла меньше, чем под нижней. За счёт разности этих давлений и возникает подъёмная сила крыла.

Во время набора самолётом высоты возрастает разница давлений, а значит, увеличивается и подъёмная сила, что позволяет самолёту подниматься вверх.

Нам стало понятно, зачем самолету крылья! Именно они удерживают его в воздухе. Крыло самолёта сверху изогнуто сильнее, чем снизу. Во время полёта воздух обтекает его сверху быстрее. Поэтому давление воздуха над крылом меньше, чем под ним и именно это создаёт подъёмную силу и толкает крыло вверх.

Сила движущегося воздуха используется для того, чтобы управлять самолетом. Управление самолётом также осуществляется с помощью системы подвижных закрылков и элеронов, расположенных на крыльях самолёта и хвостового руля высоты. Если они будут установлены под углом, то будут создавать препятствие для воздушного потока, в результате чего самолёт будет поворачивать или наклоняться. Для того чтобы оставаться в воздухе, самолёт должен быть всё время в движении, его крылья должны рассекать воздух для создания подъёмной силы. Другими словами, самолёт не может летать, если не будет двигателей, которые создают тягу. А для того, чтобы оторваться от земли и подняться в воздух, самолёт должен сначала промчаться на большой скорости по земле.

Таким образом, неравное давление воздуха, возникающее благодаря форме крыльев самолёта, порождает силу, которая называется подъёмной. Благодаря этой силе самолёт может летать.

1.3 Из истории бумажных самолетов

Нам стало интересно, а бумажные самолётики летают, как настоящие самолеты, или здесь мы имеем дело с другим принципом?

Оказывается, что пускание самолетиков  - целая наука. Родилась она в 1930 году, когда Джек Нортроп – сооснователь компании Lockheed Corporation, использовал бумажные самолётики для тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов.

Во время второй мировой войны, правительства многих государств ограничивали использование таких материалов, как пластик, металл и дерево, так как они считались стратегически важными. Бумага стала общедоступной и очень популярной в индустрии игрушек. Именно это сделало бумажное моделирование популярным.

В СССР бумажное моделирование было также очень популярно. В 1959 году вышла в свет книга П. Л. Анохина «Бумажные летающие модели». В итоге, эта книга, на многие годы стала очень популярной среди моделистов. В ней можно было узнать об истории самолетостроения, а также о бумажном моделировании. Все бумажные модели быль оригинальными, к примеру, можно было найти летающую модель из бумаги самолета «Як».

Согласно Ассоциации бумажного самолетостроения, самолет из бумаги, запущенный в открытый космос, не будет летать, он будет планировать по прямой линии. Если самолетик из бумаги не столкнется с каким-нибудь предметом, он может вечно парить в космосе.

Самый большой размах крыльев бумажного самолета составляет 12, 22 см. Самолет с такими крыльями смог пролететь почти 35 метров, перед тем, как столкнулся со стеной. Такой самолет был сделан группой студентов с из Политехнического института в Дельфте, Нидерланды.  Запуск был проведен в 1995 году, когда самолет запустили внутри здания с платформы, высотой 3 метра. По правилам самолет должен был пролететь около 15 метров. Если бы не ограниченное пространство, он бы пролетел намного дальше.

А спортивные состязания по запусканию самолетиков из бумаги проходят на мировом уровне. Придумал их британец Энди Чиплинг. Многие годы он с друзьями занимался созданием бумажных моделей и в 1989 году основал  Ассоциацию Бумажного Авиастроения. Именно он написал свод правил по запуску бумажных самолетов. Для создания самолетика должен использоваться лист бумаги формата А-4. Все манипуляции с самолетиком должны заключаться в сгибании бумаги - не разрешается его резать или клеить, а также использовать инородные предметы для фиксации. Правила соревнований очень простые - команды состязаются по трем дисциплинам (дальность полета, время полета и аэробатика - зрелищное шоу).

Чемпионат мира по запусканию бумажных самолетиков впервые состоялся в 2006 году. Он проходит раз в три года в Зальцбурге, в огромном стеклянно-сферической формы здании, которое называется «Ангар-7». 

Самолётик «Дротик» с узкими крыльями был фаворитом чемпионата мира — 2012. Именно с таким самолетиком пилот из Чехии Томаш Бек занял первое место.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Изготовление бумажных самолётов из бумаги по схемам

Мы тоже изготовили на кружке «Моделирование» бумажные самолётики разных моделей по схемам (приложение 1).

2.2 Запуск бумажных самолётов, наблюдение за дальностью

полета, временем полёта, эробатикой в зависимости от формы крыла

В спортивном зале были произведены запуски бумажных самолетов.

Мы делали самолетики из офисной, цветной, газетной бумаги. Некоторые из них отлично летали, другие сразу падали. Одни самолеты описывали широкие петли, другие - сразу клевали носом, третьи – летели по прямой, а потом падали.

Наблюдая, мы поняли, что для бумажного самолетика длинные крылья бесполезны, поскольку они обвисают и не могут сопротивляться сгибающему воздействию подъемной силы, утяжеляют самолетик и увеличивают сопротивление. Вот почему короткие крылья эффективнее. Лишний вес мешает самолету лететь далеко, и этот вес, как правило, создают крылья, а наибольшая подъемная сила возникает в области крыла, ближайшей к осевой линии самолета. Следовательно, крылья должны быть короткими. Еще один ключевой фактор, который следует принять во внимание, — угол, под которым самолет движется вперед. Воздух должен ударяться о нижнюю поверхность крыльев и отклоняться вниз, обеспечивая действие соответствующей подъемной силы на самолет.

Результаты своих испытаний записали в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты испытаний бумажных самолётов

Продолжение таблицы 1

Дальше всех пролетел самолётик «Стилет», он пролетел 16 метров. Дольше всех находился в воздухе «Меченосец», он был в воздухе 5 секунд. Зрелищное шоу мы наблюдали за самолётиком «Зелёный тигр». Лучше всего самолетики летают, сделанные из офисной бумаги.

Таким образом, изменяя форму крыла бумажного самолетика, можно изменить дальность его полета, время полёта. Это происходит, потому что на крыло действует подъемная сила, которая позволяет самолету лететь.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате нашей работы гипотеза подтвердилась. Мы нашли ответ на свой вопрос «что удерживает самолёт в воздухе, почему он летает?».

Мы узнали, что вопрос полёта волновал людей многие тысячелетия, веками люди создавали летательные аппараты самых немыслимых форм. Также узнали о первых изобретениях и их создателях в области авиации.

Изучив самолёт и его управление, нам стало понятно, как возникает подъёмная сила крыла.

Мы поняли, почему самолёт летает!

Благодаря двигателям, приводящим самолёт в движение, крыльям (форме крыла) и подъёмной силе крыла, которая образовывается из-за разности давлений при поступательном потоке воздуха во время движения самолёта.

Данную исследовательскую работу можно использовать на уроках физики и во внеурочной деятельности.

В дальнейшем хотели бы больше узнать об истории самолетостроения, а также о бумажном моделировании. Планируем создать летающую модель самолета «Як» из бумаги.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гончаренко В.В. Как люди научились летать. – К.: «Веселка», 1998. [Электронный ресурс]. – URL: http://n-t.ru/ri/gn/kl.htm

2. Гальперштейн Л. Я. Транспорт : Научно-популярное издание / Гальперштейн Л. Я., Дыгало В. А., Кудишин И. В. и др. – М.: Росмэн-Пресс, 2009 – 96 с. : ил. – (Детская энциклопедия Росмэн)

3. Стив Паркер Открытие которые изменили мир: Детская литература / – М.: «РОСМЭН» 1994г.

4. Малов В. Я познаю мир. Техника: Детская энциклопедия / В. Малов. – М.: АСТ, Астрель 2004г.

5. Википедия – свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. – URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/.

6. Ермаков А.М. Простейшие авиамодели: Кн. Для учащихся 5-8 кл. : учебник / А.М. Ермаков – М.: Просвещение, 1984 – 160 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1