Особенности конструкции бумажного самолета, влияющие на дальность и длительность полета

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Солнечная средняя общеобразовательная школа»

Исследовательская работа

«Особенности конструкции бумажного самолета,

влияющие на дальность и длительность полета»

Выполнила:

Поддубная Ирина Евгеньевна,

ученица 7го класса

Руководитель:

Соломатова Марина Витальевна,

учитель физики

с. Солнечное, 2018 г

Введение

Однажды, пуская с одноклассниками на перемене бумажные самолетики, я заметала, что дальность полета и его продолжительность различна. Поэтому я задалась вопросом, как форма самолета влияет на его полет. Поэтому тема моей работы звучит так: «Изучение особенностей конструкции бумажного самолета, влияющие на дальность и длительность полета».

Проблемный вопрос: какая модель самолетика летит дальше и дольше?

Гипотеза: если при моделировании изменять форму крыла и носа бумажного самолетика, то изменится дальность и продолжительность его полета.

Объект исследования: бумажные модели самолетов.

Перед собой я поставила цель: исследование дальности полета бумажных самолетиков различной формы.

Для достижения поставленной цели, нужно выполнить следующие задачи:

1. Изучить историю возникновения бумажных самолетов;

2. Определить принцип работы бумажного самолета;

3. Провести классификацию конструкций бумажных самолетов:

4. Сравнить дальность полета и его продолжительность у самолетов разной конструкции.

В своей работе я применяла следующие методы исследования:

1. Анализ прочитанной литературы;

2. Моделирование из бумаги

3. Исследование полетов бумажных самолетиков.

Бумажный самолёт (самолётик) — игрушечный самолёт, сделанный из бумаги. Он является наиболее распространённой формой аэрогами, одной из ветвей оригами (японского искусства складывания бумаги).

Аэрогами – современное название изготовления и запуска бумажных моделей самолетов.

Считается, что использовать бумагу для создания игрушек, как полагают учёные, начали 2000 лет назад в Китае, где изготовление и запуск воздушных змеев были популярны. Было ли это зарождением современных бумажных самолётов, мы точно сказать не можем.

Более распространена версия, что создателем бумажного самолета является английский художник и инженер Уоллис Ригби. Он в 1930-х годах спроектировал свой первый бумажный самолет. Эта идея показалась интересной нескольким издательствам, которые начали с ним сотрудничать и публиковать его бумажные модели, которые довольно просто было собрать. Стоит отметить, что Ригби старался делать не просто интересные модели, но и летающие.

В это же время Джек Нортроп использовал несколько бумажных моделей самолетов и крыльев для тестирования. Это делалось перед созданием настоящих больших самолетов.

Однако еще до них в своем стремлении построить первый летательный аппарат, способный перевозить человека, братья Райт использовали бумажные самолеты и крылья в аэродинамических туннелях.

Рисунок 1 – Братья Райт и их бумажный самолет.

Так же как и Леонардо да Винчи - величайший художник и гениальный ученый при изобретении орнитоптера (летательного аппарата) использовал бумагу.

В наши дни бумажная авиация, или аэрогами, получила мировую известность. Каждый человек знает, как сложить элементарный самолетик и запустить его.

Рисунок 2 – Фотография Джона Кнудсена Нортропа.

Во время Второй мировой войны, бумага была более доступна, поэтому и стала популярной в качестве материала для 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" [1]. В итоге, эта книга, на многие годы стала очень популярной среди детей и взрослых. В ней можно было узнать об истории самолетостроения, а также о бумажном моделировании. Все бумажные модели были оригинальными, к примеру, даже можно было найти летающую модель из бумаги самолета "Як".

В настоящий момент существуют даже состязания по запуску бумажных самолетов. В 1989 году Энди Чиплинг основал Ассоциацию бумажного авиастроения. Многие годы он с друзьями занимался созданием бумажных моделей. Также он написал правила по запуску бумажных самолетов. Например, при создании самолетика должен использоваться лист бумаги формата А-4. Самолет может только сгибаться, не разрешается его резать или клеить, а также использовать другие предметы для соединения деталей, например, скрепки.

В 2006 году был проведён первый чемпионат по запуску бумажных самолётов. Соревнования имеют три направления: самая длинная дистанция, самое долгое планирование и аэробатика. Аэробатика – это демонстрация фигур высшего пилотажа зрителям. Может выполняться на разных видах летательных аппаратов.

Самый продолжительный полет бумажного самолета состоялся 19 декабря 2010 года, и был запущен он японцем Такуо Тода, который является главой Японской ассоциации самолетиков-оригами. Длительность полета его модели, запущенной в городе Фукуяма, префектура Хиросима, составила 29,2 секунды.

Бумажные самолеты можно делать различных форм. Согласно рекордсмену Кену Блэкбурну, самолетики, сделанные в форме буквы "X,", обруча или футуристического космического корабля, могут летать, как и простые бумажные самолеты, если их сделать правильно.

Существует много видов бумажных самолетов, все они имеют различную форму, а значит, летают по-разному. В некоторых источниках предлагается до 21 вида различных самолетов [2]. Они очень интересны, а некоторые требуют большого терпения и сноровки, чтобы их сделать. В своей работе я рассмотрю лишь некоторые из них.

Первый вид самолета самый известный и самый простой ‑ планер. Различают планеры с тупым и острым носом Чаще всего такой самолет складывают дети и взрослые.

Рисунок 3 – Складывание планера с тупым носом.

Следующий самолет называется стрела. Он имеет острую и длинную форму носа. Складывается он в 6 этапов:

Основная складка делается так: расположив бумагу короткой стороной к себе, загните левый или правый край бумаги так, чтобы он совпал с противоположным краем, и разгладьте складку.

Разверните бумагу и сложите левый верхний угол так, чтобы он коснулся основной складки, расположенной по центру, затем повторите это действие для правого верхнего угла.

Согните образовавшийся угол по линии, где заканчиваются края загнутых до этого углов, чтобы стороны, которыми эти углы соединяются со складкой по центру, были внутри.

Ещё раз повторите пункт 2, но теперь стороны углов сверху должны немного не доходить до центральной складки, то есть идти наискосок, при этом они не должны полностью закрывать ранее сложенный треугольник.

Загните маленький выглядывающий уголок так, чтоб он держал сложенные вами углы.

Теперь согните самолётик пополам этим треугольником наружу, согните стороны к основной складке и запускайте. Самолет-стрела готов (рис.4).

Рисунок 4 – Складывание самолета-стрелы.

Следующие модели самолетов более сложные, и не так просты в складывании, как предыдущие. Например, такие как «соколиный глаз», «меченосец», «скат» и другие.

Рисунок 5 – Складывание самолета «Соколиный глаз» и «Меченосец».

Конечно, эти виды бумажных самолетов не только сложные, но и получаются красивые.

Все представленные модели собираются без клея, ниток, и разрезов бумаги. Как и должно быть на состязании бумажных самолетов.

Принцип работы бумажного самолета основан на том же, что и полет обычных самолетов.

Крыло самолета, который взлетает, создает силу, толкающую его вверх, то есть, в небо. Она носит название подъемной силы самолета [3].

Если высунуть руку в окно, находясь в движущемся автомобиле, раскрыть ладонь по направлению движения и прижать пальцы друг к другу, немного задрав их вверх, вы обязательно почувствуете, что поток воздуха толкает вашу руку вверх. Это и есть реактивная подъемная сила.

Рисунок 6 – Действие подъемной силы.

Крыло при движении образует индуктивное сопротивление крыла, создавая вытянутый вращающийся вихрь, из-за перетекания потока воздуха через законцовку, с нижней на верхнюю поверхность крыла

Чем больше подъемная сила, тем больше сопротивление.

Законцовка крыла может быть видоизменена. Она не только не будет способствовать перетеканию, но может стать преградой (в механическом или аэродинамическом плане) на его пути.

А почему летает бумажный самолет, ведь у него нет такого профиля крыла как у настоящего?

Крыло ровное, но во время полета оно располагается под некоторым углом к потоку воздуха, отчего возникает примерно тот же эффект, что и у профильного крыла, т.е. образуется угол атаки (угол между строительной осью самолета и вектором скорости).

Еще важным моментом в «бумажной авиации» является расположение центра тяжести. Бумажным самолетиком можно управлять, как настоящим. Например, скорость и траекторию полета можно корректировать, сгибая заднюю часть крыла подобно настоящим закрылкам, слегка поворачивая бумажный киль.

Бумажных самолетиков существует много видов и каждый имеет свойственные его конструкции характеристики полета. Основными отличиями в конструкции можно назвать такие моменты: площадь крыла, его размах, форма крыла и самолетика (остроносые с узкими крыльями или более широкими). Как мы помним, на наш бумажный самолетик влияют те же силы что и на настоящий. А значит, что самолет с широкими крыльями и профилем будет дольше держаться в воздухе, так как благодаря большей площади крыльев у него будет большая подъемная сила.

Более подробно данные физические понятия, связанные с запуском бумажных самолетов мне предстоит изучить на уроках физики в старших классах.

Что же влияет на дальность и продолжительность полета помимо основных факторов: формы, веса, размера, прочности? Существуют еще масса причин, которые могут повлиять на полет самолетика. Это такие факторы как, например погодные условия: сильный ветер, снег, дождь, температура воздуха, атмосферное давление. Естественно, что при сильном ветре наш бумажный самолетик далеко не улетит, его просто сдует. А при сильном дожде он моментально промокнет или даже если дождь крупный, то его просто собьет.

В своей работе бумажные самолеты мы запускали в помещении, поэтому действие погодных условий на полет бумажного самолета не рассматривались.

Итак, для изучения зависимости дальности и времени полета бумажного самолёта от формы самолета, угла бросания. Были выполнены 3 моделей самолетов:

1. Планер 1 (с тупым носом);

2. Планер 2 (с острым носом);

3. Стрела.

Эксперимент №1.

1.1. Исследование дальности полета и времени полета без учета угла бросания.

Вывод 1: Дальность и время полета зависит от формы самолета.

1.2. Исследование дальности полета и времени полета при запуске под углом 45°.

Вывод 2: Бросание под углом увеличивает дальность и время полета самолета.

Для того чтобы достичь высоких результатов, необходимо овладеть правильной техникой броска. Чтобы отправить самолет на максимальную дистанцию, нужно как можно сильнее бросить его вперёд и вверх под углом примерно 45 градусов.

Эксперимент №2.

2.1. Исследование дальности полёта для моделей с различными сортами бумаги: офисная бумага, тетрадный лист и газетная бумага

Вывод 3: Дальность и время полета зависят от сорта бумаги.

• Из тетрадных листов выполнять модели проще, чем из офисной или газетной бумаги, но при испытаниях они показывают не очень высокие результаты;

• модели, выполненные из газетной бумаги, очень красиво летят;

• для получения высоких результатов по дальности полета больше подходят модели из офисной бумаги.

Результаты: Самолетик из офисной бумаги за короткое время пролетает большее расстояние, развивает большую скорость.

В результате работы я исследовала дальность полета бумажных самолетиков различной формы.

В ходе работы я ознакомилась с историей появления бумажных самолетов. Также я выяснила, почему летает бумажный самолет. Все дело в подъемной силе, которая действует на любое парящее тело.

С помощью проделанных мною экспериментов я выяснила, что дальность полета зависит от формы самолета, а также от сорта бумаги, из которой он изготовлен.

Например, самолетик из офисной бумаги за короткое время пролетает большее расстояние, развивает большую скорость.

На дальность и время полета также влияет угол броска самолета. Эксперимент показал, что брошенные под углом 45° самолеты летят дальше и дольше, чем самолеты, брошенные параллельно горизонту.

Итак, поставленная цель достигнута, задачи выполнены. Оказывается за пусканием бумажных самолетов стоит не только детская игра, но и важные законы физики. Эти законы можно изучать на таком интересном и наглядном примере, как бумажный самолет.

1. Анохин, П.Л. Бумажные летающие модели. ‑ М.: ДОСААФ, 1959. — 112 с.

2. Модели бумажных самолетиков [Электронный ресурс] – URL: http://www.tavika.ru (дата обращения: 23.11.18).

3. Как это работает/ авт.-сост. А.Н. Евсеевичева. – ОЛМА Медиа Групп, 2014. – 63 с.: ил

4. Википедия [Электронный ресурс] – URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Бумажные самолётики (дата обращения: 23.11.18).