Проект "Летательные аппараты"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Центр образования №1»

ПРОЕКТ

на тему: «Летательные аппараты»

ученицы 9-б класса

Меркуловой Полины Георгиевны

руководитель проекта: учитель физики

Залученова Инна Владимировна

г. Новомосковск

2020г.

План

Введение

Основное содержание

1. Определение, классификация летательных аппаратов

2. История летательных аппаратов

• Первое упоминание

• Воздушный шар

• Дирижабль

• Воздухоплавание в России

1. Законы воздухоплавания

2. Решение задач (создание брошюры)

Заключение

Список литературы

Введение.

«Воздухоплавание не было ни наукой, ни отраслью промышленности. Оно было чудом» (И.И. Сикарский). Прочитав эти слова, я задумалась над вопросом, как ученые и изобретатели пришли к созданию современных летательных аппаратов, от чего они отталкивались, с какими трудностями сталкивались.

Даже сейчас тема летательных аппаратов актуальна. Они настолько вошли в нашу жизнь, что мы считаем это чудо обыденностью и поставили его на службу человечеству – экстренная эвакуация пострадавших, перевозка грузов, путешествия в любую точку мира, сельское хозяйство, метеослужбы и т.д. А в годы Великой Отечественной войны аэростаты («аэростаты заграждения») сыграли большую роль в противовоздушной обороне Москвы и Ленинграда.

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.

Проблема: Почему люди не летают как птицы?

Цель: изучить историю и возможности летательных аппаратов

Задачи:

• Изучить первые упоминания о летательных аппаратах

• Изучить историю создания воздушного шара

• Изучить историю создания дирижабля

• Изучить историю воздухоплавания в России

• Рассмотреть классификацию летательных аппаратов

• Составить брошюру с задачами на тему «Воздухоплавание»

Этапы работы:

1. Сбор и обработка информации о первых упоминаниях летательных аппаратов (мифы, сказки, первые изобретатели)

2. Сбор и обработка информации о создании, принципе работы современных воздушных шаров, дирижаблей, их применении.

3. Поиск различных задач по теме «Воздухоплавание»

4. Классификация задач, их решение, оформление в брошюру.

1. Определение, классификация летательных аппаратов

Летательные аппараты – это устройства для полёта в атмосфере Земли или в космическом пространстве.

Все летательные аппараты традиционно подразделяют на:

• аппараты легче воздуха,

• аппараты тяжелее воздуха

• космические аппараты.

К аппаратам первой группы относятся аэростаты и дирижабли. Строго говоря, они никак не легче воздуха, и подъёмная сила у них возникает из-за разности плотностей газа, заполняющего их оболочку (нагретый воздух, гелий и др.), и окружающего воздуха. Эта подъёмная сила действует на аэростат (дирижабль) постоянно, независимо от того, летит ли он или находится на земле. Если аппарат не удерживать у земли, то он поднимается, как бы всплывает в воздухе из более плотных в менее плотные слои атмосферы.

Отсюда и определение этих летательных аппаратов – легче воздуха. Горизонтальное перемещение летящего аэростата зависит от направления и силы ветра; дирижабль имеет собственные движители – воздушные винты, создающие силу тяги для его поступательного перемещения.

К летательным аппаратам тяжелее воздуха относят самолёты, вертолёты, планёры, экранопланы, винтокрылы, автожиры и др. У самолёта, планёра, экраноплана подъёмная сила, обеспечивающая возможность полёта, создаётся в основном крыльями и в меньшей степени фюзеляжем и хвостовым оперением. Эта сила возникает при движении летательного аппарата и изменяется приблизительно пропорционально квадрату скорости полёта. Для каждого аппарата этой группы существует минимальная скорость, при которой подъёмная сила крыльев уравновешивает силу тяжести самого аппарата.

Под космическим аппаратом понимается транспортное средство, которое служит для перемещения в космосе. Маршевый двигатель в безвоздушном пространстве является обычным ракетным двигателем. Если космический аппарат предполагает пилотирование, то на его борту обязательно должна быть система жизнеобеспечения. Для стыковки с другими космическими аппаратами и космическими станциями необходимо, чтобы он имел стыковочный узел.

Международной авиационной федерацией была принята границей высота в 100 км от поверхности Земли. Чтобы на такой высоте летательный аппарат летел благодаря действию аэродинамических сил, необходимо иметь первую космическую скорость, что делает полёт скорее орбитальным, чем аэродинамическим. Классическое разделение между авиа- и космическим полётами всё больше размывается благодаря развитию суборбитальных космических кораблей и орбитальных самолётов.

Современные ракетные двигатели работают по принципу реактивной отдачи. Аналогично пушке, которая откатывается назад, когда ядро выстреливается, ракета движется вперёд, когда выбрасывает рабочее тело. Важный показатель ракетного топлива с точки зрения привода — удельный импульс, который описывает эффективность двигателя и топлива. Чем он выше, тем лучше двигатель и топливо. Он показывает, как долго сила тяги производится с массой топлива M равная его весу. Около небесного тела как Земля, чтобы вертикально взлететь, сила тяги должна быть больше веса. До сих пор на это способны только химические и ядерные ракетные двигатели.

1. История летательных аппаратов

Первое упоминание

Миф о Дедале и Икаре

Дедал предстает перед нами в мифах как легендарный строитель и художник. Его считают основателем столярного мастерства, изобретателем рубанка, отвеса и клея. К тому же он хорошо владел премудростями кузнечного дела. Словом, Дедал наделен совокупностью знаний, которые, по понятиям того времени, были необходимы для изготовления крыльев.

История создания первых летательных аппаратов тяжелее воздуха начиналась с изучения несущего свойства покрытого перьями крыла, на основе наблюдения планирующего полета птиц. Как в далекие, так и в близкие к нам времена люди получали «ключи от неба» от птиц. Вначале копировали «технику природы», затем, оторвавшись от земли, осваивали законы парения. Поэтому, предпринимая попытку оживить драматические фрагменты греческого мифа о преодолении с помощью крыльев силы земного притяжения, закономерно прибегнуть к опыту пионеров современной авиации.

Дедал с Икаром, подобно птицам, стартовали «с ног». Старт с ног диктует летательному аппарату вес. С ног может взять старт только такой летательный аппарат, который способен взлететь при скорости бега человека.

Международная авиационная федерация ФAM учредила самостоятельный класс подобных «сверхлегких аппаратов». Их масса обычно не превышает 40 кг. При массе авиатора 50–60 кг суммарная масса дельтаплана с человеком составляет при этом 90—100 кг.

Чтобы с Крита по воздуху добраться до Афин, первопроходцам необходимо было за дневное полетное время покрывать без посадки не менее 80—100 км. Сегодня такую высоту и дальность полета позволяют достигнуть дельтапланы типа «Ястреб», «Перегрин», «Драгон-флай» и др.

Л еонардо да Винчи

Леонардо да Винчи поражает разнообразием своих научных интересов. Уникальны его исследования в области конструирования летательных аппаратов. Он изучал полет и планирование птиц, строение их крыльев, и создал летательные аппараты с машущими крыльями, парашют, модель спирального пропеллера и другие, уникальные для своего времени устройства.

Создание «самолётов» Леонардо начал с изучения поведения в воздухе стрекозы, а затем придумал машущее крыло, как средство изучения отталкивания от воздуха. Необходимо было рассчитать силу человека, необходимую для поднятия в воздух махолета, общаямасса которого должнабылы составлять около 90 кг.

После внимательного изучения полета птиц, Леонардо да Винчи спроектировал свою первую модель летательного аппарата, у которой были машущие крылья, как у летучей мыши. С ее помощью, отталкиваясь от воздуха с помощью крыльев и используя силу мышц рук и ног, человек должен был полететь.

Аппараты да Винчи:

• орнитоптер с лежащим пилотом

Н а таком аппарате человек должен находиться во время полета в лежачем положении и движениями рук и ног управлять механизмами машущих крыльев. Ноги вдеты в стремена так, что одна нога поднимает крыло, другая опускает, а затем наоборот. Крылья сгибаются и вращаются при помощи веревок и рычагов.

В этом аппарате изобретателем были предусмотрены две пары крыльев, машущих по очереди. Во время полета человек должен был стоять внутри огромной чаши диаметром 12 м. Крылья аппарата должны были иметь ширину 24 м, а размах их составлять около 5 м. Для управления механизмами аппарата должны были быть задействованы руки, ноги и даже голова пилота. Взмахи крыльев должны были происходить крестообразно, вверх и вниз, подобно крыльям птицы. Если бы это было построено, машина была бы настолько тяжела, что был бы невозможен полет. Леонардо признал эту проблему и попытался уменьшить вес,

• летательный аппарат с вертикальным взлетом

На этом аппарате Леонардо хотел установить систему втяжных лестниц, аналог современного убирающегося шасси. При приземлении вогнутые клинья, прикрепленные к основанию лестниц, служили бы амортизаторами.

На эскизах Леонардо изображает и совсем другой летательный аппарат - "воздушный винт", способный подняться в воздух. Аппарат с таким винтом должен летать, ввинчиваясь в воздух! Радиус винта - 4,8 м. Он имел металлическую окантовку и накрахмаленное полотняное покрытие. Винт должен был приводиться в движение людьми, которые шли вокруг оси и толкали рычаги. Существовал и еще один способ запуска винта - требовалось быстро раскрутить трос под осью.

Воздушный шар

Ф ранцуз Жозеф Монгольфье родился в 1740 г. Он чувствовал большую страсть к новым аппаратам, которые в то время были очень модными. Вместе с младшим братом Этьенном они часто мечтали о том, как человек поднимется в воздух. Братья даже придумали оболочку набить тучами, которая держала бы корзину. Однако они не знали, как реализовать эту идею.

Один раз Жозеф заметил, что рубашка, которую он держал над каминным огнем за воротник, раздулась, и ему на ум пришла гениальная мысль. Он рассказал о своем открытии Этьенну и братья начали думать, какой формы мог бы быть воздушный шар, который они использовали для первых своих экспериментов. Сначала они сшили шелковую оболочку размером в один кубический метр. Нагреваемый над огнем шелковый воздушный шар поднялся на высоту тридцати метров. Это произошло в ноябре 1782г. Данную дату можно считать началом воздухоплавания.

14 декабря 1782 г воздушный шар поднялся над заводом Видалона, в городе Анноне, (Франция). Для получения тепла братья Монгольфье сжигали мокрую солому, смешанную с шерстью и бумагой.

25 апреля 1783 г. в воздух на высоту 400 м поднялся 800 метровый воздушный шар.

Дирижабль

К огда-то дирижабли были основным видом воздушного транспорта. Именно их в первой половине ХХ-го века часто использовали для пассажирских перевозок. Впрочем, стечением времени их стали вытеснять самолеты. Однако дирижабли и теперь активно используются людьми и отказываться от них никто не собирается. Родиной дирижабля считается Франция, которую в 18-м веке захватила настоящая воздухоплавательная лихорадка. Началось все со знаменитых братьев Жака-Этьенна и Жозефа-Мишеля Монгольфье, которые в1783-м году совершили первый полет на воздушном шаре. Вскоре изобретатель Жак Сезар Шарль предложил свой проект аэростата, наполненного водородом и гелием.

Следом появились еще несколько проектов, а затем на авансцену вышел Жан-Батист Мёнье — математик и военный, который и считается «отцом» дирижабля. Он создал проект аэростата, который поднимался бы в воздух при помощи трех воздушных винтов. Согласно идеям Мёнье, такой аппарат мог бы достичь высоты в два-три километра. Использовать его ученый предлагал для военных целей, в первую очередь, для разведки. Впрочем, в 1793-м году Мёнье погиб, так и не доведя свой грандиозный проект до ума. Но идеи его не пропали, хотя и канули влету примерно на полгода.

Новый прорыв произошел в1852-м, когда другой француз Анри Жиффар создал первый в мире дирижабль с паровым двигателем. Сведений о том, сколько времени он продержался в воздухе и какое расстояние сумел преодолеть, не сохранилось. Однако известно, что в основу его проекта легли идеи Мёнье, а сам полет едва не закончился гибелью воздухоплавателя. И все же дирижабли с паровым двигателем не прижились.

В следующие два десятилетия подобные полеты совершались редко. В1901-м году изобретатель Альберто Сантос-Дюмон облетел на дирижабле Эйфелеву башню. Это событие широко освещалось французскими газетам, причем журналисты подавали его как сенсацию. Век дирижаблей начался чуть позже, когда в воздухоплавание стали внедрять технологию двигателя внутреннего сгорания.

Первая мировая война превратила дирижабли в поистине страшное оружие, но дирижабли применялись и в мирных целях. Например, для перевозки грузов.

Так в конце 20-х годов 20-го века дирижабли стали выполнять трансатлантические пассажирские перелеты. В 1928-м году легендарный немецкий дирижабль «Граф Цепеллин» совершил первое в истории кругосветное путешествие на аэростате. Закат золотого века наступил в1937-м году, после печально известной катастрофы дирижабля «Гинденбург», который выполнял рейс из Германии в США. При посадке аппарата произошло возгорание, в результате которого дирижабль рухнул на землю (это произошло в окрестностях Нью-Йорка). Погибло 40 человек, а газеты и специалисты по авиации и воздухоплаванию всерьез заговорили о том, что полеты на дирижаблях могут быть небезопасны.

Воздухоплавание в России

За 50 лет до полета братьев Монгольфье рязанский подьячий Крякутный из Нерехты соорудил нечто, наполнил это нечто субстанцией «поганой и вонючей» и «нечистая сила» совершила чудо, подняла его в воздух выше березы. За это его хотели сжечь!

В 1783 член Петербургской АН Л.Эйлер вывел формулы для расчета подъёмной силы аэростатов. В ноябре 1783 года в день именин императрицы Екатерины Великой, при дворе в Петербурге был запущен маленький воздушный шар диаметром всего 1.5 фута.

В 1784 году русский посланник Иван Барятинский доложил о полетах на воздушных шарах в Европе Екатерине Второй. Та, убоявшись опасности возникновения пожаров по причине работающих жаровен и горячего воздуха, издала указ, в котором запретила с марта по декабрь кому-либо использовать их. А зимой летать никто не решался!

Александр Первый снял запрет, введенный еще Екатериной Второй. В 1812г. в усадьбе Воронцово под Москвой строится воздушный шар для проведения боевых действий против войск Наполеона, но так и не был поднят в воздух.

В 1870г. - создано русское общество воздухоплавания. В 1875 году Д.И.Менделеев на заседании Русского физико-химического общества предложил проект стратостата для высотных полетов с герметичной гондолой. В конце 19 века полеты на воздушных шарах стали развлечением.

Полет Д.И. Менделеева на воздушном шаре

Для начала надо сказать, что Д.И. Менделеев не был новичком в полетах на воздушных шарах, хотя никогда не поднимался на них в одиночку. На Всемирной выставке в Париже он поднимался на привязном аэростате А. Жиффара и встречался со многими французскими учеными.

Полное солнечное затмение 7 августа 1887 г. должно было длиться около 2 минут. В Тверской губернии предполагалось поднять наблюдателей на двух аэростатах: один из них принадлежал Военному министерству, на нем, вместе с военным аэронавтом А.М. Кованько, должен был лететь Д.И. Менделеев. Утром 7 августа на аэродроме в Клину было пасмурно и туманно. "Примерно в 6 ч. 20 м. мы отправились к аэростату. Он слегка покачивался в воздухе и был не вполне раздут газом… быть может, от того подъемная сила не велика, что шар намок и недостаточно наполнен". Кругом аэростата была масса народа и стояло множество экипажей. Специалисты были обеспокоены тем, что подъемная сила аэростата оказывается малой и что двоим лететь нельзя. Менделеев, простившись с родными, вошел в корзину. Подъемная сила аэростата оказалась недостаточной для подъема двух человек. Тогда Менделеев сказал Кованько, что летит один. "Главною причиною, конечно, служило то соображение, что, быть может, я и один в состоянии буду не только управиться хозяйством аэростата, за которым мне не было повода смотреть до сих пор, но и успею увидеть и сделать наблюдение затмения. Оно приближалось, медлить было некогда. Ходячие правила аэронавтики я знаю давно. Затем мне мелькнула мысль, что если шар не отлетит, то это произведет весьма нехорошее впечатление ... на всю судьбу аэростатических восхождений у нас. Полезно было отправиться уже для того, чтобы показать, что аэростат не есть такое средство, которое требует продолжительной практики владения им, что это есть способ передвижения, которым можно управлять с легкостью, даже и при полном отсутствии предварительного прямого опыта. Править неизвестной лошадью, по мне, труднее, чем аэростатом. Немалую роль в моем решении играло также то соображение, что о нас, профессорах и вообще ученых, обыкновенно думают повсюду, что мы говорим, советуем, но практическим делом владеть не умеем…. Мне хотелось демонстрировать, что это мнение … несправедливо в отношении к естествоиспытателям, которые свою жизнь проводят… в исследованиях природы. Здесь же для этого представлялся отличный случай. Сверх всего этого, я должен признаться, меня соблазняла также мысль быть в первый раз на аэростате именно одному".

Веревки были отпущены, аэростат начал подниматься и на высоте 600 метров вышел из облаков. К этому моменту солнце находилось в полной фазе затмения. Полет продолжался в течение трех часов. За это время Менделеев сделал измерения давления и температуры и подготовился к спуску, распутав запутавшуюся веревку от выпускного клапана и подняв в корзину якорный канат. Спустившись на землю в Калязинском уезде Тверской губернии, он вернулся в Клин через Москву.

1. Законы воздухоплавания

На каких законах основано воздухоплавание? Оказывается на тех же, что и плавание судов: законе Архимеда и законе Паскаля, ведь они общие для жидкостей и газов.

Первый воздушный аппарат братьев Монгольфье представлял собой шар, внизу которого было отверстие, а под ним висела жаровня с горячими углями, в которой сжигали мокрую солому и шерсть. Воздух в шаре нагревался, расширялся, и часть его выходила из шара. При этом сила тяжести, действующая на шар, уменьшалась. Соответственно, выталкивающая сила становилась больше силы тяжести, и шар поднимался вверх.

Хотя закон Архимеда для газов объясняет полет воздушного шара, но выталкивающая сила возникает здесь не так, как в случае твердого тела. В нижней части оболочки воздушного шара есть отверстие. При этом давление газа, например гелия, у нижнего отверстия равно давлению окружающего воздуха. При подъеме шара вверх давление гелия внутри шара и наружного воздуха уменьшается, следовательно, давление гелия на разных участках шара будет меньше, чем у нижнего отверстия. Так как давление гелия внутри шара убывает медленнее, чем воздуха снаружи, то на оболочку внутри будет действовать большее давление. При этом самая значительная разница давлений будет в ее верхней части. Следовательно, сила, действующая на купол оболочки изнутри, будет больше, чем снаружи. Разность между этими силами и уравновешивает силу тяжести оболочки с грузом. Таким образом, выталкивающая сила создается не благодаря разности давлений на нижнюю и верхнюю части тела (как в случае твердого тела), а благодаря разности давлений изнутри и снаружи на верхнюю часть оболочки воздушного шара.

Когда шар достигает слоев воздуха с меньшим давлением, газ внутри шара расширяется, и часть его выходит из нижнего отверстия. То есть, на высоте уменьшается и наружное, и внутреннее давление, уменьшается и выталкивающая сила. На некоторой высоте она станет равна весу шара с находящимся в нем газом, и шар повиснет. Для того чтобы спуститься на землю с помощью веревки из корзины открывают клапан, находящийся в верхней части шара. При его открывании газ, имеющий большее давление, чем окружающий воздух, выходит наружу. Через нижнее отверстие это невозможно, так как здесь давления одинаковы.

Гораздо проще осуществлять подъем и спуск шара, если наполнить его горячим воздухом, по примеру того, как это делали братья Монгольфье. Для этого под отверстием располагают газовую горелку, с помощью которой легко можно регулировать температуру воздуха внутри шара, а, следовательно, и его среднюю плотность.

Воздушные шары не только сами поднимаются вверх, но могут поднимать и грузы — кабину, людей и оборудование. Для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо знать его подъемную силу.

Для примера, рассмотрим запущенный в воздух воздушный шар объемом 50 кубических метров, заполненный гелием.

Итак, массу гелия, заполняющую оболочку шара, определим как произведение плотности гелия и его объема, который равен объему шара. Получим, что она составляет 9,45 килограмм. Тогда его вес составляет 92,61 Н.

Таким образом, подъемная сила — это максимальный груз, который может поднять шар, равная разности между силой Архимеда и силой тяжести газа, заполняющего шар.

Fпод = Fа - (Fт оболочки + Fт газа внутри + Fт груза), где

Fа = g pVт, - сила Архимеда

Fт = g m – сила тяжести

В настоящее время летательные аппараты, использующие силу Архимеда, находят широкое практическое применение: они зондируют атмосферу, т.е. с помощью установленных на них датчиков дают информацию для метеослужб о температуре, давлении и т.д. С их помощью изучают влияние космической радиации на живые организмы в нижних слоях атмосферы. Дирижабли имели огромное значение во время войны. Они снабжали труднодоступные районы продовольствием, конвоировали суда в море, осуществляли поиск подводных лодок и др.

1. Решение задач

Введение.

Анализ задач по теме «Воздухоплавание» показал, что есть 2 типа заданий: качественные и расчетные. Качественные задачи больше направлены на знание относительности движения и условия плавания тел, а расчетные задачи позволяют, как правило, узнать подъемную силу шаров заполненных различными газами.

Есть еще задачи литературные, их можно сделать расчетными, а можно сделать текстовыми (вставить пропущенные слова типа задания №4 в ОГЭ)

В брошюре я решила разместить на 1 месте качественные задачи, потом расчетные. А литературные задачи оставила как дополнительную информацию.

Задачи

З адача 1. Аэростат несется ветром в северном направлении. В какую сторону протягиваются при этом флаги на его гондоле?

Задача 2. С воздушного шара, неподвижно висящего в воздухе, свободно свешивается лестница. По ней начал взбираться человек. Куда при этом подвинется шар: вверх или вниз?

Задание 3. Можно ли на Луне для передвижения космонавтов пользоваться воздушными шарами?

Задание 4. Две одинаковые по весу оболочки воздушного шара, одна из тонкой резины, а другая из прорезиненной ткани, наполнены одинаковым количеством водорода (водород из шаров выходить не может).Какой шар поднимется выше?

Задание 5. Одинаковый ли вес покажут весы при взвешивании камеры от футбольного мяча, надутой воздухом при атмосферном давлении (камера еще не приняла шарообразной формы), и той же камеры, не надутой воздухом?

Задача 6.Объем воздушного шарика, заполненного водородом, составляет 4 дм³, а его вес — 0,04 Н. Определите подъемную силу шарика.

Задача 7. Определите выталкивающую силу, действующую на шар-зонд объемом 8 м3, заполненный водородом. Масса оболочки шара составляет 0,8 кг. Какой груз может поднять этот шар?

Задача 8. Считая, что плотность воздуха равна 1,29 кг/м³, а водорода — 0,09 кг/м³, определи подъёмную силу воздушного шара объёмом 1000 м³. Воздушный шар наполнен водородом. Массой оболочки шара пренебречь. Принять g=9,8 Н/кг. Ответ (округлить до сотых) привести в кН.

Задача 9. Найди, какова подъёмная сила дирижабля, наполненного водородом, если его объём равен 2500 м³. Принять g=9,8 Н/кг. Массой оболочки шара пренебречь. Ответ (округлить до сотых) привести в кН.

Задача 10. Шар-пилот, объём которого равен 3900 дм³, наполнен гелием. Рассчитай, какой подъёмной силой обладает шар. Принять g=9,8Н/кг. Массой оболочки шара пренебречь. Шар-пилот — аэростат, предназначенный для измерения скорости ветра. Ответ (округли до сотых, если необходимо) привести в Н.

Задача 11. Радиозонд объёмом 10 м³ наполнен водородом. Определи, какого веса радиоаппаратуру он может поднять в воздух, если его оболочка весит 5,6 Н. Принять g≈10 Н/кг.

Задача 12. Масса снаряжения воздушного шара (оболочки, сетки, корзины) составляет 446 кг. Объём шара — 1600м³. Найди, какой подъёмной силой будет обладать этот шар при наполнении его водородом.

Ответ (округли до сотых): привести в кН.

Задача 13. Сантос Дюмон, один из первых конструкторов управляемого аэростата, построил шар объёмом в 113 м³ и наполнил его водородом. Масса оборудования составила 27,5кг. Определи, мог ли на таком шаре подняться человек массой 117 кг. Принять g=9,8 Н/кг.

Задача 14. 19 сентября 1783 года сотни тысяч зрителей собрались в Версале, чтобы увидеть полёт первого воздушного шара с пассажирами. Слегка вытянутый по высоте шар имел объём около 1200 кубометров и весил 400 кг. Для его подъёма был сделан помост с круглым отверстием посредине, под которым разводили огонь. Оболочка удерживалась над помостом на канатах, крепившихся к четырём высоким мачтам. Под воздушным шаром была подвешена клетка, в ней находились три домашних животных, здесь же был установлен барометр. Поднявшись на высоту около 500 метров, шар через 8 минут опустился на землю, пролетев менее 4 километров. Животные прекрасно перенесли полёт. Какие из перечисленных животных находились в корзине воздушного шара?

Баран (50 кг), петух (4 кг), утка (3 кг), кролик (6 кг), свинья (40 кг), индюк (12 кг).

Принять, что плотность воздуха 1,29 кг/м³, плотность горячего воздуха 0,9 кг/м³, ускорение свободного падения 10 м/с².

Решение:

1. Если аэростат несется течение воздуха, то скорость обоих одинакова: аэростат и окружающий его воздух находятся в покое один относительно другого. Значит, флаги должны свисать отвесно, как в неподвижном воздухе в безветренную погоду. Люди в гондоле такого аэростата не ощущают ни малейшего ветра, хотя бы их мчал ураган.

2. Шар в покое не останется. Пока человек взбирается по лестнице, аэростат будет опускаться. Как в лодке, по которой вы идете: лодка будет отступать под вашими ногами. Лестница, отталкиваемая вниз ногами будет увлекать шар к земле. Перемещение шара во столько же раз меньше высоты поднятия человека, во сколько раз шар тяжелее человека.

3. Нет, потому что на Луне нет атмосферы.

4. Шар из резины поднимется выше, так как его оболочка по мере подъема растягивается.

5. Одинаковый. При заполнении камеры воздухом при атмосферном давлении вес ее не изменяется, так как вес воздуха в камере уравновешивается выталкивающей силой, равной весу воздуха, вытесненного наполненной камерой.

6. 47,96Н 7. 88 Н, 8,8 кг 8. 3,82 кН 9. 9,56 кН 10. 42,42 Н 11. 114,4 Н 12. 17,74 кН 13. Нет 14. баран, петух, утка

Задача 15. ФАНТАСТИЧЕСКАЯ ПОВЕСТЬ ЭДГАРА АЛАНА ПО "НЕОБЫКНОВЕННОЕ ПРИКЛЮЧЕНИЕ ГАНСА ПФААЛЯ"

В плоть до конца 19 века считалось, что космос заполнен таким же воздухом, только более разряженным. Поэтому возник проект полета на Луну с использованием воздушного шара. Его предложил знаменитый американский писатель Эдгар Алан По (1809—1849). В своей фантастической повести «Необыкновенное приключение некоего Ганса Пфааля», изданной в 1835 году, он рассказывает фантастическую историю бюргера Пфааля из Роттердама, отправившегося на Луну на собственноручно изготовленном аэростате, наполненном смертельно ядовитым газом. В качестве материала для оболочки космический путешественник использовал не традиционный шелк, а «кембриковый муслин», покрытый каучуком и тройным слоем лака. Объем шара составлял 40 тысяч кубических футов (1133 м3). Необыкновенный газ имел плотность в 37,4 раза меньше, чем плотности водорода. Шар, наполненный таким газом, обладал невероятной подъемной силой. С его помощью Ганс Пфааль сумел добраться до Луны. То, что газа легче водорода в природе не существует, общеизвестно. Но даже если бы такой газ все-таки существовал, во сколько раз увеличил бы он подъемную силу шара, по сравнению с шаром, наполненным водородом?

Ответ: Простейший расчет показывает, что выигрыш в подъемной силе был бы таким ничтожным, что его можно вовсе не принимать во внимание. Проверим это. Для этого найдем подъемную силу шара, наполненного водородом, и шара, наполненного газом Ганса Пфааля. Пусть объем шара равен 1 м³. Плотность воздуха 0,00129 г/см³, водорода - 0,00009 г/см³, а газа Ганса Пфааля - 0,0000024 г/см³. Подъемная сила, действующая на шар, - это разность между выталкивающей силой, равной весу воздуха, вытесненного шаром, и весом газа , находящегося внутри шара (оболочку шара будем считать невесомой). Тогда подъемная сила шара, наполненного водородом, приблизительно 12 Н, а шара с газом Ганса Пфааля - 12,9 Н. Таким образом, выигрыш в подъемной силе составляет всего-навсего около 0,9 Н! Итог настолько ничтожный, что, очевидно, Гансу Пфаалю не стоило и изобретать чудодейственный сверхлегкий газ, нарушая к тому же законы природы. Вся беда - в легкости водорода. Будь возможен газ даже в тысячи раз легче водорода, он все равно не помог бы существенно увеличить подъемную силу воздушного шара. Предел такого увеличения - это те 0,9 Н, которые составляют вес самого водорода. «Приключение Ганса Пфааля» - это произведение, единственное в своем роде. Последователей у Эдгара По не нашлось.

З адача 16. ФАНТАСТИЧЕСКИЙ РАССКАЗ ГЕРБЕРТА УЭЛЛСА «ПРАВДА О ПАЙКРАФТЕ»

Смешной толстяк Пайкрафт, страстно желая избавиться от лишнего веса, выпил таинственное индийское снадобье — и полностью потерял вес, в самом буквальном смысле! Целыми днями летал он под потолком собственного кабинета, не выходя на улицу, дабы не упорхнуть ввысь, подобно воздушному шару. Так продолжалось до тех пор, пока Пайкрафту не посоветовали заказать себе специальный костюм со свинцовыми прокладками. В таком костюме, в тяжелых свинцовых башмаках и с полным портфелем свинца в руках он, наконец, получил возможность вновь ходить по улицам, как все люди. Но много ли понадобилось бы свинца, чтобы Пайкрафт смог спокойно ходить по Земле?

Ответ: Предположим, что толстяк Пайкрафт весил 1000 Н (его масса - 100 кг), тогда объем тела можно считать равным 0,1 м³. Лишенный веса, Пайкрафт, как бы, превратился в своеобразный шар того же объема, а подъемная сила его составляла всего 1,3 Н! И тут мы видим как тускнеет нарисованная фантазией писателя картина злоключений невесомого Пайкрафта! Даже в повседневной своей одежде Пайкрафт вовсе не должен был бы парить под потолком своего кабинета, а мог бы, хотя и очень неустойчиво, сидеть в кресле за письменным столом и даже осторожно ходить по комнате. А свинцовый костюм и свинцовые ботинки ему не понадобились бы вовсе – в обычной одежде, да ещё взяв руки тяжелый портфель, он мог бы ходить по улицам, остерегаясь сильного ветра, но не опасаясь взлететь в небеса.

Заключение

В заключение хочу сказать, что написание проекта «Летательные аппараты» помогло разобраться мне в этой сфере и узнать об истории создания современного аэрофлота. Для меня было открытием, что первыми аэронавтами были баран, петух и утка.

Оказывается, что сказки и мифы воплощаются в реальность и нет ничего невозможного для изобретателей. Ведь еще идеи Леонардо да Винчи помогли в будущем изобрести воздушный шар, дирижабль и современные летательные аппараты: беспилотные аппараты, дроны и т.д.

Удивительно, но писатели-фантасты тоже не остались в стороне и пытались описать полеты людей в воздухе, пусть и с физическими неточностями.

Самым сложным оказалось подобрать и решить различные задачи для брошюры. Но это помогло мне полностью разобраться в этой теме и лучше подготовиться к экзамену по физике. К сожалению, не получилось из текстовой задачи сделать задачу с пропусками слов типа задания №4 в ОГЭ по физике. Но я задумалась о создании подобных брошюр по другим темам.

Эта брошюра будет полезна для учащихся 7 и 9 классов общеобразовательных школ, а так же для учителей физики.

Список литературы

1. http://class-fizika.ru/vosd

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/История_воздухоплавания

3. Дирижабли на войне. / Сост. В. А. Обухович, С. П. Кульбака. — 2000.

4. Авиация: Энциклопедия Аэростат/ Гл. ред. Г. П. Свищёв. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.

5. Свищёв Г. П. Авиация. Энциклопедия. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.

22