Брошюра к проекту "Летательные аппараты"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Центр образования №1»

Задачи

на тему: «Летательные аппараты»

составила: ученица 9-б класса

Меркуловой Полины Георгиевны

руководитель проекта: учитель физики

Залученова Инна Владимировна

г. Новомосковск

2020г.

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?

ПРИМЕЧАНИЕ

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.

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

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

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

27,5 кг. 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