Исследовательская работа Проектная и творческая деятельность учащихся г.Гай

Проектная и творческая деятельность учащихся
Авиация, космонавтика и астрономия
Исследовательская работа
Автор:
Антонов Антон
Руководитель:
Ханова Светлана Давлетовна,
учитель начальных классов
г.Гай
2015 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………..3
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1.
История первого полета на воздушном шаре …………………………5
1.2.
Почему летает воздушный шар…………………………………………6
1.3.
Что нужно, чтобы летать ……………………………………………….7
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Изготовление воздушного шара…………………………………………..8
2.2 Технические характеристики шара ………………………………………13
2.2.1 Шар, который может поднять человека………………………………..13
2.2.2 Шар, который может поднять меня…………………………………….14
2.3 Модель воздушного шара………………………………………………..15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…..……………………………………………………………..16
ИСТОЧНИКИ…………………………………………………………………...17
2
ВВЕДЕНИЕ
В мультфильмах и кинофильмах мы часто видим, как герои летают на
воздушных шарах. Например, Вини - Пух летает на воздушном шарике. А
может ли воздушный шар поднять человека? Человек всегда стремился в
небо. Наверное, каждый когда-либо мечтал оторваться от земли и парить над
ней, как птица. Сколько приспособлений изобретено людьми, с помощью
которых они могут подняться в воздух и насладиться мгновениями полета! А
как часто люди летают, но только во сне! А можно ли сделать воздушный
шар, способный поднять человека как птицу высоко в голубое небо, своими
руками? Этот вопрос не давал мне покоя. Я решил найти на него ответ с
помощью исследования на тему: «Я улетаю на большом воздушном шаре?».
Цель: определить, какой нужен воздушный шар, способный поднять меня в
небо.
Задачи:
1. Изучить
литературу
и
Интернет
-
источники
по
проблеме
исследования.
2. Построить воздушный шар и запустить его в небо.
3. Рассчитать технические характеристики шара, способного поднять
человека.
4. Разработать модель воздушного шара (схематично) для подъема меня
над землей.
3
Предмет исследования: полет на воздушном шаре.
Объект исследования: воздушный шар.
Гипотеза: чем теплее будет воздух внутри воздушного шара, тем быстрее и
выше он поднимется в небо.
Методы исследования:
- анализ литературных и Интернет – источников;
- эксперимент;
- наблюдение;
- взвешивание;
- математический расчет;
- моделирование.
4
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1.
История первого полета на воздушном шаре
Люди всегда мечтали подняться в небо высоко, как птица. Например,
братья Монгольфье были озадачены созданием летательного аппарата.
Поэтому их называют первооткрывателями этой проблемы. Жозеф и Этьен
думали о том, как человек может подняться в воздух. Один раз старший брат
стоял у камина, а его рубашка надулась от горячего воздуха. Об этом он
рассказал Этьену. Этот принцип лег в основу многих экспериментов,
которые они проводили в своем саду. Когда их эксперименты были
удачными (шары стали летать), Монгольфье стали бояться, что кто-то узнает
об их открытии и присвоит его себе. Они рассказали и показали полученные
результаты открытия своим близким и знакомым. А затем 05.06.1783 года в
городе Анноне на площади они показали полет шара всем жителям. Первый
полет человека на
шаре состоялся 21.11.1783 года в Париже, высота
которого была 22,7 метра, диаметр 15 метров. Шар поднялся на высоту 915
метров, за 25 минут пролетел 9 километров, а затем успешно приземлился на
место. Таким образом, первый полет на воздушном шаре связан с братьями
Монгольфье и Европой.
5
1.2.
Почему летает воздушный шар
Известно, что на предмет действует сила выталкивания и сила тяжести. Если
сила тяжести будет меньше силы выталкивания, то предмет может подняться
вверх. Чтобы сила выталкивания была выше силы тяжести, необходимо,
чтобы предмет был как можно легче. Именно поэтому воздушный шар
наполняют горячим воздухом, который легче холодного воздуха. Внутри
оболочки воздушного шара молекул горячего воздуха поместится меньше,
чем холодного. И чем горячее воздух в шаре, тем его меньше. А раз воздуха
меньше, то и весит он меньше. И даже если к шару привесить корзину с
людьми и багажом, он будет подниматься вверх. Потому что весь он
целиком, вместе с грузом, легче, чем фигура такой же формы, заполненная
обычным, холодным воздухом. Вот и говорят, что шар легче воздуха. Хотя
отдельные его части (люди, например) тяжелее воздуха. Но, если говорить
честно, то шар легче воздуха только около Земли. Он ведь поднимается
вверх, где воздух более редкий, а значит, более лёгкий. Там он перестаёт
подниматься и летает как раз на такой высоте, где он не легче воздуха, а как
раз такой же, как воздух.
6
1.3.
Что нужно, чтобы летать
Воздушный шар состоит из оболочки, которая бывает
объемов:
разных
- от 1600 м³ до 8500 м³ - спортивный
- 25000 м³ - туристический.
Состоит воздушный шар, способный поднять вверх человека из:
1. Горелки;
2. Корзины;
3. Баллонов;
4. Вентилятора;
5. Фалов;
6. Отцепки;
7. Карабинов.
В зависимости от размера оболочки, собирается низ шара.
Корзины от 2 до 20 человек. На этом основании конструируется и
подбирается горелка по мощности. Подбирается мощность горелки, которая
может дать нужное количество тепла для подъема шара.
Полет происходит из-за нагревания воздуха в оболочке воздушного
шара. Чем теплее будет воздух внутри, а снаружи прохладнее, тем быстрее и
вше шар поднимется высоко вверх.
7
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Изготовление воздушного шара
Цель: построить воздушный шар и запустить его в небо.
Этапы:
I – подготовительный
Для подготовки к эксперименту мы приобрели:
1. Мешки для мусора в рулонах:
- на 30 литров;
- на 60 литров.
2. Скотч широкий.
3. Проволока.
4. Сухое горючее (в таблетках).
II – основной
Сначала мы сделали черновую модель воздушного шара:
1. Согнули проволоку в форме круга диаметром 42 см – это будет у нас
низ шара.
2. Таблетку сухого горючего прикрепили к низу шара – это у нас будет
горелка.
3. Оторвали
мусорный
мешок на 30
литров от
рулона и
соединили
его скотчем с
низом шара –
это у нас
будет
оболочка
шара.
8
4. Эту модель воздушного шара мы решили запустить 02.10.2014 года.
В результате: наш воздушный шар не полетел, а оболочка сгорела.
Данный факт свидетельствует о том,
что оболочка нашего шара очень
маленькая.
5. Удалив сгоревшую оболочку, мы
создали новый шар из мусорного
пакета на 60 литров и его запустили.
В результате: наш воздушный шар
оторвался от земли на 5 см, а выше
не поднимался. Этот факт свидетельствует о том, что, скорее всего
нашему шару тяжело подняться вверх, потому что сила тяжести больше
силы выталкивания. Нам надо, чтобы сила выталкивания превысила силу
тяжести. А что бы сила тяжести не была выше силы выталкивания, тело
должно быть как можно легче. То есть воздушный шар должен быть легче
воздуха. Поэтому оболочку шара и наполняют газами. Следовательно,
надо облегчить оболочку воздушного шара и увеличить ее объем.
6. Мы изучили характеристики
взвешивания занесли в таблицу.
мешков. Полученные результаты
Таблица 1 – Сравнительная характеристика веса мешков
Тип мешка
Вес мешка
Вес на 30 литров
На 30 литров
3 грамма
3 грамма
На 60 литров
16 граммов
8 граммов
Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что 30 литровые мешки легче,
чем 60 литровые. Таким образом, можно сделать вывод о том, что:
9
- сила выталкивания будет выше, если увеличить объем оболочки шара,
ведь в нем тогда горячего воздуха тоже будет больше;
- нужно скрепить вместе 2 мешка на 30 литров. Тогда объем оболочки
нашего воздушного шара будет 60 литров, а весить он будет всего 6
граммов.
7. Удалив оболочку из мусорного пакета на 60 литров, мы прикрепили
оболочку на 60 литров (из 2
мешков по 30 литров) – это уже
третья
черновая
модель.
Запустить данную модель нам
не удалось, хоть она и была по
весу меньше. Следовательно,
можно
предположить,
что
горячего воздуха в шаре мало.
Скорее всего, таблетка сухого
горючего плохо греет воздух.
Необходимо заменить горелку
на более мощную.
8. С целью облегчения низа шара проволоку согнули крестиком.
9. Мы заменили таблетку сухого горючего на самодельную горелку. Для
изготовления горелки нам понадобилось:
- свечка – 1 штука;
- ватный диск – 2 штуки;
- бинт – 1 штука.
10
Кусочек свечки растопили в
стакане,
помещенном
в
металлическую
чашку
с
кипящей водой. Ватный диск
завернули в бинт и опустили в
растопленный
парафин.
Пропитанный диск остудили и
прикрутили
к
проволоке.
Сделанную горелку прикрепили
к
низу
шара.
07.10.2014
запустили
нашу
пробную
модель шара, которая очень быстро поднялась высоко в небо.
Эксперимент завершился удачей! Наш шар парил в небе до того момента,
пока он был виден. Поднявшись высоко в небо, он пропал из видимости,
так и не опустившись на землю. Данный факт подтвердил выдвинутую
нами гипотезу: чем теплее будет воздух внутри воздушного шара, тем
быстрее и выше он поднимется в небо.
III – заключительный
Мы создали экспериментальную модель воздушного шара такую же, как
черновую.
Подготовили груз для подъема и его взвесили: нарезали прутики из
проволоки, каждый из которых весит по 2 грамма.
11
В вязи с погодными условиями (сильным ветром 13.10.2014 года)
эксперимент провели в гараже:
- зажгли горелку шара;
- когда шар поднялся вверх, стали вешать на
основание шара груз – по одному прутику;
- повесили один прутик – шар держится в воздухе;
второй прутик – тоже не падает; третий – шар не
опускается вниз; четвертый прутик потянул шар к
земле.
Данный факт свидетельствует о том, что экспериментальная модель
воздушного шара в объеме 60 литров может поднять груз весом 6 грамм.
12
2.2 Технические характеристики шара
На основании результатов исследования мы можем представить технические
характеристики воздушного шара, который может поднять вверх груз:
1. Оболочка шара изготовлена из 2 мусорных пакетов по 30 литров, то
есть ее объем составляет 60 литров.
2. Низ шара изготовлен из проволоки и согнут в виде крестика.
3. В центре крестика прикреплена горелка из ватных дисков и бинта,
пропитанных воском.
4. Может поднять груз весом 6 грамм.
13
2.2.1 Шар, который может поднять человека
Чтобы узнать, какой должен быть шар способный поднять человека,
нужно сделать расчет – тут нам помогла математика:
Шар объемом 60 литров может поднять груз 6 грамм. Как рассчитать какой
шар может поднять человека?
1. Нужно граммы перевести в килограммы. Так как в 1 килограмме 1000
грамм, то нужно 6 умножить на 1000 = 6000 гр – 6 кг.
2. Чтобы уравновесить вес груза и объем шара, объем нужно тоже
умножить на 1000 = 60 000 литров.
3. Составим вопрос: если 60 000 литровый шар может поднять груз в 6 кг,
то какой шар может поднять человека?
4. Ответ: нужно вес человека умножить на 60 000 литров и разделить на 6
кг.
2.2.2 Шар, который может поднять меня
Рассчитаем, какой должен быть шар, который может поднять меня.
Мой вес 32 килограмма.
32 умножаю на 60 000 литров (= 1 920 000 ) и делю на 6 = 320 000
литров.
Следовательно, нужен воздушный шар с оболочкой 320 000 литров,
чтобы поднять меня в небо.
Если сделать оболочку из мусорных пакетов на 30 литров (как в нашем
эксперименте), то 320 000 делим на 30 = 1 066 пакетов нам
понадобится.
Так как в одном рулоне 50 штук пакетов, то 1066 делим на 50 =
213 рулонов необходимо мне, чтобы взлететь в небо.
14
2.3 Модель воздушного шара
Вот на таком большом воздушном шаре я улетаю высоко в небо.
Объем оболочки
320 000 литров
Вес груза 32
килограмма
15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Работая над этой «улетной» темой, я почувствовал себя
исследователем. Когда мои эксперименты не получались (шар не взлетал), я
думал, что у меня ничего не получится, что я еще мало, что знаю и могу. Но
благодаря помощи и поддержке папы и старшего брата, нашим
неоднократным экспериментам и моделям, нам удалось запустить
воздушный шар! Это было незабываемое событие в нашей семье! Мне
действительно удалось сделать воздушный шар и запустить его в небо.
Выдвинутая нами гипотеза подтвердилась:
- наши эксперименты были неудачными (шар не взлетал), потому что
таблетка сухого горючего не давала большого тепла шару. Воздух в шаре
был недостаточно горячим и не мог поднять шар.
- заменив таблетку на горелку пропитанную в воске, мы увеличили
теплоту воздуха и помогли воздушному шару подняться над землей.
- мы были правы в том, что, чем теплее будет воздух внутри воздушного
шара, тем быстрее и выше он поднимется в небо.
Результаты исследовательской работы свидетельствуют о том, что
воздушный шарик не может поднять в воздух Винни-Пуха, как это показано
в мультфильме. Для этого нужен шар с очень большой оболочкой. А что бы
поднять меня в небо массой в 32 кг, надо наполнить горячим воздухом
оболочку шара в 320 000 литров! Я надеюсь, что разработанная нами модель
воздушного шара, способная поднять меня в воздух, будет выпущена на
заводе по производству воздушных шаров, и я смогу попарить над Землей,
как птица.
16
ИСТОЧНИКИ
Большая детская иллюстрированная энциклопедия. – Пер. с франц. – М.:
Эгмонт Россия Лтд, 2005
1.
2. Ганери А. Отчего и почему. – М.: «Махаон», 2008, - 255 с.
3. Гусакова Ю. Игры с шариками. – «Мини-Маэстро», ООО «Новый
формат», 2008, - 48 с.
4. Справочник по физике: пер. с нем. 2-е изд. – М.: Мир, 2005
4. Тим Т. Научные забавы и занимательные опыты. – М.: АСТ: Астрель,
2010, - 510 с.
5. Чайка Е.С. Моя первая энциклопедия. – Минск: Харвест, 2011, - 240с.
6. Яковлева М. «Весёлые научные опыты для детей и взрослых. – М.:
«Эксмо», 2011, - 70 с.
7.http://ru.wikipedia.org/wiki// Воздушный шарик.
8. http://dic.academic.ru // Воздушный шар.
9. http://www.ballooning.lt/ru // История воздушных шаров.
10 . http://dic.academic.ru//Дирижабль.
17