Краткий экскурс в историю вопроса

Государственное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 591 города Москвы
Назад в будущее
Сивиринова Анастасия
5 «а» класса
Руководитель проекта:
Учитель физики
Шило Людмила Леонидовна
Москва 2011
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Краткий экскурс в историю вопроса………………………..3 стр.
2. Воздушные шары и аэростаты 18-19 веков………………..4 стр.
3. Физические основы полета воздушного шара…………….6 стр.
4. Дирижабли и аэростаты 20 века……………………………9 стр.
5. Будущее аэростатов и дирижаблей…………………………11 стр.
6. Заключение……………………………………………………..14 стр.
7. Список используемой литературы………………………….16 стр.
3
Краткий экскурс в историю вопроса
Средства передвижения- вероятно- одно из древнейших открытий
человечества- появились до строительства жилищ и развития сельского
хозяйства. Всего какие-нибудь 70 лет отделяют первый полет человека на
расстояние 60 метров от полета на Луну. Возможности «большой техники»
сейчас считаются само собой разумеющимися. Проблема не в том, можем ли
мы доставить Человека на Луну или Марс, а в том, чтобы заставить технику
служить человечеству.
По признанию журнала “The Economist” в ближайшие 50 лет по мере
роста благосостояния стран летать будет гораздо больше людей. Это может
привести к ужасающим экологическим последствиям и окажет, учитывая
высоту, количество и природу авиационных выбросов особо серьезное влияние
на процесс глобального потепления. Принятие решений нельзя откладывать в
долгий ящик.
Раньше, когда
люди мечтали о полете, в их воображении
«летающие машины» напоминали птиц. Но еще за сотню лет до того, как
развитие техники позволило осуществить подобный полет, во Франции был
открыт способ полета на аппаратах легче воздуха – воздушных шарах.
Я думаю, что в жизни не должно быть спора между сторонниками
«большой» и «малой» техники. Поэтому цель моей работы
кратко
историю
развития
летательных
аппаратов
легче
- рассмотреть
воздуха,
их
конструкции, физических основ их полета, и на основе изучения источников
информации (учебников, энциклопедий, статей, интернет ресурсов) сделать
вывод об актуальности использования таких аппаратов в наше время.
4
ВОЗДУШНЫЕ ШАРЫ И АЭРОСТАТЫ 18-19 ВЕКОВ
В 18 веке в связи с открытием водорода- самого легкого элемента
создание воздушных шаров стало реальным. 4 июня 1783 года французские
мастера по производству бумаги братья Жозеф и Этьен Монгольфье запустили
11-метровый воздушный шар из льняного полотна и бумаги, который поднялся
на высоту 1830 м. В дальнейшем братья Монгольфье сделали воздушный шар
достаточно больших размеров, чтобы поднять человека. Жаровня для нагрева
воздуха помещалась в гондоле шара. И 21 ноября 1783 г. Пилар Де Розье и
д”Арлан совершили первое в истории воздушное путешествие, пролетев 8 км
при слабом ветре за 25 минут.
Они
стояли
в
плетеной
корзине,
охватывающей
нижний
конец
раскрашенной
оболочки
самого
большого
воздушного шара братьев
Монгольфье. Его высота 15
м,
масса
Объем
около
теплого
785
кг.
воздуха
внутри шара равен 2200 м3.
Около
100
лет
воздухоплавание
доминировало над другими
способами полета.
5
В царствование Екатерины II русский посланник во Франции И.
Баратынский сообщил о воздушных шарах Монгольфье. Действительный член
Петербургской академии наук Леонард Эйлер в 1783 г. сделал первые научные
расчеты высоты подъема аэростата, с помощью которых был изготовлен
первый монгольфьер. После подъема шара в воздух осторожная Екатерина II
подписала указ, запрещающий полеты от 1 марта до 1 декабря под страхом
штрафа в 20 рублей, во избежании пожаров и других несчастных случаев.
Желающих рискнуть двадцатью рублями долгое время не находилось, а
запускать аэростат в холодное время года никто не решался.
Но в 1803 году, в правлении Александра I, воздушный шар снова поднялся в
небо. Этой чести удостоился известный воздухоплаватель Жак Гарненрер. Он
получил привилегию подниматься на аэростате перед
московской и
петербургской публикой. В мае 1804 года в месте с Гарнерером поднялась в
воздух первая русская воздухоплавательница Тушенинова.
6
Физические основы полета воздушного шара
На шар, находящийся в воздухе, действует выталкивающая сила, равная
весу воздуха в объеме шара. Эта сила называется архимедовой по имени
греческого ученого Архимеда, который открыл эту силу. Эта сила и позволяет
строить воздушные шары, аэростаты и дирижабли разных видов.
Архимедова сила
Вес шара
7
Со стороны Земли на шар действует сила тяжести, равная весу шара,
наполненного газом. А со стороны атмосферы Земли действует архимедова
сила.
Пусть в воздух запущен шар объемом 1 м3, полненный инертным газом
гелием, один кубический метр которого имеет массу 0, 189 кг. Вес этой массы
гелия равен 1.89 Н.
Архимедова сила, действующая на наш шар в воздухе, равна весу воздуха
в объеме этого шара. Этот вес равен 13Н, т.к. 1 м3 воздуха имеет массу 1,3 кг.
Следовательно, шар объемом 1 м3 наполненный гелием, может поднять
груз весом 13 Н-1,84 Н=11,16 Н
Другими словами, к нашему шару мы можем подвесить груз массой 1,11
кг., и он поднимется в воздух.
Если заполнить оболочку шара водородом, 1м3 которого имеет массу 0,09 кг,
вес 0,9 Н, подъемная сила будет равна 12,1 Н. Такой шар поднимет в воздух
груз массой 1,2 кг . Серьезный недостаток водородных воздушных шаров –
горючесть водорода.
Рис .1
8
Управление аэростатами ограничено при движении вверх сбрасыванием балласта [А], при движении вниз-стравливанием газа из оболочки [Б]. Тормозной
канат (гайдроп) [В] придает шару устойчивость и обеспечивает мягкую посадку,
когда для выпуска газа открывается выпускной сектор оболочки [Г] (рис 1)
Полет аэростата зависит от массы самого аэростата и объема вытесненного им
воздуха. Для воздушных шаров, наполненных легким газом, и свободных
аэростатов обычная процедура управления состоит в стравливании газа и
оболочки для спуска и в сбрасывании балласта ( песка или воды) для подъема.
9
ДИРИЖАБЛИ И АЭРОСТАТЫ 20-ГО ВЕКА
В 1852 году Анри Жиффар изобрел
паровым двигателем. Летательный
«управляемый» дирижабль с
аппарат легче воздуха стал реальностью.
Первые дирижабли были мягкой системы: они имели гибкую оболочку из
ткани, к которой на стропах подвешивалась полезная нагрузка.
Рис. 2
На рисунке (рис. 2) показан морской патрульный дирижабль, изготовленный
примерно в 1913 году. Подобные дирижабли использовались во II-ой мировой
войне.
Фердинанд фон Цеппелин первым приступил к постройке дирижаблей
жесткой системы, который стали называть его именем.
Рис. 2
Рис. 3
10
Дирижабль, названный «Ганза» совершил около 400 перелетов и перевез
более 8 тыс. пассажиров, покрыв расстояние 45000 км. К самым большим
дирижаблям относятся немецкие дирижабли «Граф Цеппелин» (1938 г.) (рис.
2) и «Гинденбург» (1936 г.) (рис.3)
Дирижабли в рейсовых полетах могут изменять направление полета или высоту
с помощью хвостовых аэродинамических рулей, но при малых скоростях
полета они не эффективны. К началу второй мировой войны от гигантских
дирижаблей отказались после ряда крупных катастроф.
В СССР во время Великой Отечественной Войны аэростаты воздушного
заграждения
как
бы
вписались в вечернее небо
Москвы (рис.4) и
надежно охраняли столицу
от
налетов
авиации (рис. 5).
Рис. 4
Рис. 5
вражеской
11
Будущее аэростатов и дирижаблей
Аэростат был первым аппаратом, при помощи которого люди поднялись
в воздух.
Аэростаты с герметически закрытой гондолой применяются для
исследования верхних слоев атмосферы, они называются стратостатами. В
настоящее время широко применяются воздушные шары, снабженные
различной измерительной аппаратурой и оповещающей о результатах своих
измерений по радио. Такие радиозонды несут на себе миниатюрный
радиопередатчик с батарейками, который сообщает условными сигналами о
влажности, температуре и давлении на разных высотах.
Можно отправить неуправляемый аэростат в далекое путешествие и
довольно точно определить, где он приземлиться. Для этого нужно, чтобы
аэростат поднялся на большую высоту, порядка 20-30 км. На этих высотах
воздушные течения очень устойчивы, и путь аэростата может быть рассчитан
заранее достаточно хорошо.
Что касается дирижаблей, то к началу второй мировой войны от
гигантских дирижаблей отказались после ряда крупных катастроф. В то время
дирижабли не выдерживали конкуренции с самолетами.
Но с конца 20 века дирижабль снова признан как возможное
транспортное средство. В настоящее проектируются и строятся грузовые
дирижабли.
В моей работе представлен грузовой дирижабль Carqolifter (рис.6)
Рис. 6
12
построенный в Великобритании: его длина 210 метров, грузоподъемность 160 т.
Такие гигантские дирижабли особенно полезны для освоения новых районов
или перевозки тяжелых грузов.
В нашей стране компанией РосАэроСистемы построен двухместный
дирижабль АИ-12М (рис. 7).
Двухместный дирижабль Аu-12м предназначен для подготовки пилотов
воздухоплавателей, патрулирования и визуального контроля автодорог и
городских территорий в интересах экологического мониторинга и ГАИ,
контроля за чрезвычайными ситуациями и спасательных операций, охраны и
наблюдения,
рекламных
полетов,
качественной
фото,
видеосъемки в интересах рекламы, телевидения , картографии.
Рис. 7
кино,
теле-
и
13
В настоящее время во всем мире считается признанным, что система
дирижаблей заменит не только нынешние четыре тысячи мачт ретрансляторов,
но и еще 10 тысяч мачт, необходимых в будущем для работы мобильных
телефонов нового поколения.
Если учесть, что большая часть территории нашей страны покрыта
лесами, болотами, реками, то перспектива доставлять в такие районы Интернет
по системе привязанных аэростатов с антеннами и волоконно-оптическими
кабелями является очень заманчивой. Тем более, что релейные мачты сетей
мобильной
связи
опасны
для
здоровья
человека
из-за
мощного
электромагнитного излучения. Такие системы создают сейчас во многих
странах. И нашей стране необходимо присоединиться к этой программе.
14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате деятельности по данному проекту я пришла к выводу о том,
что летательные аппараты легче воздуха снова нашли своё применение, т.к.
они:
 экологичны;
 способны перевозить грузы большой массы;
 работать в трудно доступных районах;
 патрулировать и визуального контролировать автодороги;
 проводить экологический мониторинг;
 осуществлять контроль за чрезвычайными ситуациями и спасательными
операциями;
 применяются
для
обслуживания
сетей
мобильной
связи
и
телекоммуникаций;
 производят качественную фото, кино, теле- и видеосъемки в интересах
рекламы, телевидения , картографии.
В заключении хочу привести слова итальянского конструктора дирижаблей,
возглавлявшего
в
1932-1935
гг.
госкорпорацию
«комбинат
ДИРЕЖАБЛЕСТРОЙ СССР» Умберто Нобиля:
«… В мире существует ещё по крайне мере одна страна, где дирижабли
могли развиваться и широко с пользой применяться. Это – Советский Союз
с его обширной территорией, по большей части равнинной. Здесь, особенно
на севере Сибири, огромные расстояния отделяют один населённый пункт от
другого. Это осложняет строительство шоссейных и железных дорог. Зато
метеорологические условия весьма благоприятны для полётов дирижаблей.»
15
Поэтому нам следует оглянуться назад, чтобы быть успешными в
будущем!
16
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Из кинолетописи ВОВ.
2. Интернет
3. Физика –7, Перышкин, Дрофа, 2002 г.
4. Физика, Д.Джанколи, М, Мир, 1989 г.
5. Физическая энциклопедия, М, Советская энциклопедия, 1983 г.
6. Человек и машины, том 4,М, Мир,1986 г.
7. Элементарный учебник физики под редакцией Ландсберга,М,
Дрофа, 2006