Научное общество учащихся
Реферативно-исследовательская работа
По физике
Тема: Я улетаю
на большом воздушном шаре.
Выполнила
ИРООИОи 9 класса.
Научный руководитель
Спирина В. М.,
Учитель физики
Высшей категории.
МОУ Есаульская СОШ
Сосновский район Челябинской области
Содержание:
Вступление.
2. Теоретическое обоснование темы:
o Воздухоплавание;
o История воздухоплавания. Применение воздушных шаров.
o Основные понятия динамики;
o Гидроаэростатика и её основные понятия;
Практическая часть.
Как закрепить воздушные шары?
Заключение.
Приложения.
Литература.
Необходимым атрибутом современного интерьера праздничных мероприятий является использование воздушных шаров. Разные- разные, голубые, красные, жёлтые, зелёные воздушные шары украшают и радуют глаз покупателей, наблюдателей, организаторов и участников акций, спектаклей, выставок.
Любовь к воздушным шарам выражена в детском стихотворении как самое яркое впечатление прошедшего дня:
«Мы гуляли по Неглинной,
Заходили на бульвар,
Нам купили синий- синий,
презелёный красный шар!»
Видимо, столько было шаров перед глазами, что они разбежались по их окраске!
В дни празднования 270- лет основания города Челябинска продавалось и применялось очень много «летающих» воздушных шаров. Мы с родителями во время праздника были в Мегаполисе. Я заметила, что некоторые «наиболее сообразительные» юноши с помощью небольшого грузика «подвешивали» шары к потолку Мегаполиса.
Я задумалась, зачем они это делают? Потолок Мегаполиса арочный.
Грузик, какой массы (М) годится для этой цели?
Решение этой задачи является основой практической части моей работы.
Цели работы:
o Теоретическое изучение вопросов применения воздушных шаров;
o Динамический анализ проблемы;
o Решение поставленной задачи;
Методы:
o Сбор и классификация информации;
o Теоретическое исследование поставленной задачи;
o Модельный эксперимент.
o Компьютерная обработка результатов.
Воздухоплавание – это движение в атмосфере таких тел, вес которых меньше веса воздуха, занимающего их объём.
Примерами воздухоплавания является движение облаков, туч, воздушных шаров и их разновидностей- аэростатов и дирижаблей.
История воздухоплавания насчитывает не одно столетие.
Париж. Конец 18 века. Происходит наполнение оболочка шара водородом. В отверстие бочки насыпали железные опилки, потом залили серную кислоту. Образующийся при этом водород поступал чрез другое отверстие в оболочку шара.
В 1783 году братья Жозеф и Этьен Монгольфье построили и подняли в воздух первый воздушный шар- аэростат. Он представлял собой баллон из шёлкового полотна, подбитого бумагой. Шар наполнили газом, и он поднялся на высоту 2000м. В воздушный полёт на шар братьев Монгольфье отправились «пассажиры» - баран, утка и петух - первые живые существа, поднявшиеся в воздух на летательном аппарате. Шар пробыл в воздухе 8 минут, достигнув высоты 500 метров, а затем благополучно опустился на землю.
Интересен факт, что самый первый аэростат был построен в России в 1731 году рязанским подьячим Крякутным. На своем шаре он поднялся гораздо выше колокольни. Толпа сочла это «дружеством с нечистой силой». «Закопать его в землю!»- таков был приговор невежественной толпы.
Сначала аэростаты служили лишь в целях развлечения: с них запускали ракеты для иллюминации, спускали на парашютах животных и птиц. Занятные полёты собирали толпы любопытных.
Да и сейчас не прекратились попытки развлечь зрителей при помощи таких полётов. В фильме «Заяц над пропастью» Тиграна Кеосаяна, который мы посмотрели 1 января 2007 года, сюжет закручен на полёте Леонида Ильича Брежнева на огромном воздушном шаре, который молдаване перепутали с маленькими любимыми Брежневым шариками, и его приземлении в цыганском таборе. Ему хотели показать маленькую Молдавию из корзины шара, где было и шампанское, и апельсины, а он взял и скрылся от свиты, улетев на нём сам, а шампанское пригодилось для организованной им свадьбы.
Позже аэростаты стали использовать для научных целей.
1887 год. Произошёл запуск аэростата «Русский», с которого на высоте 3350м Д. И. Менделеев наблюдал солнечное затмение.
1897 год. Аэростат «Орёл» со шведским воздухоплавателем Андерсоном стартовал к Северному полюсу. Правда, неудачно, т. к. аэростат обледенел и упал о льдах.
Аэростаты широко применялись и в военных целях. Известны такие факты:
1794 год. Разведка позиций противника производилась с привязанного аэростата (Франция).
. Во время русско-японской войны (1904-1905) применялся знаменитый аэростат «Ястреб».
1919 год. Применялись аэростаты, привязанные к бронепоезду в совместных боевых действиях на фронтах гражданской войны.
Особенно эффективно использовались аэростаты – заграждения на высоте 2000-3000м в Москве и Ленинграде в годы Великой Отечественной войны.
Самая популярная область применения аэростатов в настоящее время - спорт, соревнования на продолжительность, дальность и высоту полёта. С аэростатов стартуют дельтапланеристы.
С момента изобретения аэростата многие смельчаки пытались пересечь с его помощью атлантический океан. Впервые это удалось лишь в 1978 году Б. Абруцци, М Андерсону и Л. Ньюкомену. Высота полёта составляла 4000м. Нужно было надеть кислородную маску и тёплую одежду.
Жак И Кусто - океанограф, кинематографист, исследователь - считал, что «шар - замечательное изобретение для съёмок: он бесшумен и не пугает животных». Исследовательское судно «Каллисто» проводило экспедицию в Антарктиде совместно с воздушным шаром
В эпоху орбитальных станций и геофизических ракет аэростаты - экономичное средство для исследования атмосферы. Шар – радиозонд поднимается на высоту 3- 3,5 тысяч метров и сообщает данные о температуре, давлении, влажности воздуха различных слоях атмосферы.
Стратостат – это аэростат, предназначенный для полётов в стратосферу, т. е. на высоту более 10 км. Назначение полётов - исследование Солнца, интенсивности космического излучения, атмосферного электричества и др. Стратостат представляет собой огромный воздушный шар объёмом 20- 30 тыс. куб. метров. Стратостат «СССР-1» достиг высоты 19км. 1934 году стратонавты Федосеенко, Власенко и Усыскин на стратостате «Осоавиахим» поднялись на высоту 22 тыс. метров. Спуск был неудачен, герои погибли.
Итак, привычная игрушка - воздушный шарик - возникла не как детская забава, а как официальный атрибут торжеств, великосветских приёмов и шествий. Именно так сказано в патенте на изобретение в 1856 году в Англии.
Но применение аэростатов очень обширно. Это - летательные аппараты. В 1887 году К. Э. Циоковский предложил проект управляемого аэростата- дирижабля. Первые полёты на дирижабле совершил Сантос - Дюмон (Франция, 1899г.) и Ф. Цеппелин (Германия, 1900г.). «Уверен, знаю, что советские дирижабли будут лучшими в мире» (К. Э Циолковский). Однако его ракетам повезло больше. Аэростаты обладают целым рядом достоинств, но полностью зависят от капризов погоды.
| № | Достоинства аэростатов |
| Огромная грузоподъёмность | |
| Способность перевозить крупногабаритные грузы. | |
| Длительность полёта. | |
| Посадка в любом месте | |
| Бесшумность. | |
| Минимальное загрязнение окружающей среды | |
| Сравнение с самолётами | |
| Не нужно топлива | |
| Не нужны дорогостоящие аэродромы | |
| Нет громкого «рёва». | |
| Нет загрязнения воздуха и почвы. |
Частые катастрофы подорвали репутацию дирижаблей, но в настоящее время учены, убеждены, что создание воздушных гигантов начала 20 века не было подкреплено развитием науки и техники. Поэтому история создал условия для самолётов и ракет.
Достижения современной техники позволили создать прочные тонкие морозостойкие и очень тонкие материалы для оболочек: 1 куб. метр такой ткани имеет мессу 30 – 50 грамм
Новое навигационное оборудование, иное конструктивное решение узлов дали возможность построить летательные аппараты легче воздуха нового поколения. Это – гибридные аппараты: вертостат, самолёто-дирижабль. Определен и сфера их деятельности: перевозка турбин ГЭС, Опор ЛЭП, буровых вышек, строительных блоков, агрегатов химических и металлургических заводов, ступеней космических кораблей. Посчитано, что строительство одной линии ЛЭП- 500 на 2000км с помощью дирижаблей сэкономит 500 млрд. рублей.
Для понимания судьбы полёт воздушного шара необходимо знать динамику и её основные понятия. Динамика- раздел механики, в котором изучается взаимодействия тел и причины появления у них ускорений. С динамикой тесно связан статика, изучающая равновесие тел и сооружений, а также гидроаэростатика.
Основными понятиями динамики являются сила, масса и ускорение.
Силой называют действие одного тела на другое, в результате которого тело получает ускорение или деформируется. Сила обозначается буквой F, в системе СИ измеряется в Ньютонах (1 Н). 1Ньютон - это сила, которая телу массой 1кг сообщает ускорение 1 м\с2 .
Все силы, существующие в природе, делятся на 4 категории: гравитационные, электромагнитные, ядерные и электрослабые.
К гравитационным относятся сила всемирного тяготения и сила тяжести; к электромагнитным - силы трения, упругости, вес, поверхностного натяжения, архимедова сила, силы Кулона, Ампера и Лоренца.
Гравитационные силы действуют между всеми телами природе, имеющими массу. Электромагнитные силы действуют между заряженными телами. Ядерные действуют внутри ядер атомов. Электрослабые - внутри элементарных частиц, протонов и нейтронов.
Каждая сила имеет свою формулу.
| № | Сила | Формула. |
| Сила всемирного тяготения | F= γ m1 m2 \R2 | |
| Сила тяжести | F= mg | |
| Сила упругости | F= kx | |
| Сила трения | F= μ N | |
| Вес тела | Р= m(g-a) | |
| Сила Архимеда | F= ρж gVт |
Каждая сила имеет своё направление. Сил тяжести направлена к центру Земли. Сил упругости - против деформации, сила трения - против движения., Архимедова сила - вверх., и т. д.
Масса – физическая величина, которая служит мерой инертности тела. Обозначается буквой m. Единица массы в системе СИ – 1 кг. 1Кг – это масса эталона. Эталон массы представляет собой цилиндр из сплава платины и иридия высотой и диаметром 39 мм, который хранится в Международной палате мер и весов в городе Севре близ Парижа.
Масса тел имеет некоторые свойства:
· Массы тел складываются;
· Массы тел сохраняются в любых происходящих с ними процессах;
· При движении со скоростью, приближающейся к скорости света, масса тел неограниченно возрастает.
Способы определения массы:
1. По ускорениям, полученным при взаимодействии тел. Так определяют массу Луны, Солнца и других космических тел. а1\а2= m 2\m1
2. Путём взвешивания.
Ускорение - это физическая векторная величина, численно равная изменению скорости за единицу времени. Обозначается буквой а, находится по формуле а=(v – v0) \t
Это формула линейного ускорения. Ускорение при движении тела по окружности называется центростремительным. Оно находится по формуле а= v2\R
Ускорение измеряется в м\с2 . Центростремительное ускорение направлено к центру окружности или дуги окружности, по которой движется тело. Линейное ускорение может быть направлено в туже сторону, что и скорость, тогда движение - равноускоренное; или в противоположную скорости сторону - тогда движение тел равнозамедленное.
В основе динамики лежат глобальные законы, называемые законами Ньютона.
Первый закон Ньютона объясняет, когда тело находится в покое или движется равномерно прямолинейно, второй закон - объясняет причину появления ускорений, третий – как происходит взаимодействие тел.
1 закон: