Учебный проект по теме "Физика полета"

Министерство общего и профессионального образования  Свердловской области Уполномоченный орган местного самоуправления в сфере образования «Управление образования Североуральского городского округа» Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1 Учебный проект по физике Физика полёта Исполнители:                                                                    Мельникова Валерия,  учащаяся 8В класса  МАОУ СОШ №1 Руководители:                                                                          Леоненко Анна Николаевна,                                                                        учитель физики высшей категории Североуральский городской округ 2015 Учебный проект по физике  "Физика полёта" Учебный предмет (дисциплины, близкие к теме): физика. Возраст учащихся: 8 класс. Тип проекта:  поисковый. Продукты проекта: Презентация, выполнена в программе Power Point . Основополагающий вопрос: Может ли человек научиться летать, так как это делают птицы? ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ:  Как летают птицы?  Как люди учились летать?  Какие приспособления придумал человек для того чтобы полететь? Проблемный вопрос:  Как летают птицы?         Птица ­ уникальна, и каждая часть тела, каждое пёрышко устроены так, чтобы она могла летать.          Крыло:   Крыло ­ та часть тела, которая делает возможной полёт. Оно имеет   особенное   строение   и   специфическую   форму   –   изогнуто­выгнутую. Такая   форма   создает   подъёмную   силу,   которая   позволяет   птице противостоять   силе   тяжести.   По   обе   стороны   крыла   создаётся   два автономных   потока   воздуха,   каждый   из   которых   движется   со   своей скоростью,   при   этом   скорость   потока   воздуха,   который   огибает   верхнюю часть   крыла   (и   проходит   больший   путь)   больше.   Большая   скорость обеспечивается   меньшим   давлением   потока   воздуха   в   верхней   части крылышка. Разность давлений и создает подъёмную силу. Разность скоростей обеспечивает одновременное достижение двумя потоками кончика крыла, что необходимо для полёта.       Перо: Пёрышек у птиц тысячи, и каждое из них имеет свою структуру, форму   и   прочность,   в   зависимости   от   назначения.   Перо   состоит   из кератиновых   компонентов   и   ороговевшего   эпителия.   Полёт   птиц   был   бы полностью невозможным без перьев. Они создают особую, обтекающую форму тела,   благодаря   чему   потоки   воздуха   плавно   обтекают   птицу.   Перья обеспечивают крыльям их функции и являются главным инструментом для создания   воздушной   тяги   и   подъёмной   силы.   Хвост,   который   полностью состоит   из   перьев,   является   своего   рода   рулём   птицы.   Одна   из   функций оперения   птицы   –   защита   тела   от   негативного   воздействия   окружающей среды.           Строение   тела:  Птицы   имеют   особое   строение   тела   и   уникальную кильевую   кость.   У   всех   видов   птиц   внешняя   поверхность   груди   заметно выдаётся вперёд, тем самым образуя киль. Скелет птицы особенно жёсткий, что обеспечивает ему то, что все кости плотно сращены друг с другом. Т.е. позвоночник   у   птицы   очень   плотно   зафиксирован.   Вес   птицы   значительно уменьшается за счёт полости костей, что крайне важно для полётов. Важно, что   в   костях   птиц   полностью   отсутствует   костный   мозг.   Мышцы   у   птиц развиты   очень   хорошо.   Особенно   крепкими   являются   мышцы   крыльев. Которые обеспечивают махи при полёте. В мышцах постоянно происходит интенсивный обмен кислорода. Особенности жизнедеятельности.        Дыхание. У птиц есть уникальный орган дыхания – воздушный мешок. Когда птичка делает вдох, то воздух проходит через небольшие трубочки­ бронхиолы   лёгких   в   эти   самые   воздушные   мешки.   Обратный   путь   воздух проделывает таким же образом в обратном направлении, и снова происходит газообмен.  Таким   образом,  у   птиц   наблюдается   двойное   дыхание,  которое значительно увеличивает уровень снабжения тела кислородом, что жизненно необходимо при полёте.         Сердце птицы довольно большое, и его соотношение с массой тела в разы больше,   чем   аналогичное   у   млекопитающих.   Такое   крупное   сердце необходимо для ускоренной циркуляции крови, без чего не был бы возможен полет, поскольку у птицы просто не хватило бы сил и энергии. Интенсивное движение крови и двойное дыхание обеспечивают ускоренный обмен веществ, а так же повышенную температуру тела, которая в норме составляет 40 – 42 градуса. Всё это не только ускоряет течение всех процессов, но и приводит к ускоренному сокращению мышц. Строение головного мозга птиц.    У этих прекрасных созданий прекрасно развита координация и реакция. Это возможно благодаря особому мозжечку, который, очень сильно гипертрофирован. Проблемный вопрос:  Как люди учились летать?              Еще в III веке н.э. китайцы запускали бумажных змеев, демонстрируя пока еще поверхностное понимание принципов аэродинамики. В XV веке врач из Венеции Джованни де Фонтана замахнулся на сам космос. Он создавал первые модели ракет. И хотя эти ракеты были из бумаги и дерева, Джованни сумел их запустить с помощью пороха.              Леонардо да Винчи  в XVI веке сделал наброски первых вертолетов, парашютов и планера, у которого двигались концы крыльев. Однако их время еще не пришло, и эти наброски остались только на бумаге.          Первый успех был  достигнут в 1783 году. Братья Монгольфье первые поняли, что если в бумажные аэростаты запустить горячий воздух, то они будут лучше взлетать. Взяв на вооружение это открытие, Монгольфье быстро соорудили первый большой воздушный шар. Разожгли огромный костер для того,   чтобы   наполнить   шар   дымом.   Шар   взлетел   на   высоту   1800   метров. Представьте, как радовались братья, а с ними и вся Франция, ведь путь в небо был   открыт!   С   того   момента   прогресс   рванул   вперед.        Где, когда и кем был построен первый летательный аппарат, поднявшийся в   воздух?   Во   Франции   основателем   авиации   считают   Клемента   Адера,   в Германии — Отто Лилиенталя, в России — Александра Можайского.          В   1799   году  Джордж   Кейли,   респектабельный   англичанин,   сделал важнейшее открытие. Он установил, что воздух, обтекающий крыло сверху, создает силу, направленную вверх и противодействующую силе притяжения, и что   эта   сила   прямо   пропорциональна   размеру   крыла   и   скорости   потока воздуха.   Вскоре   Кейли   сконструировал   первый   в   истории   человечества планер. Идея оказалась верной, планер держался в воздухе, и изобретатель задумал создание планера, способного поднимать в воздух человека. Аппарат был построен в 1809 году, но летать не мог. Через сорок лет Кейли удалось создать планер, который поднялся в воздух, причем с 10­летним мальчиком на борту. Еще через несколько лет Кейли построил принципиально новую модель —   моноплан.   На   месте   пилота   восседал   кучер   Кейли.   Планер   недолго продержался в воздухе и благополучно приземлился.        Инженер Вильям Хенсон еще в 1840 году начал конструировать планеры и паровые двигатели. Его будущий напарник Джон Стрингфелло тоже работал над   усовершенствованием   парового   двигателя.   В   истории   авиации   работы Хенсона и Стрингфелло остались, как первые попытки построить и запустить летательный   аппарат   с   двигателем.   Первым   человеком,   который   осознал необходимость   овладения   искусством   пилотирования,   был   талантливый экспериментатор   из   Германии   Отто   Лилиенталь.   Лилиенталь   построил несколько   монопланов   без   мотора.   На   них   он   многократно   поднимался   в воздух, каждый раз — после короткого разбега вниз по склону. О. Лилиенталь планировал создать и аппарат с мотором, но 9 августа 1896 года его планер потерпел крушение и летчик погиб.               Густав Уайтхэд. Настоящая фамилия Уайтхэда — Вейсскопф. Он родился в Германии и эмигрировал в США, где и перевел свою фамилию с немецкого   на   английский.   Уайтхэд   несколько   лет   строил   летательные аппараты.  Владельцы велосипедного магазина братья Райт вступили на путь создания летательных аппаратов в 1896 году. На своем первом маленьком планере   Райты   в   1899   году   опробовали   новую   систему,   напоминающую современные   элероны.   Эта   система   вместе   со   стабилизирующим   хвостом создавала  условия для контролирования планера в воздухе. Через год они построили   еще   одну   модель   планера,   на   этот   раз   оснащенную   рулем.   На третьем планере братьев Райт можно было уже делать повороты. Оставалось только добавить мотор и превратить планер в аэроплан. Такой аэроплан был создан в 1903 году. 14 декабря 1903 года братья броском монеты разыграли право испытать новую машину. Уилбер оказался удачливее брата. Он поднял машину в воздух, но неудачно: аэроплан потерял высоту и упал. Впрочем, оба понимали, что со временем они научатся управлять аэропланом. Через три дня, отремонтировав машину, братья Райт предприняли новую попытку. На этот   раз   аэроплан   испытывал   Орвилл.   Аэроплан   «набрал   высоту   и   за   12 секунд   пролетел   37   метров.   Впервые   в   истории   пилотируемый   аппарат взлетел под действием собственного мотора, пролетел без потери скорости и плавно приземлился. Проблемный вопрос: Какие приспособления придумал человек для того чтобы полететь? Реактивные ранцы Реактивный   ранец ­   персональный летательный   аппарат,   носимый   на   спине, позволяющий человеку подниматься в воздух посредством реактивной тяги. Тяга   создаётся   за   счёт   выбрасываемой   двигателем   вертикально   вниз реактивной струи. Парашют Парашют ­ устройство из ткани, в основном в виде полусферы, к которому стропами прикреплена подвесная система или груз. Служит для замедления движения   предмета   в   воздухе.   Парашюты   используются   для прыжков   из летательных   аппаратов  с   целью   безопасного   спуска   и   приземления   людей (грузов), для торможения летательных аппаратов при посадке.  Вингсьют Вингсьют ­ это необычный костюм­крыло из плотной ткани. Три двухслойных крыла имеют внутри нервюры (каркас) и надуваются набегающим потоком через воздухозаборники, создающие подъемную силу при полёте парашютиста вперед.   Давление   внутри   крыла   придаёт   ему   необходимую   жесткость,   что существенно снижает нагрузку на руку. Самолёт   Самолёт   ­  воздушное   судно,   предназначенное   для   полётов   в атмосфере с помощью силовой установки, создающей тягу, и неподвижного относительно других частей аппарата крыла, создающего подъёмную силу. Полёт самолёта. Когда крыло помещено в поток воздуха, вблизи острой задней кромки крыла возникают вихри, вращающиеся в случае, против часовой стрелки. Вихри эти растут, отрываются от крыла и уносятся потоком. Остальная масса воздуха вблизи   крыла   получает   при   этом   противоположное   вращение   (по   часовой стрелке), образуя циркуляцию около крыла. Накладываясь на общий поток, циркуляция обусловливает  распределение линий тока. Для профиля крыла получили такую же картину обтекания, как и для вращающегося цилиндра. Здесь общий поток воздуха наложено вращение вокруг крыла — циркуляция. Циркуляция   возникает   не   в   результате   вращения   тела,   а   благодаря возникновению   вихрей   вблизи   острого   края   крыла.   Циркуляция   ускоряет движение воздуха над крылом и замедляет его под крылом. Вследствие этого над   крылом   давление   понижается,   а   под   крылом   повышается. Равнодействующая   всех   сил,   действующих   со   стороны   потока   на   крыло (включая   силы   трения),   направлена   вверх   и   немного   отклонена   назад.   Ее составляющая, перпендикулярная к потоку, представляет собой подъемную силу, а составляющая в направлении потока — силу лобового сопротивления. Чем больше скорость набегающего потока, тем больше подъемная сила и сила лобового сопротивления. Эти силы зависят, от формы профиля крыла и от угла,   под   которым   поток   набегает   на   крыло   (угол   атаки),   а   также   от плотности   набегающего   потока:   чем   больше   плотность,   тем   больше   и   эти силы. Профиль крыла выбирают так, чтобы оно давало возможно большую подъемную силу при возможно меньшем лобовом сопротивлении. Воздушный винт   самолета,   вращаемый   двигателем,   или   реакция   струи   реактивного двигателя,   сообщает   самолету   такую   скорость,  что   подъемная   сила   крыла достигает веса самолета и даже превосходит его. Тогда самолет взлетает. При равномерном   прямолинейном   полете   сумма   всех   сил,   действующих   на самолет, равна нулю, как и должно быть согласно первому закону Ньютона. Сила тяги двигателя равна по модулю и противоположна по направлению силе лобового сопротивления воздуха  для всего самолета, а сила тяжести  равна по модулю и противоположна по направлению подъемной силе. Заключение.        Таким образом, теперь я могу дать ответ на основополагающий вопрос: Несмотря   на   то,   что   человек   придумал   множество   приспособлений   для полёта,   он   не   может   летать   самостоятельно   как   птица.  Причиной   этого является отсутствие крыльев, перьев, без которых полёт невозможен. А также у человека не приспособлены кости и мышцы.        В ходе проекта я узнала, что человек многого добился и смог воплотить свою мечту в реальность, узнала о первых летающих аппаратах и о людях, которые положили начало нашим современным самолётам и вертолётам.           Поставленные   цели   были   выполнены:   я   закрепила   навыки   работы   с информацией, а также узнала много интересной информации. Источники информации: 1. Подьемная сила крыла и полет самолета http://goo.gl/BDikXC 2. Почему летают птицы? http://goo.gl/iq8cdp 3. Как люди учились летать http://goo.gl/OogzUV