Воздухоплавание сообщение по физике 7 класс

ИСТОРИЯ ВОЗДУХОПЛАВАНИЯ

Воздушные шары, используемые с давних времен для воздухоплавания, иначе называются аэростатами. В переводе с греческого слово “аэростат”означает “неподвижно стоящий в воздухе”.
Неуправляемые аэростаты называются “монгольфьерами” или “шальерами”по именам их изобретателей.
Для исследования высотных слоев атмосферы используются стратостаты.
Кроме того существуют управляемые аэростаты – дирижабли.

В Перу во время археологической экспедиции ученые нашли рисунок на стене одной из гробниц. На нем был изображен аппарат в виде гигантской четырехгранной пирамиды, которая парила в воздухе, а внизу к ней была привязана корзина, в которой находились люди. Рисунок тщательно измерили и рассчитали примерные размеры изображенного на нем летательного аппарата. После этого построили каркас пирамиды и гондолу, применяя материалы, которые обычно использовали перуанские индейцы для строительства. После того как аппарат обтянули материалом, получилось огромное сооружение, имеющее почти 10 м в высоту и до 30 м у основания. Под пирамидой развели костер, и через некоторое время пирамида поднялась в небо и потянула за собой корзину!

Известен проект летательного аппарата легче воздуха, который в 1670 году предложил священник Франческо де Лана-Терци. Аэростат должен был состоять из деревянной лодки, тросов, четырехмедных полых шаров, из которых выкачан воздух, паруса и ручного весла. Изобретатель полагал, что шары из тонкой меди с вакуумом внутри поднимут всю конструкцию в воздух. Однако, как сделать такие тонкие, но прочные сферы? Так проект Франческо де Лана-Терци и остался нереализованным .

Предположительно первый успешный полет на воздушном шаре совершил священник иезуит, Бартоломео Лоренцо де Гусмао. Произошло это торжественное событие в 1709 г. в присутствии королевских особ и знати.
Воздушный шар представлял собой бумажную оболочку, заполненную нагретым воздухом. Нагретый воздух поступал из глиняного горшка, установленного на подвешенном снизу шара поддоне. В горшке что-то сгорало. Шар быстро набрал высоту.

Во Франции первый воздушный шар, наполненный теплым воздухом, был изобретен и поднят в воздух в 1783 году братьями Этьеном и Жозефом Монгольфье. По имени создателей такие воздушные шары называются “монгольфьерами”.

Современные тепловые аэростаты – это тоже воздушные шары, поднимающиеся за счет нагретого воздуха. Оболочка сшита из термостойких полотнищ, основным материалом является синтетическая ткань со специальным покрытием, обеспечивающим воздухонепроницаемость.
Аэростат оснащен блоком горелок, работающих на пропан-бутановой смеси, который предназначен для нагрева воздуха в оболочке аэростата, и комплектом баллонов для хранения горючего. Кроме того на борту есть барометрические приборы и вентилятор для предварительного наддува холодного воздуха в оболочку.
В 1988 году в Голландии был поднят “монгольфьер” объемом 24000 кубометров, его 50 пассажиров размещались в комфортабельной двухпалубной корзине.

Итальянский художник Гварди Франческа(1712 – 1793гг.)
Подъем воздушного шара .

В 1766 году англичанин Генри Кавендиш получил «горючий воздух» – водород. Профессор Кавалло начал наполнять водородом бумажные шары и мыльные пузыри и наблюдать их парение в воздухе.. И совсем немного времени понадобилось для того, чтобы в небо поднялся аэростат, наполненный водородом .

В 1785 году француз Жан-Пьер Бланшар и американец Джон Джеффрис стали первыми людьми, перелетевшими Ла-Манш на воздушном шаре. Они стартовали из британского города Дувр и приземлились во французском Кале. В полете у них возникли проблемы – шар стал терять подъемную силу. Сначала они сбросили балласт, потом абсолютно все, что было в корзине, потом даже свою одежду …

В 1804 году в честь коронации Наполеона происходит торжественный запуск аэростатов. Один из них опускается на могилу Нерона в Риме, что вызывает огромный скандал.

В сентябре 1804 года известный химик и физик Ж.Л.Гей-Люссак по поручению Парижской академии наук один совершил научное воздушное путешествие, пролетев 160 верст. Полет длился 6 часов. Гей -Люссак достиг высоты около 7 верст.

17 августа 1859 г. из американского штата Индиана стартовал воздушный шар с необычным для того времени грузом – почтой. С тех пор этот день считается днем рождения авиапочты . Таким образом письма впервые были отправлены по воздуху.

В 1861 г. В США военные впервые передали телеграфное сообщение с аэростата “Энтерпрайз” на Землю.

Постепенно воздушные шары начали применять и в качестве военной техники.
В 1849 во время борьбы Италии за независимость австрийские войска организовали с помощью небольших (объёмом 82 м3) свободных аэростатов бомбардировку Венеции зажигательными и разрывными бомбами.

В 1859 в сражении при Сольферино французский воздухоплаватель Ф. Надар с привязного аэростата производил разведку расположения австрийских войск, сделав фотоснимки позиций противника.

Привязные аэростаты для разведки и корректирования артиллерийского огня применялись также в США во время Гражданской войны 1861 – 65 годов.

Во франко-прусской войне 1871 года посредством свободных аэростатов была налажена связь окружённого немцами Парижа с остальной Францией. За 4 месяца на 65 аэростатах было переправлено 3 млн. писем и депеш общим весом 16 675 кг, а также 150 пассажиров. Однако прусские военные начали применять зенитные орудия для уничтожения летящих аэростатов.

Парижские коммунары пользовались аэростатами для разбрасывания листовок революционного содержания.

Подобные аэростаты с успехом применялись как в первую мировую войну – для разведки и корректировки огня артиллерии, так и во вторую мировую – в качестве аэростатов заграждения. Военное использование аэростатов продолжалось и в годы “холодной войны”. Аэростаты-разведчики беспрепятственно пересекали границу в толще облаков, засечь их локаторами было практически невозможно.

В июле 1897 года пилотом Соломоном Огюстом Андре был совершен первый полет на воздушном шаре в Арктику. В 1997 году, в честь 100-летия этого события спортсменами-воздухоплавателями на Северном полюсе был проведен Первый праздник воздушных шаров.
С тех пор ежегодно самые смелые команды воздухоплавателей прилетают на полюс, чтобы наполнить горячим воздухом свой шар и подняться в небо над самой макушкой планеты.

В 1900 году в Париже открылся 1-й Международный воздухоплавательный конгресс . В числе представителей от России — Н. Е. Жуковский.
В октябре 1905 года во Франции была создана Международная Авиационная Федерация аэронавтов .

Конец 19века – начало 20 века ознаменовался пиком воздухоплавания. Разнообразные полеты на воздушных шарах совершались в научных и развлекательных целях. Совершенствовались конструкции воздушных шаров, их оснащение, устанавливались рекорды высоты и дальности полета. Постепенно развивалась другая летательная техника, и полеты на воздушных шарах остались привилегией спортсменов. В разных странах начали появляться аэроклубы, объединявшие спортсменов-воздухоплавателей.

В 1973 г был создан аэростат новой конструкции. – солнечный аэростат. Из всех летательных аппаратов он обладает наибольшей подъемной силой. Его баллон заполнен воздухом, и на нем нет горелки, тем не менее, он способен подниматься в воздух. При отказе выпускного клапана он не падает, а неограниченно поднимается, пока не лопнет. Его оболочка – черного цвета, хорошо поглощает солнечные лучи. Подъемную силу создает воздух, нагретый солнечными лучами. Итак, в “солнечном ” аэростате – воздух нагревается не с помощью горелки, а от солнца.

В 1978 году трое американцев Бен Абруццо, Макси Андерсон и Ларри Ньюмен впервые пересекли Атлантику на воздушном шаре. При подлете к Франции шар начал терять высоту.Балласт был израсходован еще над Исландией. Все вещи стали выбрасывать за борт – баллоны с кислородом, дорогостоящие приборы, фотоаппараты и кинокамеру, одежду, бортовой журнал, рацию.

В 1981 году воздухоплавателями японцем Аски и американцами Андерсоном, Кларком и Ньюмэном на шаре “Дабл Игл V” был покорен Тихий океан.

В 1995 году пилот Bill Arras существляет первый полет аэростата над Антарктидой.

В марте 1999 года после завершения полета вокруг земного шара продолжительностью в 19 дней 21 час и 55 минут на аэростате “Breitling Orbiter 3” был установлен абсолютный мировой рекорд дальности полета – 40814 км. Этот рекорд установили воздухоплаватели Бертран Пиккар (Швейцария) и Брайан Джонс (Великобритания).

В июле 2002 года второй в истории беспосадочный перелет вокруг земли на воздушном шаре совершил американский пилот Стив Фоссет. На аэростате “Bud Light Spirit of Freedom” он преодолел 34 242 км за 320 часов 33 минуты.

В настоящее время Всемирная федерация воздухоплавания проводит чередующиеся чемпионаты мира: в четные годы – для монгольфьеров, в нечетные – для газовых аэростатов.

Японский аэрокосмический беспилотный самолёт стартовал на испытаниях без разбега и бесшумно. Так он добрался до высоты 22 км, где отделился от первой ступени и своим ходом поднялся ещё на 55 км. Затем двигатель отстыковался и самолёт начал планирующее снижение. Интересно, что первой ступенью поднятия самолета был воздушный шар.

Другие страницы по теме “Воздухоплавание”:


Учащиеся наблюдают, выдвигают гипотезы, делают выводы.

Работают с конспектом.

Учащиеся слушают и записывают в тетрадь

Закрепление нового материала (решение качественных и расчетных задач)

Отвечают на вопросы, обсуждают, доказывают

Азбука физики

Научные игрушки

Простые опыты

Этюды об ученых

Решение задач

Презентации

«Воздухоплавание» сообщение по физике

«Воздухоплавание» физика 7 класс доклад расскажет о горизонтальном и вертикальном перемещении в атмосфере планеты на легких летательных аппаратах. Также информация о воздухоплавание поможет подготовиться к занятию, и углубить свои познания в области физики.

«Воздухоплавание» сообщение по физике

В воздухе на все тела действует выталкивающая или архимедова сила. Дабы ее найти, необходимо плотность воздуха (ρ возд) умножить на ускорение свободного падения (g = 9,8 Н/кг) и объем тела (V), которое находится в воздухе. В физике данная формула выглядит следующим образом: FA = ρвозд*g*V.

Если полученная сила будет больше действующей на тело силы тяжести — тело взлетит. В этом вся суть воздухоплавания. Воздухоплаванье – это горизонтальное и вертикальное перемещение в атмосфере Земли на летательных аппаратах. В воздухоплавании применяются аэростаты. Они бывают неуправляемые, управляемые и привязные летательные аппараты. Неуправляемые аэростаты имеют форму шара, характеризуются свободным полетом. Другое название — воздушные шары. Управляемые аэростаты имеют воздушные винты, двигатель и называются дирижаблями. Привязные аппараты соединены тросом с землей и не позволяют ему совершать горизонтальные перелеты. Для того чтобы аэростат мог подниматься вверх, его наполняют газом с плотностью меньшей, чем у воздуха (гелий, водород, нагретый воздух).

Впервые подняться в воздух на наполненном дымом большом шаре смогли в 1731 году. Это сделал русский подьячий из Казани Крякутным. Но этот полет был неудачным – церковники изгнали подьячего из города, а о его шаре и вовсе забыли.

Только спустя 52 года был построен первый воздушный шар во Франции братьями Э. и Ж. Монгольфье. Он стал применяться для воздухоплаванья. Его наполняли горячим воздухом. Когда братья Монгольфье убедились, что их шар может летать, то в корзину посадили петуха, утку и овцу. По сути, данные животные и были первыми воздухоплавателями. Люди в первый 25-минутный полет отправились осенью 1783 года. Ими были д’Арланд и Пилат де Розье.

Чтобы определит, какой вес может поднять воздушный шар, необходимо знать о его подъемной силе. Она равна разности между действующей силой тяжести на шар и архимедовой силой. Физическая формула выглядит так: F = FA – FТ. Чем плотность газа заполняющего шар меньше, тем меньше сила тяжести, действующая на него, и больше подъемная возникающая сила.

Когда нагревается воздух до 100 °С, то плотность его уменьшается в 1,37 раза. Подъемная сила наполненного теплым воздухом шара небольшая. Это заметил ученый Ж. Шарль, который предложил наполнять аппарат водородом, ведь его плотность в 14 раз меньше, чем плотность воздуха.

Впервые полет на наполненном водородом воздушном шаре осуществился в 1783 году в первый зимний день. В полете он провел 2,5 часа на высоте 3400 м. В России первые полеты стали осуществляться в 1803 году. Вначале такие полеты носили развлекательный характер. Но постепенно аэростаты стали применять с научной целью для изучения атмосферы и метеорологических исследований, для разведки и бомбардировки или как транспортное средство. В 1929 году дирижабль «Граф Цепеллин» из Германии совершил кругосветный перелет с промежуточными тремя посадками. Протяженность перелета составляла 35 тыс. км за 21 день.

С увеличением высоты уменьшается плотность воздуха. Поэтому, действующая архимедова сила, уменьшается. Как только она по показателям сравнивается с силой тяжести, аэростат прекращает набирать высоту. Для этого с шара сбрасывают специальный балласт. Таким образом, сила тяжести стает меньше и выталкивающая сила вновь преобладает. Чтобы спустится на землю, нужно открыть специальный клапан, который выпускает часть газа. Также на воздушных шарах можно летать в стратосферу, что немаловажно.

На сегодняшний день аэростаты используются не только на Земле. Их доставляют на межпланетные станции для передачи ценной информации ученым.

Надеемся, что сообщение на тему «Воздухоплавание» помогло Вам подготовиться к занятию. А сообщение о воздухоплавание Вы можете дополнить через форму комментариев ниже.

Воздухоплавание

На все тела в воздухе (как и в жидкости) действует выталкивающая (архимедова) сила. Чтобы убедиться в этом, проделаем следующий опыт. Уравновесим на весах сосуд, наполненный сжатым воздухом и закрытый пробкой, через которую пропущена стеклянная трубка, соединенная с пустой оболочкой резинового шарика (рис. 138, а ). Если открыть кран на трубке, то сжатый воздух наполнит шарик и он увеличится в объеме. Как только это произойдет, мы увидим, что равновесие весов нарушится (рис. 138, б ). Произойдет это потому, что на шарик начнет действовать дополнительная выталкивающая сила и его вес уменьшится.
Чтобы найти архимедову (выталкивающую) силу, действующую на тело в воздухе, надо плотность воздуха ρвозд умножить на ускорение свободного падения g = 9,8 Н/кг и на объем V тела, находящегося в воздухе:

Если эта сила окажется больше силы тяжести, действующей на тело, то тело взлетит. На этом основано воздухоплавание.

Летательные аппараты, применяемые в воздухоплавании, называют аэростатами. Различают управляемые, неуправляемые и привязные аэростаты. Неуправляемые аэростаты свободного полета с оболочкой, имеющей форму шара, называют воздушными шарами. Управляемые аэростаты (имеющие двигатель и воздушные винты) называют дирижаблями. Привязные аэростаты соединяют с землей тросом, не позволяющим аппарату совершать горизонтальные перелеты.

Чтобы аэростат поднимался вверх, его нужно наполнить газом, плотность которого меньше, чем у воздуха. Это может быть, например, водород, гелий или нагретый воздух.

Первая попытка подъема в воздух на большом шаре, наполненном дымом, была предпринята в 1731 г. русским подьячим Крякутным в Казани. За этот полет церковники изгнали Крякутного из родного города, и о его шаре вскоре забыли.

Во Франции первый воздушный шар (монгольфьер), который с успехом стали применять в целях воздухоплавания, был построен лишь 52 года спустя братьями Ж. и Э. Монгольфье. Для наполнения шара они использовали горячий воздух. Убедившись, что шар может летать, братья Монгольфье посадили в корзину воздушного шара овцу, петуха и утку. Эти животные и стали первыми воздухоплавателями. Осенью 1783 г. на этом же шаре отправились в свой первый (25-минутный) полет люди — Пилат де Розье и д’Арланд.

Для того чтобы определить, какой груз способен поднять воздушный шар, следует знать его подъемную силу. Подъемная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести:

Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объема, тем меньше действующая на него сила тяжести и потому тем больше возникающая подъемная сила.

При нагревании воздуха от 0 °С до 100 °С его плотность уменьшается всего лишь в 1,37 раза. Поэтому подъемная сила шаров, наполненных теплым воздухом, оказывается небольшой. Заметив это, французский ученый Ж. Шарль предложил наполнять воздушный шар водородом — газом, плотность которого в 14 раз меньше плотности воздуха. Благодаря такой плотности подъемная сила водорода более чем втрое превышает подъемную силу нагретого воздуха того же объема.

Первый полет на воздушном шаре, наполненном водородом (рис. 139), состоялся в первый день зимы 1783 г. Диаметр шара составлял 8,5 м. Проведя в полете 2,5 ч, воздухоплаватели провели замеры давления и температуры воздуха на высоте 3400 м. Подобные измерения впоследствии стали играть важную роль в метеорологии. В России первые полеты на воздушном шаре были осуществлены в 1803 г. (сначала в Петербурге, затем в Москве).

Вначале полеты на воздушных шарах имели, как правило, развлекательный характер. Но затем аэростаты все больше и больше стали применять с научными (изучение атмосферы, метеорологические исследования) и военными (разведка, бомбардировка) целями, а также в качестве транспортного средства. В 1929 г. немецкий дирижабль «Граф Цепеллин» совершил с тремя промежуточными посадками кругосветный перелет протяженностью 35 тыс. км за 21 день. Средняя скорость полета при этом составила 177 км/ч.

В годы Великой Отечественной войны аэростаты («аэростаты заграждения») сыграли большую роль в противовоздушной обороне Москвы и Ленинграда.

Наполняя аэростат водородом, следует помнить, что этот газ обладает одним большим недостатком — он горит и вместе с воздухом образует взрывчатую смесь. Поэтому при полетах на воздушных шарах, наполненных водородом, следует соблюдать особую осторожность, иначе такой полет может закончиться трагедией. Одна из таких трагедий произошла в 1937 г., когда во время приземления взорвался немецкий дирижабль «Гинденбург», унеся с собой 36 человеческих жизней.

Негорючим и в то же время легким газом является гелий. Поэтому многие аэростаты в наше время наполняют гелием.

Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Поэтому по мере поднятия аэростата вверх действующая на него архимедова сила становится меньше. После того как архимедова сила достигает значения, равного силе тяжести, подъем аэростата прекращается. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этого балласт (например, высыпают песок из мешков). При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила вновь оказывается преобладающей.

Для того чтобы опуститься на землю, выталкивающую силу, наоборот, следует уменьшить. Это достигается путем уменьшения объема шара. В верхней части шара имеется специальный клапан. При открывании этого клапана часть газа из шара выходит, и шар начинает опускаться вниз.

Воздушные шары, предназначенные для полетов в стратосферу (т. е. на высоту более 11 000 м), называют стратостатами. Подъемная сила стратостатов должна быть достаточно велика. Поэтому их наполняют водородом, у которого она максимальна.

Теплый воздух также не утратил своего значения. Он удобен тем, что его температуру (а вместе с ней его плотность и, следовательно, подъемную силу) можно регулировать с помощью газовой горелки, расположенной под отверстием, находящимся в нижней части шара. Увеличивая пламя горелки, можно заставить шар подниматься выше. При уменьшении пламени горелки шар опускается вниз. Можно подобрать такую температуру, при которой сила тяжести, действующая на шар вместе с кабиной, оказывается равной выталкивающей силе. Тогда шар повисает в воздухе, и с него легко проводить наблюдения.

В наше время ученые и конструкторы планируют использование аэростатов не только на Земле, но и на других планетах. Так, например, в 1985 г. советские автоматические межпланетные станции «Вега-1» и «Вега-2» доставили аэростаты на Венеру. Перемещаясь в ее атмосфере, эти аппараты передали на Землю ценную информацию о физических условиях на этой планете.

1. Что такое аэростаты? 2. Чем отличаются воздушные шары от дирижаблей? 3. Почему воздушные шары иначе называют монгольфьерами? 4. Какими газами наполняют аэростаты? Почему именно ими? 5. Какие летательные аппараты называют стратостатами? 6. Как определяется подъемная сила воздушного шара? 7. Как регулируют высоту подъема воздушного шара, наполненного теплым воздухом? 8. Шарик, наполненный гелием, был случайно отпущен ребенком. До каких пор этот шарик будет подниматься вверх?

Воздухоплавание

Выталкивающая сила

Модель, согласно которой воздух стали рассматривать как жидкость, привела к возможности создания основ аэродинамики и воздухоплавания. Это допущение справедливо вот по какой причине: в отличие от твердых тел, в жидких и газообразных молекулы не связаны в жесткую структуру, а значит в них возможны течения слоев друг относительно друга.

Рис. 1. Строение жидкостей и газов.

Легко убедиться, что в газах действует архимедова сила. Вспомним ее уравнение:

$$F_A = rho cdot g cdot V$$

Соответственно, если тело твердое, то его вес намного больше выталкивающей силы. Иное дело для тел, плотность которых близка к плотности воздуха. Например, шарик накачать газом, который будет легче воздуха (например, гелий или даже разогретый воздух), то он не упадет на Землю, а полетит. На этом основано воздухоплавание. Эти же принципы легли в основу аэро- и стратостатов – дирижаблей и воздушных шаров.

Рис. 2. Выталкивающая сила.

Первые шары были сконструированы в 18-м столетии. Принцип их работы выражался простой формулой:

Чтобы аэростат взлетал, его удельный вес должен быть меньше удельного веса воздуха. Нагретый и холодный воздух отличаются друг от друга незначительно. Поэтому совсем скоро ученые предложили использовать водород или гелий.

Смесь кислорода и водорода взрывоопасна. Из-за этого в 1936-м году произошла трагедия: немецкий дирижабль, совершая посадку, взорвался. Люди, находившиеся на борту погибли.

Подъемная сила

Теория летательных аппаратов была разработана задолго до появления первых самолетов. Это стало возможным благодаря уравнениям Бернулли и Навье-Стокса для идеальных жидкостей. Опять же, исходя из справедливости законов жидкости для газов, удалось вывести формулу подъемной силы.

Она возникает, когда ассиметричное тело движется через слои воздуха. Создается разность давлений. В зависимости от формы она может поднимать тело, а может, напротив, придавливать его к земле. Оба случая используются в крыльях самолетов. Разница создается за счет поднимания и опускания управляющих элементов крыла.

Рис. 3. Обтекание крыла самолета потоками воздуха.

Задача

Решение

Запишем условие плавания тел:

Распишем обе части равенство подробней:

$$F_A = rho_ <воздуха>cdot g cdot V_<шара>$$

$$rho_ <газа>= frac <1,2 cdot 700 – 800> <70>= 0,6 кг/м^3$$ – при такой плотности газа шар не будет терять высоту. Если плотность газа уменьшить, то архимедова сила станет больше силы тяжести и шар начнет набор высоты.

Что мы узнали?

В ходе урока рассказали кратко о воздухоплавании и аэродинамике, рассмотрели уравнение, которое лежит в основе принципа работы аэростатов, а также на качественном уровне разобрались с подъемной силой, действующей на самолеты. В завершение урока решили задачу на полет воздушного шара.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4 . Всего получено оценок: 70.

Не понравилось? – Напиши в комментариях, чего не хватает.

Содержание

  1. Выталкивающая сила
  2. Подъемная сила
  3. Задача
  4. Что мы узнали?

Бонус

  • Тест по теме
  • Давление в жидкостях и газах
  • Опыт Торричелли
  • Вес воздуха Воздухоплавание
  • Единицы давления
  • Плавание тел
  • Передача давления жидкостями
  • Архимедова сила

По многочисленным просьбам теперь можно: сохранять все свои результаты, получать баллы и участвовать в общем рейтинге.

  1. 1. Даниил Кошелев 275
  2. 2. Игорь Проскуренко 143
  3. 3. Арина Бутусова 96
  4. 4. Александр Афанасьев 57
  5. 5. Виолетта Иванова 51
  6. 6. даниил Михура 42
  7. 7. Артём Назаренко 37
  8. 8. Аделина Валеева 35
  9. 9. НИКИТА НИКИТИН 31
  10. 10. Daniel Solodukhin 30
  1. 1. Кристина Волосочева 18,425
  2. 2. Юлия Бронникова 18,105
  3. 3. Ekaterina 18,061
  4. 4. Darth Vader 17,156
  5. 5. Алина Сайбель 16,787
  6. 6. Мария Николаевна 15,775
  7. 7. Лариса Самодурова 15,735
  8. 8. Liza 15,165
  9. 9. TorkMen 14,876
  10. 10. Влад Лубенков 13,530

Самые активные участники недели:

  • 1. Виктория Нойманн – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
  • 2. Bulat Sadykov – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
  • 3. Дарья Волкова – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Три счастливчика, которые прошли хотя бы 1 тест:

  • 1. Наталья Старостина – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
  • 2. Николай З – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
  • 3. Давид Мельников – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Карты электронные(код), они будут отправлены в ближайшие дни сообщением Вконтакте или электронным письмом.

Воздухоплавание

Урок 34. Физика 7 класс

Конспект урока “Воздухоплавание”

«Воздухоплавание не было ни наукой,

ни отраслью промышленности. Оно было чудом»

В данной теме речь пойдет о воздухоплавании.

Ранее говорилось о плавание тел в жидкостях. Напомним, что плавание тел основано на законе Архимеда. Было установлено, что тело тонет в жидкости, если плотность вещества тела больше плотности жидкости, плавает внутри, если плотности вещества тела и жидкости равны, и плавает, частично погрузившись в жидкость, если плотность вещества тела меньше плотности жидкости.

Красная линия на борту судна называется ватерлинией, которая показывает предельную осадку судна. Масса воды в погруженном до ватерлинии объеме называется водоизмещением судна. А разность между водоизмещением и массой не нагруженного судна есть грузоподъемность судна.

На каких законах основано воздухоплавание? Оказывается на тех же, что и плавание судов: законе Архимеда и законе Паскаля, ведь они общие для жидкостей и газов.

Вообще люди с давних времен мечтали о возможности летать над облаками и плавать в безбрежном воздушном океане, как они это делают по морю. Однако долгое время этого им сделать не удавалось. История первых полетов началась в августе 1709 года и связана с именем Бартоломеу де Гусмана.

Им впервые была продемонстрирована модель воздухоплавательного аппарата. При одном из испытаний модель поднялась в воздух на 4 метра. Однако первый полет воздушного аппарата произошел 5 июня 1783 года во французском городе Аннонэ. Его организаторами были братья Жозеф-Мишель и Жак-Этьен Монгольфье. Был даже составлен протокол первого полета — аппарат поднялся на высоту около 500 метров и продержался около 10 минут, пролетев при этом 2 километра.

Воздушный аппарат представлял собой шар, внизу которого было отверстие, а под ним висела жаровня с горячими углями, в которой сжигали мокрую солому и шерсть. Воздух в шаре нагревался, расширялся, и часть его выходила из шара. При этом сила тяжести, действующая на шар, уменьшалась. Соответственно, выталкивающая сила становилась больше силы тяжести, и шар поднимался вверх.

Хотя закон Архимеда для газов объясняет полет воздушного шара, но выталкивающая сила возникает здесь не так, как в случае твердого тела. В нижней части оболочки воздушного шара есть отверстие. При этом давление газа, например гелия, у нижнего отверстия равно давлению окружающего воздуха. При подъеме шара вверх давление гелия внутри шара и наружного воздуха уменьшается, следовательно, давление гелия на разных участках шара будет меньше, чем у нижнего отверстия. Так как давление гелия внутри шара убывает медленнее, чем воздуха снаружи, то на оболочку внутри будет действовать большее давление. При этом самая значительная разница давлений будет в ее верхней части. Следовательно, сила, действующая на купол оболочки изнутри, будет больше, чем снаружи. Разность между этими силами и уравновешивает силу тяжести оболочки с грузом. Таким образом, выталкивающая сила создается не благодаря разности давлений на нижнюю и верхнюю части тела (как в случае твердого тела), а благодаря разности давлений изнутри и снаружи на верхнюю часть оболочки воздушного шара.

Когда шар достигает слоев воздуха с меньшим давлением, газ внутри шара расширяется, и часть его выходит из нижнего отверстия. То есть, на высоте уменьшается и наружное, и внутреннее давление, уменьшается и выталкивающая сила. На некоторой высоте она станет равна весу шара с находящимся в нем газом, и шар повиснет. Для того чтобы спуститься на землю с помощью веревки из корзины открывают клапан, находящийся в верхней части шара. При его открывании газ, имеющий большее давление, чем окружающий воздух, выходит наружу. Через нижнее отверстие это невозможно, так как здесь давления одинаковы.

Гораздо проще осуществлять подъем и спуск шара, если наполнить его горячим воздухом, по примеру того, как это делали братья Монгольфье. Для этого под отверстием располагают газовую горелку, с помощью которой легко можно регулировать температуру воздуха внутри шара, а, следовательно, и его среднюю плотность.

Воздушные шары не только сами поднимаются вверх, но могут поднимать и грузы — кабину, людей и оборудование. Для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо знать его подъемную силу.

Для примера, рассмотрим запущенный в воздух воздушный шар объемом 50 кубических метров, заполненный гелием.

Итак, массу гелия, заполняющую оболочку шара, определим как произведение плотности гелия и его объема, который равен объему шара. Получим, что она составляет 9,45 килограмм. Тогда его вес составляет 92,61 Н.

Таким образом, подъемная сила — это максимальный груз, который может поднять шар, равная разности между силой Архимеда и силой тяжести газа, заполняющего шар.

Воздушные шары, поднимающиеся на небольшую высоту, называются аэростатами, на высоту более 11 километров — стратостатами. А вот воздушные аппараты, снабженные двигателями и воздушными винтами, то есть управляемые, называются дирижаблями.

Почему летательные шары не заполняют водородом как самым легким газом, который в 14 раз легче воздуха? Водород — это горючий газ, который образует с воздухом взрывоопасную смесь, и его использование в шарах небезопасно. Так, например, самая знаменитая катастрофа произошла с немецким дирижаблем «Гинденбург», построенным в 1936 году. 6 мая 1937 года во время посадки «Гинденбург», наполненный водородом, загорелся и потерпел катастрофу, в результате которой погибло 35 человек на борту и один член наземной команды.

В настоящее время летательные аппараты, использующие силу Архимеда, находят широкое практическое применение: они зондируют атмосферу, т.е. с помощью установленных на них датчиков дают информацию для метеослужб о температуре, давлении и т.д. С их помощью изучают влияние космической радиации на живые организмы в нижних слоях атмосферы. Дирижабли имели огромное значение во время войны. Они снабжали труднодоступные районы продовольствием, конвоировали суда в море, осуществляли поиск подводных лодок и др.

Задача 1. Объем воздушного шарика, заполненного водородом, составляет 4 дм 3 , а его вес — 0,04 Н. Определите подъемную силу шарика.

Задача 2. Определите выталкивающую силу, действующую на шар-зонд объемом 8 м 3 , заполненный водородом. Масса оболочки шара составляет 0,8 кг. Какой груз может поднять этот шар?

– Воздухоплавание, как и плавание судов, основано на законе Архимеда и законе Паскаля.

Подъемная сила воздушного шара — это максимальный груз, который может поднять шар, равная разности между силой Архимеда и силой тяжести газа, заполняющего шар.

Аэростаты – воздушные шары, поднимающиеся на небольшую высоту.

Стратостаты – воздушные шары, поднимающиеся на высоту более 11 км.

Дирижабли – представляющие собой комбинацию аэростата с винтовым двигателем и системы управления.

А в заключении хотелось бы отметить, что знание законов физики (законов Паскаля, Архимеда и другие) позволило человеку освоить воздушный и водный океаны. Воздух и вода — самые необходимые составляющие для жизни человека и всего живого мира. Поэтому осваивать воздушные и водные пространства надо экологически грамотно, постоянно думая о том, чтобы как можно меньше вреда нанести самому ценному, что есть на Земле.

Урок физики по теме “Плавание судов. Воздухоплавание”. 7-й класс

Разделы: Физика

Класс: 7

Цели урока:

  • Образовательные: продолжить изучение условия плавания тел, рассмотреть устройство судов, воздушных шаров; совершенствовать умения характеризовать поведение тел в жидкости и газе.
  • Развивающие: развитие навыков конструирования и изготовления физических поделок; развитие логического мышления учащихся; совершенствование умения наблюдать, сравнивать и сопоставлять изучаемые явления, выделять общие признаки и обобщать результаты экспериментов.
  • Воспитательные: формирование научного мировоззрения, воспитание интереса и любознательности.

Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер, интерактивная доска.

Демонстрационное оборудование: модель судна с ватерлинией, ареометры, картезианский водолаз, модель воздушного шара, презентация (Приложение 1).

Этап

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Актуализация темы (постановка учебной проблемы)

Работа с кроссвордом

Отгадывают кроссворд, включаются в диалог с учителем по формированию учебной проблемы

Изучение нового материала

  1. Плавание судов.
    Демонстрации: лист из алюминия тонет, лодочка, сделанная из этого листа не тонет; модель корабля с ватерлинией.
  2. Воздухоплавание.
    Демонстрации: модель воздушного шара.
  3. Сообщения учащихся из истории плавания судов.
  4. Сообщения учащихся из истории воздухоплавания.
  5. Демонстрация физических поделок учащихся (самодельный ареометр, картезианский водолаз, корабля, воздушные шары)
  • Что изучали на уроке?
  • Что вас удивило?
  • Что больше всего понравилось?
  • Какое открытие вы сегодня сделали?

Выставление оценок. Благодарность учащимся за работу.

Анализируют свою деятельность на уроке

Организация работы дома

Д/з:§51,52. Выписать термины. №657

Записывают домашнее задание

Ход урока

1. Актуализация темы (постановка учебной проблемы).

Учащиеся отвечают на вопросы.

  • Что происходит с телами, погруженными в жидкость или газ?
  • Каково происхождение силы, выталкивающей тело из жидкости?
  • Как ее рассчитать?
  • Какие положения может занимать тело в жидкости?

Нам известно о действии жидкости и газа на погруженное в них тело. Мы изучали условия плавания тел. Чему же будет посвящен сегодняшний урок, мы узнаем, решив физический кроссворд.

По горизонтали: 1. Единица измерения давления. 2. Единица измерения массы. 3. Прибор для измерения атмосферного давления. 4. Физическая величина, равная отношению силы, действующей на поверхность, к площади поверхности. 5. Прибор для измерения давления большего или меньшего атмосферного. 6. Единица измерения силы. 7. Фамилия ученого, сделавшего важное открытие в области плавания тел. 8. Единица измерения длины.

По вертикали получают ключевое слово – плавание.

2. Изучение нового материала.

Вода и воздух – истинное чудо, без них не возможна наша жизнь. Человек издавна плавает на плотах, лодках, судах. Человек, наблюдая за полетом птиц, всегда стремился подняться в воздух. Сегодня на уроке мы выясним, когда это произошло и почему это возможно.

Плавание судов

Может ли плавать тело, если плотность материала, из которого оно сделано, больше плотности жидкости?

Демонстрация. Лист алюминия опускаем в воду, он тонет. Из этого же листа делается лодочка, она плавает. Материал один, масса не изменилась, В чем различие? (В разном объеме вытесненной жидкости. Лодочка вытесняет гораздо больший объем жидкости, и архимедова сила оказывается большей, чем архимедова сила, действующая на лист. В нашем случае коробочка – модель судна.)

В настоящее время строятся речные и морские , пассажирские и транспортные корабли из материалов, плотность которых значительно превышает плотность пресной и морской воды. Но везде выполняется основное условие: вес воды, погруженной частью судна, равен весу судна с его грузом, пассажирами, топливом и другим оборудованием.

Чтобы судно могло плавать устойчиво и безопасно, его корпус должен погружать в воду лишь до определенной глубины.

На слайде перечислены основные термины темы (выписываются дома).

Осадка судна – глубина его погружения.

Ватерлиния – линия, отмечающая наибольшую допустимую осадку (отмечается на корпусе красной линией).

Когда судно погружается до ватерлинии, оно вытесняет такое количество воды, что ее вес соответствует весу судна со всем грузом и называется водоизмещением. Оно измеряется в единицах силы. Однако довольно часто под водоизмещением понимают не вес, а массу вытесненной воды и измеряют в тоннах.

Грузоподъемность – это вес судна, принятого на судно при погружении его до ватерлинии.

Например, у первого парохода, построенного американским изобретателем Фултоном, водоизмещение составляло всего 1,6 ·105 Н или 16 т. В настоящее время водоизмещение танкеров-гигантов составляет 6,4·109Н и больше, т.е. более 640000 т.

Демонстрация. Модель корабля с ватерлинией.

Воздухоплавание

Человек стремился создать средства для плавания не только в воде, но и в воздушном океане. Для этого он конструировал и строил летательные аппараты – воздушные шары, аэростаты, дирижабли.

Воздушный шар, пригодный для полета с человеком, состоит из: оболочки, подвесной системы (строп), гондолы и балласта.

Воздушные шары раньше наполняли теплым воздухом, сейчас наполняют газом – водородом или гелием, т.е. газами, плотность которых меньше плотности окружающего нас воздуха.

Демонстрация. На рычаге уравновешены два бумажных колпака. Под одним из них нагревается воздух. Равновесие нарушается, т.к. теплый воздух имеет меньшую плотность.

На модели воздушного шара показать подъемную силу воздушного шара. (Приложение 2)

Сравним подъемную силу воздушных шаров, наполняемых разными газами.

1 м 3 водорода весит при нормальном давлении всего 0,9 Н, гелия – 1,8 Н, тогда как 1 м 3 воздуха весит 12,9 Н. Отсюда следует, что шар объемом 1 м 3 , наполненный водородом, способен поднять в воздух груз весом 12,9Н – 0,9Н =12 Н. Сюда входит и вес оболочки, из которой сделан шар, поэтому ее нужно сделать по возможности легче. Подъемная сила водорода больше подъемной силы гелия, но водород взрывоопасен, он горит, а гелий в 40-50 раз дороже водорода.

Для регулировки подъемной силы, а следовательно, подъема или спуска воздушного шара, воздухоплаватели используют различные приемы. Чтобы подняться выше, они выбрасывают часть груза – балласта из гондолы, а чтобы опуститься вниз, выпускают часть газа из оболочки или прекращают нагрев воздуха, находящегося в оболочке. Воздухоплаватели также должны учитывать, что по мере поднятия шара вверх, архимедова сила, действующая на него, уменьшается, т.к. разреженный воздух верхних слоев атмосферы, вытесненный шаром, весит меньше, чем у поверхности Земли.

Воздушные шары перемещаются вместе с воздушными массами и поэтому неуправляемы. В отличие от них дирижабль является управляемым летательным аппаратом, поскольку у него имеются пропеллеры, приводимые во вращение двигателем. Недостатки дирижаблей – их небольшая маневренность и скорость полета. Важнейшее достоинство – большая грузоподъемность и дешевизна перевозок.

Демонстрация физических поделок учащихся (самодельный ареометр, картезианский водолаз, корабля, воздушные шары).

Из истории плавания судов

Первое средство передвижения людей по воде – обломки деревьев, потом появились плоты, челны – бревна с выдолбленным углублением, в котором помещался человек.

Лишь с созданием больших лодок начинается собственно судостроение. Первые деревянные суда появились в Египте во времена Древнего царства (примерно 3000 лет до н.э.). По форме они были похожи на апельсиновую корку с поднятыми концами. Конструкция таких судов была слишком хрупкая, поэтому весь корпус по длине обхватывался тросом. Такие суда имели каркас и обшивку, на укреплялся четырехугольный, высокий, узкий парус.

Во времена Древней Греции появляются значительные различия между торговыми и военными судами. В это время строятся знаменитые греческие триеры и римские кинкеры.

В 8-11-х в в северных морях господствуют смелые и воинственные викинги. Ладья викингов не изменяла свою форму на протяжении многих веков.

Вплоть до 19 в корабли были парусными. В начале 19 в самые быстроходные парусники (3-х и 4-х мачтовые клиперы) перевозили чай из Китая и шерсть из Австралии в Европу и Америку со скоростью 30 км/ч. Рекорд скорости показало судно «Катти Сарк», оно шло со скоростью 39 км/ч/. Этот рекорд не побит до сих пор ни одним из парусных судов.

В 19 в в судостроении происходят значительные изменения: дерево заменяется железом, парус– паровой машиной. Первый речной пароход «Клермонт» построен в США в 1807 г по проекту Роберта Фултона, а первый морской появился в России в 1815г. Судовой паровой котел топили дровами. В 1903 г на Волге построили первое в мире дизельное судно – танкер «Вандал». В 20 в появились корабли с двигателями, работающими от пара, созданного при участии ядерного реактора. Первое гражданское судно такого типа – атомный ледокол «Ленин». Он начал работать в Арктике в 1959г. Сейчас судно – это сложное инженерное сооружение, способное передвигаться по воде (суда), под водой (подводные суда) и над водой (суда на подводных крыльях и на воздушной подушке).

Из истории воздухоплавания

Тысячи лет прошли с тех пор, как человек начал мечтать о полете. Об этом свидетельствуют сказки о ковре-самолете, о крылатом коне, о смельчиках, поднявшихся к небу на крыльях, склеенных воском. Но сила тяжести прочно привязывала человека к земле. Впервые ее удалось преодолеть с помощью теплого воздуха. Человек издавна наблюдал, как поднимается вверх дым. Вероятно, это наблюдение подтолкнуло его на мысль о полете вверх с помощью дыма. Первый воздушный шар был изготовлен во Франции в 1873 г. братьями Монгольфье. Шар наполнили теплым воздухом и назвали монгольфьером по имени его изобретателей. Оболочка была выполнена из прорезиненного шелка. Первыми воздухоплавателями были баран, петух и утка. После приземления шара, оказалось, что петух повредил крыло. Этого было достаточно, чтобы между учеными разгорелся спор о возможности жизни на больших высотах.

Монгольфьеры имели один недостаток: они быстро опускались, т.к. воздух в них остывал. Их использовали, главным образом, для развлекательных полетов. Для военных и научных целей использовали воздушные шары, наполненные водородом и гелием. Эксперимент с воздушным шаром, наполненным водородом впервые произвел французский профессор физики Шарль. Он же изобрел веревочную сеть, охватывающую шар и передающую на него весовые нагрузки, изобрел клапан, воздушный якорь и первый применил песок в качестве балласта, сконструировал барометр. Поэтому создателем современного аэростата следует признать Шарля. Аэростатами сейчас называют аппараты легче воздуха.

Вести о полетах на воздушных шарах очень занимали наших соотечественников. Русские совершили много полетов и производили при этом научные наблюдения. Так в 1887 г для наблюдения солнечного затмения на таком шаре совершил полет Д.И.Менделеев. Менделеев много сделал для развития воздухоплавания, однако он считал, что будущее принадлежит летательным аппаратам тяжелее воздуха.

В 30-е годы прошлого столетия было построено несколько аэростатов для исследования верхних слоев атмосферы – их назвали стратостатами. Гондола стратостата делалась герметичной, чтобы люди на большой высоте не страдали от недостатка кислорода. Стратостатами достигали высоты свыше 20 км. Первый в мире стратостат был создан швейцарским ученым Августом Пикаром. Недостаток стратостата – он летит туда, куда его гонит поток воздуха.

На смену неуправляемым аэростатам пришли управляемые аппараты-дирижабли. Во время первой и второй мировых войн в армиях многих стран использовались аэростаты, связанные с земной поверхностью прочным стальным тросом. Они играли роль подвижных наблюдательных пунктов, подвесок радиоантенн, воздушных заграждений, мешающих полету авиации противника.

Американские заводы выпускали учебные, учебно-патрульные и боевые дирижабли, оснащенные пушками и бомбами. Самые крупные из них имели объем 18400 м 3 . В 50-х годах прошлого столетия были спроектированы и построены воздушные корабли объемом 43000 м 3 .

Наиболее известные дирижабли – «Норвегия» и «Италия», построенные итальянцем Умберто Нобиле, полет последнего к Северному полюсу закончился трагически. В годы первой мировой войны наибольшую известность имели так называемые цеппелины, создателем которых был граф Фердинанд фон Цеппелин.

Современные воздушные шары используются в рекламных целях, дирижабли – для аэрофотосъемок.

3. Закрепление нового материала.

  • Почему у корабля, переходящего из реки в море, осадка становится меньше?
  • Можно ли на Луне для передвижения космонавтов пользоваться воздушными шарами?
  • Почему надувная лодка имеет малую осадку?
  • Почему подъемная сила стратостата зависит от времени суток и днем имеет наибольшее значение?
  • Почему оболочка стратостата в начале полета заполнена не вся. Как будет меняться форма оболочки с высотой подъема.
  • Дирижабль наполняют легким газом. Не лучше было бы из него выкачать воздух?

Решить задачу 658. Радиозонд объемом 10 м 3 наполнен водородом. Какого веса радиоаппаратуру он может поднять в воздухе, если его оболочка весит 6 Н?

4. Рефлексия. Подведение итогов.

  • Что изучали на уроке?
  • Что вас удивило?
  • Что больше всего понравилось?
  • Какое открытие вы сегодня сделали?

Выставление оценок. Благодарность учащимся за работу

Читайте также:  Магнитное поле - доклад сообщение по физике 8, 9, 11 класс
Ссылка на основную публикацию