Почему самолеты летают?

XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Почему самолеты летают?

Загузин З.А. 1
1МАОУ СОШ №69
Голенцева О.В. 1
1МАОУ СОШ №69
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Почему мне интересна эта тема, спросите Вы.

Причин много!!!

Папа в детстве мне рассказывал сказку про самолетик, которую придумывал сам, и самолетик в этой сказке был живым существом.

Мы часто летаем в отпуск на самолетах и мне это очень нравится, самолеты такие огромные мощные птицы неба.

Наша дача находится недалеко от аэропорта и меня всегда завораживают пролетающие над нами самолеты. И чем старше я становился, тем чаще у меня возникал вопрос, а как такие огромные, стальные машины поднимаются в воздух и летают как птицы?

И я решил сам запустить самолет, собрал самолет из конструктора «Лего», запустил его с дерева, а он не полетел, а упал и разбился.

Я посетил школу авиаторов (Приложение 1 - фото 1 и фото 2), где я управлял симулятором самолета, а пилоты ответили на некоторые мои вопросы и у меня появилось понимание, как самолет держится в воздухе. Об этом и будет мой проект.

Актуальность проекта: Возможно в будущем я буду проектировать самолеты, и летательные аппараты будущего будут очень скоростными, так как у нашей Родины огромные территории. Но и самолеты будущего должны будут преодолевать те же физические силы, которые я исследую в своем проекте, чтобы совершать полеты. Эта тема долго будет актуальной.

Цель проекта: Выяснить какие силы удерживают самолет в воздухе?

Задачи проекта:

  1. Узнать интересные факты об истории авиации.

  2. Сделать наглядный материал для опытов (бумажные самолетики и профиль крыла)

  3. Изучить какие силы держат самолет в воздухе.

  4. Провести опыты

  5. Сделать заключение почему самолет летает.

Гипотеза: Самолет поднимают и держат в воздухе какие-то силы.

Предмет исследования: Основной принцип полета самолета

Объект исследования: Силы, которые действуют на самолет во время полета.

Методы исследования:

  1. Анализ и синтез (изучение и обобщение информации о принципах полета самолета, выводы о физических силах, действующих на самолет в воздухе).

  2. Моделирование (изготовление бумажных самолетиков и изготовление профиля крыла для проведения опытов).

  3. Эксперимент (надувание и запуск воздушного шарика, запуск бумажных самолетиков, поднятие крыла от воздушного потока).

  1. Теория

  1. Что такое авиация?

Авиация (от латинского avis – птица).

Самолёты и вертолёты — это воздушный транспорт, или авиация. Самолёты используются, чтобы быстро перевозить людей и грузы. Ни один наземный или водный транспорт не может передвигаться с такой скоростью, как самолёты. Пассажирские самолёты летают между странами и городами. Он перевозят пассажиров и их багаж.

  1. Что такое самолет?

Самолёт — летательный аппарат для полётов при помощи двигателя и крыльев. Он используется для полётов в атмосфере Земли. Самолёт способен перемещаться с высокой скоростью, используя подъёмную силу крыла для поддержания себя в воздухе.

  1. Немного об истории развитии авиации.

Люди многие тысячелетия пытались научиться летать подобно птицам. Древний миф рассказывает об отважном Икаре (Приложение 2 - рисунок 1), покорившем небо на самодельных крыльях. Икар погиб, но мечта толкала людей на новые эксперименты.

С изобретением воздушного шара братьями Жозефом и Этьеном Монгольфье (Приложение 2 - рисунок 2) и дирижабля А. Жиффаром был сформулирован один из принципов воздухоплавания: стань легче воздуха - и ты взлетишь.

Но ведь птицы - тяжелее воздуха. Каким образом летают они? Много лет шли расчеты и проектирование настоящих летательных аппаратов тяжелее воздуха, где подъемная сила создавалась за счет обтекания воздухом крыла, подобно птичьему.

В XV веке художник Леонардо да Винчи утверждал, что человек может преодолеть сопротивление воздуха, имея огромные крылья. Необходимо только научиться управлять ими, как это делает стрекоза. Он пытался создать свой махолёт (Приложение 2 - рисунок 3).

В XIX веке русский офицер Александр Федорович Можайский создал планер (Приложение 2 - рисунок 4). Винты работали по принципу часовой пружины и создавали тягу, которая позволяла оторваться от земли. Полёты получались короткими по времени. Тогда Можайский установил в аппарат паровую машину, которая приводила винты в движение. Идея паровой машины используется и сейчас в механизме современных самолетов.

В начале XX века братья Райт создали аппарат, в котором была решена проблема неустойчивости самолёта (Приложение 2 - рисунок 5). Они придумали, как удержать равновесие самолёта при встречном ветре. Специальный механизм боролся с креном крыльев.

Второе достижение братьев Райт – установка двигателя на планер. За основу использовали автомобильный двигатель. Получился двигатель в 12 лошадиных сил, который был связан с двумя винтами на самолёте при помощи шестеренок и металлических цепей. Первый самолет весил 350 кг и запускался при помощи катапульты. Но полеты и посадки были успешными.

Мечты человека о полётах стали возможными, когда конструкторы создали неподвижное крыло и силовой двигатель. Силовая тяга позволила машине, подняться в воздух.

Потом появилась наука аэродинамика, которая изучает движение воздуха и тел в нем. В развитии этой науки выдающуюся роль сыграл профессор Николай Егорович Жуковский (Приложение 2 - рисунок 6). Его так и называют «отец русской авиации». Заслуга Жуковского состоит в том, что он первый объяснил образование подъёмной силы крыла. Самолёт, который тяжелее воздуха, может летать благодаря крыльям и подъёмной силе крыла.

  1. Принципы полета самолета

  1. Какие силы держат самолет в воздухе.

В воздухе на самолет действуют четыре основные силы (Приложение 3 -рисунок 1):

  1. сила тяжести

  2. сила лобового сопротивления (в первую очередь, это трение о воздух).

  3. сила тяги двигателя

  4. подъемная сила

Сила тяжести действует на все предметы и тянет самолет вниз к земле.

Чем больше вес самолета, тем значительнее действие данной силы на самолет. Сила тяжести позволяет самолету опускаться во время полета.

Сила лобового сопротивления — это сила, препятствующая движению любых тел в воздухе.

Говоря простым языком это сила трения о воздух. Поэтому самолеты делают обтекаемыми, чтобы снизить воздействие данной силы на самолет.

Сила тяги двигателя – эта сила позволяет самолету двигаться вперед и подниматься в воздухе.

Существуют винтовые и реактивные двигатели, которые устанавливаются на самолеты. Винтовые авиационные двигатели — тяга создается за счет воздушного потока от вращения винта. Реактивные авиадвигатели — тяга создается за счет давления от воздушного потока, вследствие сгорания топлива. В современном мире на самолеты устанавливают в основном реактивные двигатели.

Подъемная сила – эта сила, которая позволяет подниматься самолету в воздух.

Крыло имеет изогнутую форму, которая помогает воздуху неодинаково распределяться вокруг него (Приложение 3 - рисунок 2).

Во время движения воздух проходит над и под крыльями самолёта. Огибая крыло с двух сторон, воздух разделяется – над верхней поверхностью крыла воздух проходит быстрее, чем под нижней частью. Давление воздуха сверху становится меньше, чем у воздуха внизу крыла, и благодаря этому крыло стремится вверх.

В этом заключается аэродинамический принцип: отбрасывание части воздуха вниз за счёт формы крыла. Неравное давление воздуха вокруг крыла порождает силу, которая называется подъёмной силой. Она превышает вес самолёта. Благодаря этой силе самолёт может держаться в воздухе.

Рассмотрим подъемную силу подробнее (Приложение 3 - рисунок 3).

  1. Управление самолетом.

Управление самолетом также происходит за счет силы движущегося воздуха.

Каждый самолет оснащен системой специальных движущихся закрылков, которые находятся в хвосте и крыльях самолета. Они работают по принципу рулевого управления.

Чтобы спуститься ниже, пилот закрылки опускает вниз, чтобы повернуть – изменят направление закрылков на крыльях и на хвосте. Без движения самолет упадет на землю, поэтому он постоянно находится в движении. Поэтому без двигателей самолеты не смогли бы летать из-за отсутствия тяги. А перед подъемом в воздух самолет сначала быстро мчится по земле, чтобы оторваться от поверхности. Рассмотрим, как выглядят закрылки крыла самолета (Приложение 3 - рисунок 4).

  1. Практическая часть. Опыты.

Приступаем к опытам.

Я изготовил два бумажных самолетика (Приложение 4 – фото 1,2)

Опыт 1: Сила тяжести.

Я взял оба самолетика в руки и просто отпустил их, самолетики сразу плавно упали на пол (Приложение 4 – фото 3). Так на них действует сила тяжести.

Опыт 2: Сила лобового сопротивления.

Для полета самолета нужна сила, которая толкает его вперед. Этой силой у меня были мои руки.

Я заставлял лететь самолетик с помощью толчка руки (Приложение 4 – фото 4) Через определенное время скорость самолета снижалась и самолетик падал вниз. Так на него действует сила лобового сопротивления воздуха.

Опыт 3: Сила тяги двигателя.

Опыт самую простую модель летательного аппарата с реактивным двигателем можно сделать из воздушного шарика. Я надул воздушный шарик (Приложение 4 – фото 5), а потом отпустил и струя воздуха, вырываясь из горлышка шарика, создала реактивную силу и заставила шарик лететь. Это и есть сила тяги двигателя.

Опыт 4: Подъемная сила

Я сделал профиль крыла (форма изогнутая) из листа бумаги и подал воздушный поток (Приложение 4 – фото 6) на широкую часть профиля крыла используя обычный фен. При определенной скорости воздушного потока и при определенном угле его попадания на профиль задняя часть профиля начинает подниматься. Это и есть подъемная сила.

Вопрос???? А если сделать крыло из более тяжелого материала? Мы сделали из пластика (Приложение 4 – фото 7) и подали воздух из фена, крыло не поднимается. Подаем воздух из компрессора с более высокой скоростью потока. Крыло стало подниматься. Получается, не важно из какого материала сделано крыло, например легкий или тяжелый. Крыло все равно обладает подъемной силой и это зависит только от скорости потока воздуха, набегающего на профиль крыла.

Из опытов стало ясно, чем легче материал крыла, тем требуется меньшая скорость воздушного потока для взлета и полета самолета. Соответственно можно использовать менее мощные двигатели, а это приведет к меньшему расходу топлива, и как следствие меньше вредных выбросов выбросов в окружающую среду, значит более чистый воздух.

У ученых, конструкторов и инженеров стоит очень важная задача искать более легкие композитные материалы, для постройки самолетов.

  1. Заключение

В результате работы над проектом подтвердилась моя гипотеза: что на самолет действуют какие-то силы, теперь я знаю, что это сила тяжести, сила сопротивления, сила тяги двигателя и подъемная сила.

Я выполнил поставленные задачи. Собрал и изучил информацию о принципе полета самолета. Смоделировал наглядные пособия – это бумажные самолетики и профиль крыла. И провел опыты, на основании которых сделал вывод, какие силы действуют на самолет в воздухе, позволяют ему лететь.

Работа над проектом была интересна и занимательна, я планирую в следующих проектах более широко и подробно разобрать эту тему.

  1. Список литературы.

1. Детская Энциклопедия. Том 3. Вещество и энергия [Текст]: в 12-и т.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во Просвещение, 1966.

2. Мир Энциклопедий «Самолёты», Москва 2014г.

3. Хочу все знать «Мир авиации», Москва «Махаон» 2011г. ред. русского изд. В Капанадзе; ред. серии Г. Филатова.

4. Первые самолеты в мире и России [электронный ресурс]. URL: https://aviawiki.com/samolet/pervyj-samolet-v-mire.(Дата обращения: 15.01.2024).

Приложение 1

Фото 1. Школа юных авиаторов.

Фото 2. Разговор с пилотом.

Приложение 2

Рисунок 1. Икар.

Рисунок 2. Воздушный шар.

Рисунок 3. Изображение махолета Леонардо да Винчи.

Рисунок 4. Изображение самолета Можайского 1881 года.

Рисунок 5. Братья Райт со своим самолетом.

Рисунок 6. Николай Егорович Жуковский.

Приложение 3

Рисунок 1. Силы, действующие на самолет в воздухе.

Рисунок 2. Изображение крыла самолета в потоке воздуха.

Рисунок 3. Как создается подъемная сила

Рисунок 4. Закрылки крыла самолета

Рисунок 5. Современный самолет.

Приложение 4


Фото 1. Изготовление Фото 2. Мои самолеты.


Фото 3. Опыт 1. Фото 4. Опыт 2.

Фото 5. Опыт 3. Фото 6. Опыт 4.

Фото 7. Опыт 4.

Просмотров работы: 30