Конструирование и практическое применение картофельной пушки

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

Личный портфель

Конструирование и практическое применение картофельной пушки

Новиков А.А. 1
1МБОУ гимназия им. Ф.К. Салманова, 3 В класс
Цыбульник О.В. 1
1МБОУ гимназия им. Ф.К. Салманова
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Актуальность моей работы заключается в том, что детям часто трудно понять сложные физические явления без наглядных примеров. Помочь в этом могут различные модели и устройства, показывающие как они работают. А если ещё и самому участвовать в изготовлении и испытании этих механизмов, то изучение сложных явлений превращается в увлекательное и интересное занятие.

Цель: исследовать физические явления, возникающие при работе картофельной пушки и наглядно показать их на практике.

Задачи:

  1. Изучить физические принципы работы картофельной пушки;

  2. Разработать правила безопасности при использовании устройства;

  3. Сконструировать и испытать картофельную пушку;

  4. Провести анализ использования устройства в практических целях.

Объект исследования: основные законы механики и термодинамики.

Предмет исследования: процесс передачи энергии и взаимодействия тел.

Гипотеза: если самому принимать участие в создании действующей модели устройства, то гораздо проще изучить и понять сложные явления в природе.

Методы исследования:

  1. Теоретический: изучение и анализ литературы и Интернет-ресурсов, конструирование устройства;

  2. Эмпирический: создание и испытание модели;

  3. Аналитический: анализ полученных данных.

Характеристика работы: данная исследовательская работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объём работы 12 страниц.

Глава 1

Теоретические данные по теме исследования

    1. Что такое картофельная пушка

Картофельная пушка – самодельное устройство, которое приводится в действие за счёт расширения газа внутри ствола. Наиболее распространенные два основных типа картофельных пушек – пневматические (работающие на сжатом воздухе) и пушки, использующие горючие газы. Заряжаются они обыкновенным картофелем, но можно использовать другие овощи и фрукты (яблоки, твердые корнеплоды, тыква и др.). Придумана была в разных странах, но родиной изобретения считается Америка. Первоначально это была детская игрушка – пластмассовый пистолет, стреляющий цилиндриками из картофеля. Сегодня – это средство развлечения для взрослых и обучающая модель для детей. 1

    1. Физические принципы работы картофельной пушки

Работа картофельной пушки основана на тех же принципах, что и в огнестрельном оружии – картофелина (снаряд) приводится в движение смесью газов, находящихся под большим давлением. Такого давления можно достичь либо путём быстрого расширения продуктов горения газа и воздуха или за счёт высвобождения сжатого воздуха. Картофельная пушка показывает, как энергия газа превращается в энергию снаряда. В результате мы видим и слышим выстрел, во время которого снаряд (картофель) вылетает из ствола и пролетает довольно большое расстояние. Чем больше будет давление газов, тем дальше улетит снаряд. 2

    1. Безопасность при использовании картофельной пушки

Использование картофельной пушки требует строгого соблюдения правил безопасности потому, что картофель (снаряд) вылетает из ствола с большой скоростью и может причинить вред человеку или животным. При неправильном обращении с пушкой опасность представляют возможные повреждения корпуса, приводящие к трещинам или разрыву, что тоже может привести к травмам и повреждениям. 3, 4

Меры предосторожности 5:

  1. При проведении эксперимента использовать картофельную пушку могут только взрослые. ЗАПРЕЩАЕТСЯ самостоятельно использовать устройство!

  2. Нельзя стрелять в сторону людей, животных, домов, машин и других уязвимых объектов.

  3. Нельзя использовать у открытого огня.

  4. Для проведения эксперимента необходимо выбирать открытые пространства, где отсутствуют люди и животные, а риск повреждения, сведён к минимуму.

  5. Обязательно использовать защитные средства – очки и перчатки.

  6. Для повышения безопасности во время эксперимента необходимо проводить предварительный осмотр конструкции, проверять плотность соединений и запального клапана.

В целом, сочетание технических мер предосторожности и ответственного обращения с устройством позволяет снизить риски до приемлемого минимума.

Глава 2

Конструирование картофельной пушки

    1. Основные элементы картофельной пушки

Мы решили сконструировать пушку, работающую на смеси газа и воздуха (приложение 1) Принцип работы такой пушки достаточно прост: в камере сгорания пушки происходит воспламенение топливной смеси. Полученный в результате газ выталкивает снаряд. Наша пушка будет состоять из трёх компонентов 2:

  • Камера сгорания;

  • Ствол;

  • Система воспламенения.

Камера сгорания представляет собой трубу большего диаметра, предназначенную для накопления и поддержания давления газа. (приложение 2). Ствол – труба меньшего диаметра, через которую выталкивается снаряд (картофелина) (приложение 3). Ствол и камера сгорания сделаны из пластмассовых водопроводных и канализационных труб. Система воспламенения представлена газовой зажигалкой (приложение 4).

Все соединения должны быть надёжно скреплены и загерметизированы (приложение 5).

Каждая часть конструкции служит для реализации рассматриваемых физических принципов: герметичность камеры обеспечивает необходимые условия для роста давления, ствол направляет и ускоряет снаряд (картофель), а система воспламенения превращает энергию газа в энергию снаряда. Правильное сочетание размеров и материалов влияет на эффективность работы и безопасность пушки. 7

Получается, что, сконструировав картофельную пушку, мы можем продемонстрировать физические явления, которые описывали в первой главе.

Конструкция нашего устройства почти не отличается от старинных орудий, гремевших на полях сражений в Средние века. Труба, заглушенная с одной стороны (казенник, или камера сгорания), с другой открыта (ствол). Только в качестве метательного состава берётся не порох, а достаточно безопасные вещества, позволяющие изготавливать ствол не из металла, а из пластика. 1

    1. Испытания картофельной пушки

Испытание картофельной пушки включает в себя несколько этапов. Это подготовка, выстрел и оценка результатов выстрела.

На этапе подготовки к выстрелу проводится предварительный осмотр конструкции, проверяется плотность соединений и запального клапана. С открытой стороны ствола вставляется картофелина, диаметр которой больше диаметра ствола. При вдавливании снаряд оказывается плотно вставленным, сок картофеля увлажняет ствол и действует как смазка. Необходимо шомполом протолкнуть снаряд глубже в ствол. В камеру сгорания впрыскивается горючая смесь.

Выстрел производится путём нажатия кнопки газовой зажигалки, газ воспламеняется и расширяется, выталкивая картофель. Происходит выстрел. 1

При оценке результатов выстрела за основу мы брали дальность полёта снаряда. На наш взгляд, на дальность полёта влияют размер и масса снаряда, а также качество горючей смеси.

Использование других плотных корнеплодов (яблоки, свекла и др.) или обрезка картофеля до разных геометрических форм показывают, как размер и масса снаряда влияют на дальность полёта.

Также на дальность полёта влияет и состав горючей смеси, в качестве которой выступает газ, смешанный с воздухом.

Глава 3

Практическое применении картофельной пушки

3.1. Исторические данные

В начале Второй мировой войны в Англии возник дефицит зенитных орудий. Для решения этой проблемы британец Треве Холман разработал прототип, очень напоминающий пневматическую картофельную пушку. Стрелял он ручной осколочной гранатой Миллса. Данная граната опускалась сверху в ствол орудия, автоматический клапан «выплёвывал» порцию сжатого воздуха и граната летела на высоту до 180 метров. Одного баллона хватало на 50 выстрелов. Изобретение запустили в производство, причём основное применение оно нашло на гражданском морском флоте в 1940 – 1941 годах. С помощью данного оружия удалось сбить 12 самолётов противника. 6

3.2. Использование в промышленности

Градобойная пушка. Это большое устройство, состоящее из камеры сгорания и ствола в виде большой воронки. Газовая смесь при воспламенении создаёт ударную волну, направленную вверх, которая нарушает процесс образования града в облаках. Применяется для защиты растений в сельском хозяйстве.

Противолавинная пушка.Размещается в горах на лавиноопасных участках. После воспламенения и взрыва газовой смеси в пушке создаётся ударная волна, вызывающая безопасный и регулируемый сход лавины.

Пушка для отпугивания птиц. Применяется для сохранения урожая на полях или взлётно-посадочных полос аэропортов от больших птичьих стай. Периодически выстреливает с громким звуком и яркой вспышкой, что отпугивает птиц от места расположения пушки.

Куринная пушка.Применяется для испытания самолётов на предмет устойчивости при столкновении с птицами. Для имитации столкновения в самолёт выстреливают тушкой мёртвой курицы. Поэтому устройство получило такое название. 8

3.3. Использование в образовательных целях

Применяется для изучения физических и природных явлений и даёт возможность вместе со взрослыми сконструировать и собрать работающую модель устройства. С помощью данной модели можно наглядно изучить азы механики, термодинамики и баллистики.

3.4. Использование в развлекательных целях

Рекламные пушки. Применяются на различных мероприятиях, например, на соревнованиях или концертах для распространения упаковок с рекламными предметами (футболки и т.п.). Работают на сжатом газе.

Пушки для спецэффектов. Применяются чаще в кино. Изображают использование огнестрельного оружия. 8

3.5. Как мы используем картофельную пушку

Мы с папой используем картофельную пушку для прикорма рыбы. Выглядит это таким образом. Из картофеля делается пыж, далее засыпается прикорм для рыбы в виде твёрдых ароматных шариков (бойлы) и закрывается сверху ещё одним картофельным пыжом. После выстрела прикорм улетает к месту рыбалки.

Кроме этого, с помощью пушки мы отгоняем птиц от ягодно-плодовых деревьев на нашем участке, чтобы сохранить урожай. Испугавшись громкого звука, птицы улетают.

Заключение

В заключении своей работы хочу сказать, что было очень интересно. На примере нашей картофельной пушки я узнал, как работают настоящие огнестрельные орудия. Как происходит выстрел и почему вылетает снаряд из ствола. Изучив публикации в интернете, я вместе со взрослыми придумал и собрал свою собственную пушку. Мы её испытали. Во время испытания я понял, что на дальность полёта снаряда (картофеля) влияют разные причины. В том числе вес и тип снаряда, качество горючей смеси. А ещё было интересно узнать о том, как игрушка для развлечения используется в жизни для различных и полезных дел и, что с её помощью во время Второй мировой войны, сбивались самолёты врага.

Список использованных источников и литературы

  1. Картофельный бум // статья // электронный ресурс // режим доступа: https://21mm.ru/news/tehnologii/kartofelnyy-bum;

  2. Картофельная пушка своими руками // статья // электронный ресурс // режим доступа: http://virtuallab.by/publ/interesnye_stati/interesnye_stati/kartofelnaja_pushka_svoimi_rukami/2-1-0-112;

  3. Картофельные пушки: безопасное использование и практическое руководство // статья // электронный ресурс // режим доступа: https://spice.alibaba.com/ru/spice-basics/potato-guns;

  4. Картофельная пушка: весёлая забава или опасное оружие? // статья // электронный ресурс // режим доступа: https://my.mail.ru/community/worldfaust/3BF8731A36D2A65B.html;

  5. Про картофельную пушку из полимерной трубы // статья // электронный ресурс // режим доступа: https://www.polyplastic.ru/press/news/2012/09/24/item7259;

  6. How the humble potato cannon served the allies in World War Two // статья // электронныйресурс // режимдоступа: https://www.popularmechanics.com/technology/gadgets/a25945/potato-launcher-history/?visibilityoverride;

  7. Галилео. Эксперимент Картофельная пушка Potato cannon… // электронный ресурс // режим доступа: https://yandex.ru/video/preview/16362053267199004530;

  8. Картофельная пушка // статья // электронный ресурс // режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Картофельная_пушка#:~:text=Для%20производства%20выстрела%20оператор%20сначала,и%20снаряд%20выталкивается%20из%20ствола;

  9. ВВС США измеряют начальную скорость снарядов картофельных пушек // статья // электронный ресурс // режим доступа: https://www-technologyreview-com.translate.goog/2013/05/08/178524/us-air-force-measures-potato-cannon-muzzle-velocities/?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=ru&_x_tr_hl=ru&_x_tr_pto=rq#:~:text=A%20more%20powerful%20option%20is,often%20contains%20butane%20or%20propane;

  10. Стехиометрическая горючая смесь // статья // электронный ресурс // режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Стехиометрическая_горючая_смесь;

  11. Никич Д., Закарая В., Марченко Л. В. «Картофельная пушка: изучение и применение на уроках физики» // учебно-исследовательская (проектная работа // Юбилейный, 2011.

Приложение 1. Картофельная пушка, работающая на смеси газа и воздуха.

Приложение 2. Камера сгорания

Приложение 3. Ствол

Приложение 4. Система воспламенения

Приложение 5. Герметизация соединений.

Просмотров работы: 0