Проект на тему : «Дослідження фізичних основ повітроплавання»
Проект на тему : «Дослідження фізичних основ повітроплавання»
Підготувала вчитель
загальноосвітньої середньої школи
І-ІІІ ст. с.Нове Місто
Новоміської ОТГ
САВРЕЙ Галина
Зміст
- Історія повітроплавання .
- Перші повітряні мандрівники .
- Газові та теплові кулі.
Історія повітроплавання .
|
Повітряні кулі, використовувані з давніх часів для повітроплавання, інакше вони називаються аеростатами. У перекладі із грецького слово "аеростат"означає "нерухомий у повітрі". Некеровані аеростати називаються "монгольф'єрами" або "шал’єрами"по іменах їхніх винахідників. Для дослідження висотних шарів атмосфери використовуються стратостати. Крім того існують керовані аеростати - дирижаблі. У Перу під час археологічної експедиції вчені знайшли малюнок на стіні однієї із гробниць. На ньому був зображений апарат у вигляді гігантської чотиригранної піраміди, що парила в повітрі, а внизу до неї був прив'язаний кошик, у якому находилися люди. Малюнок ретельно виміряли й розрахували зразкові розміри зображеного на ньому літального апарата. Після цього побудували каркас піраміди й гондолу, застосовуючи матеріали, які зазвичай, використовували перуанські індіанці для будівництва. Після того як апарат обтягли матеріалом, вийшло величезне спорудження, що має майже 10 м у висоту й до 30 м у основи. Під пірамідою розвели багаття, і через якийсь час піраміда піднялася в небо й потягнула за собою кошик! Відомий проект літального апарата легше повітря, що в 1670 році запропонував священик Франческо де Лана-Терці. Аеростат повинен був складатися з дерев'яного човна, тросів, чотирьох мідних порожніх куль, з яких викачане повітря, вітрила й ручне весло. Винахідник думав, що кулі з тонкої міді з вакуумом усередині піднімуть всю конструкцію в повітря. Однак, як зробити такі тонкі, але міцні сфери? Так проект Франческо де Лана-Терці й залишився нереалізованим. Перший задокументований успішний політ на повітряній кулі зробив священик єзуїт, Бартоломео Лоренцо де Гусмао. Відбулася ця врочиста подія в 1709 р. у присутності королівських осіб і знаті. Повітряна куля являла собою паперову оболонку, заповнену нагрітим повітрям. Нагріте повітря надходило із глиняного горщика, установленого на підвішеному знизу кулі піддоні. У горщику щось згоряло. Куля швидко набрала висоту. У Франції перша повітряна куля, наповнена теплим повітрям, була винайдена і піднята у повітря в 1783 році братами Ет’єном і Жозефом Монгольф’є. По імені творців такі повітряні кулі називаються "монгольф'єрами". Сучасні теплові аеростати - це теж повітряні кулі, що піднімаються за рахунок нагрітого повітря. Оболонка зшита з термостійких полотнищ, основним матеріалом є синтетична тканина зі спеціальним покриттям, що забезпечує непроникність повітря. Аеростат оснащений блоком пальників, що працюють на пропан-бутановій суміші, що призначена для нагрівання повітря в оболонці аеростата, і комплектом балонів для зберігання пального. Крім того на борту є барометричні прилади й вентилятор для попереднього наддування холодного повітря в оболонку. В 1988 році в Голландії був піднятий "монгольф'єр" обсягом 24000 кубометрів, його 50 пасажирів розміщалися в комфортабельному двопалубному кошику.
Італійський художник Гварді Франческа(1712 - 1793р.) Підйом повітряної кулі.
В 1785 році француз Жан-П’єр Бланшар і американець Джон Джеффрис стали першими людьми, що перелетіли Ла-Манш на повітряній кулі. Вони стартували із британського міста Дувр і приземлилися у французькому Кале. У польоті в них виникли проблеми - куля стала втрачати підйомну силу. Спочатку вони скинули баласт, потім абсолютно все, що було в кошику, потім навіть свій одяг ... В 1804 році на честь коронації Наполеона відбувається врочистий запуск аеростатів. Один із них опускається на могилу Нерона в Римі, що викликає величезний скандал. У вересні 1804 року відомий хімік і фізик Ж.Л. Гей-Люссак з доручення Паризької академії наук один зробив наукову повітряну подорож, пролетівши 160 верст. Політ тривав 6 годин. Гей -Люссак досяг висоти близько 7 верст. У ті далекі часи повітроплавання було заняттям королів та вчених, зараз дещо змінилося але заказать самолёт або повітряну кулю тільки для себе можуть люди із достатніми статками. 17 серпня 1859 р. з американського штату Індіана стартувала повітряну куля з незвичайним для того часу вантажем - поштою. З тих пір цей день уважається вдень народження авіапошти. У такий спосіб листа вперше були відправлені по повітрю. В 1861 р. У США військові вперше передали телеграфне повідомлення з аеростата "Ентерпрайз" на Землю. Поступово повітряні кулі почали застосовувати і як військова техніка. Аеростати з успіхом застосовувалися як у першу світову війну - для розвідки й коректування вогню артилерії, так і в другу світову - як аеростати загородження. Військове використання аеростатів тривало й у роки "холодної війни". Аеростати-Розвідники безперешкодно перетинали кордон в товщі хмар, засікти їх локаторами було практично неможливо. У липні 1897 року пілотом Соломоном Огюстом Андре був зроблений перший політ на повітряній кулі в Арктику. В 1997 році, на честь 100-ліття цієї події спортсменами-повітроплавцями на Північному полюсі було проведене Перше свято повітряних куль. З тих пір щорічно самі сміливі команди повітроплавців прилітають на полюс, щоб наповнити гарячим повітрям свою кулю й піднятися в небо над самою верхівкою планети. В 1900 році в Парижі відкрився 1-й Міжнародний повітроплавальний конгрес. У числі представників від Росії - Н. Е. Жуковський. У жовтні 1905 року у Франції була створена Міжнародна Авіаційна Федерація аеронавтів. Кінець 19 століття - початок 20 століття ознаменувався піком повітроплавання. Різноманітні польоти на повітряних кулях відбувалися в наукових і розважальних цілях. Удосконалювалися конструкції повітряних куль, їхнє оснащення, установлювалися рекорди висоти й дальності польоту. Поступово розвивалася інша літальна техніка, і польоти на повітряних кулях залишилися привілеєм спортсменів. У різних країнах почали з'являтися аероклуби, що поєднували спортсменів-повітроплавців. В 1973 г був створений аеростат нової конструкції. - сонячний аеростат. Із всіх літальних апаратів він має найбільшу підйомну силу. Його балон заповнений повітрям, і на ньому немає пальника, проте, він здатний підніматися в повітря. При відмові випускного клапана він не падає, а необмежено піднімається, поки не лопне. Його оболонка - чорного кольору, добре поглинає сонячні промені. Піднімальну силу створює повітря, нагріте сонячними променями. Отже, в "сонячному " аеростаті - повітря нагрівається не за допомогою пальника, а від сонця. В 1978 році троє американців Бен Абруццо, Максі Андерсон і Ларі Ньюмен уперше перетнули Атлантику на повітряній кулі. При підльоті до Франції куля почала втрачати висоту. Баласт був витрачений ще над Ісландією. Всі речі стали викидати за борт - балони з киснем, дорогі прилади, фотоапарати й кінокамеру, одяг, бортовий журнал, рацію. В 1981 році повітроплавцями японцем Аски й американцями Андерсоном, Кларком і Ньюменом на кулі "Дабл Голок V" був скорений Тихий океан. В 1995 році пілот Bill Arras здійснює перший політ аеростата над Антарктидою. У березні 1999 року після завершення польоту навколо земної кулі тривалістю в 19 днів 21 година й 55 хвилин на аеростаті "Breitling Orbiter 3" був установлений абсолютний світовий рекорд дальності польоту - 40814 км. Цей рекорд установили повітроплавці Бертран Піккар (Швейцарія) і Брайан Джонс (Великобританія). У липні 2002 року другий в історії берека переліт навколо землі на повітряній кулі зробив американський пілот Стив Фоссет. На аеростаті "Bud Light Spirit of Freedom" він переборов 34 242 км за 320 годин 33 хвилини. У цей час Всесвітня федерація повітроплавання проводить чемпіонати світу по черзі: у парні роки - для монгольф'єрів, у непарні - для газових аеростатів. ЦІКАВО Японський аерокосмічний безпілотний літак стартував на випробуваннях без розбігу й безшумно. Так він добрався до висоти 22 км, де відділився від першого щабля й своїм ходом піднявся ще на 55 км. Потім двигун від'єднався й літак почав планіруюче зниження. Цікаво, що першим щаблем підняття літака була повітряна куля. |
Повітроплавання (аеронавтика, повітроплавний спорт) - один з авіаційних видів спорту, що передбачає використання під час змагань повітряних куль - літальних апаратів легше повітря. Шар виготовляється з шовку або ж міцної синтетичної тканини (наприклад, нейлону або лавсану), покритої особливим складом, що не пропускає повітря, що наповнюють речовиною (газом або підігрітим повітрям), щільність якого менше щільності навколишнього середовища. До кулі прикріплюється кошик (гондола), сплетена з очерету й лози, і оснащена блоком пальників.
Про польоти на повітряних кулях існує чимало легенд, одна з них - про політ хлопчика Antarqui з Перу, відноситься до 200-400 рр. Згідно з давньоруськими літописами, літальні бойові апарати (повітряні кулі з паперу) використовував князь Олег при облозі Константинополя у 906 році, однак про те, наскільки ефективним було таке зброю, відомостей немає. Перше вдале випробування повітряної кулі, створеного священиком Бартоломео Лоренцо де Густамо (Португалія) датована 8 серпня 1709 року. Але винахідниками повітряної кулі вважаються брати Монгольф'є, які успішно провели демонстрацію створеного ними аеростата в 1783 році.
Перші змагання аеронавтів відбулися у квітні 1899 року, а 1 жовтня 1906 пілоти повітряних куль вперше боролися за Кубок Гордона Беннетта.
У міру появи нових типів аеростатів виникали і відповідні змагання. У лютому 1973 року відбувся перший Чемпіонат світу з тепловим аэростатам, у вересні 1976 - перший Чемпіонату світу з газовим аэростатам, у серпні 1988 - перший чемпіонату світу з тепловим дирижаблям. Перші Всесвітні повітряні ігри відбулися у вересні 1997 року.
Представниці прекрасної статі цікавилися повітроплаванням нарівні з чоловіками. Але лише в червні 2010 року в Литві відбувся перший офіційний чемпіонат Європи з повітроплавання на теплових аеростатах серед жінок. Змагання такого роду будуть проводитися Міжнародної авіаційної федерації (FAI) раз в 2 роки. Перший жіночий чемпіонат світу запланований на 2013 рік.
Першими повітряними мандрівниками були тварини. Під час офіційної демонстрації кулі, сконструйованого Етьєном і Жозеф Монгольф'є, яка відбулася у Версалі 19 вересня 1783 року, в політ дійсно вирушили тварини: баран, півень і качка. Однак за 4 дні до того на цьому ж кулі під час пробних польотів піднімався фізик Пілатр де Розьє. А згідно з російськими літописами, першим аэронавтом був піддячий Крякутной з Нерехти, здійснив політ 17 листопада 1731 року (за що був відлучений від церкви і вигнаний з міста).
Модернізували монгольфьеры у зв'язку з тим, що спортивні і розважальні польоти на повітряних кулях знаходили все більшу популярність. Ні, удосконалення даного літального апарату почалося з іншої причини - у 1962 році авіаційне відомство США знаходив можливість забезпечити безпеку пілотів, потерпілих аварію над морем чи океаном. Було запропоновано сконструювати "надуваемый парашут", який міг би деякий час утримувати людину в повітрі - це винахід могло полегшити роботу команді рятувальників і убезпечило самого пілота. Однак застосування створеної конструкції на надзвукових літальних апаратах було неможливо. А от спортсмени скористалися оновленим монгольфьером, забезпеченим пропановыми резервуарами, із задоволенням.
Жіночі команди з'явилися в аеронавтиці тільки в XXI столітті. Абсолютно хибна думка. Перша в світі жіноча команда з двох чоловік (міс Лаброссе і міс Хенрі) здійснила політ над Парижем (Франція) 10 листопада 1784 року, а у вересні цього року в Ліоні поодинці піднялася в повітря на повітряній кулі пані Тибль. У Росії перша жінка-воздухоплавательница пані Іллінська здійснила політ 31 серпня 1828 року. Сконструйований нею аеростат піднявся на висоту 620 метрів.
У спортивному повітроплаванні проводяться змагання, на яких пілоти повітряних куль повинні виконати завдання різного роду. Спортивне повітроплавання розвивається в двох напрямках. Перше дійсно передбачає виконання тих чи інших завдань (пролетіти дистанцію за мінімальну кількість часу, піднятися на максимально можливу висоту, пройти над певною метою (для підтвердження якого аеронавти скидають на землю маркер - стрічку з прив'язаним до неї мішечок, наповнений піском) і т.д.) або трюків (наприклад, пересадка з одного шару в інший, що відбувається під час польоту) або ж участь у змаганнях, що віддалено нагадують різні ігри. Другий напрямок спортивного повітроплавання полягає у створенні повітряних куль незвичайної форми (у вигляді овочів, фруктів, тварин, побутових предметів тощо). Передбачений приз за самий маленький і великий, самий незвичайний і найпотворніший куля.
Для найменування повітряних куль існує чимало термінів. Так, це так. Перший повітряна куля (теплової) був названий монгольфьером - на честь винахідників даної конструкції братів Монгольф'є. В той же час існували шарльеры - літальні апарати (газові), створені французом Жаком Шарлем. Комбіновані конструкції, винайдені Жаном Франсуа Пилатром-де-Розьє, іменувалися розьерами. Існував також термін "аеростат", що застосовувався для називання будь-яких типів повітряних куль. У 1784 році П'єр Бланшар оснастив аеростат повітряним гвинтом - керовані конструкції такого роду отримали найменування дирижаблів (від фр. dirigeable - керований). У 1900 році дирижаблів жорсткої конструкції були названі цепеллінами - на честь графа Ф. Цепеллина. У наші дні з'явився ще один вид повітряних куль, які застосовуються для польотів в стратосфері та іменованих стратостатами.
Сучасні кошика для повітряних куль створюються з синтетичних матеріалів. Це не зовсім так. Як у давнину, так і в наші дні найчастіше матеріалом для гондоли служить вербова лоза. Кошики ж з пластику, фібергласу і алюмінію поки не здобули великої популярності.
На те, щоб наповнити кулю гарячим повітрям, буде потрібно досить багато часу. Ні, в гарну погоду завдяки злагодженим зусиллям команди (мінімум з 3 чоловік) куля можна підготувати до зльоту за 15-20 хвилин. Приблизно стільки ж часу потрібно для того, щоб скласти куля після польоту.
Людина, що боїться висоти, на повітряній кулі літати не зможе. Хибна думка. По-перше, дана конструкція переміщається настільки повільно, що рух пасажирами майже не відчувається. По-друге, саме повітряної кулі - єдиному з літальних апаратів - підвладні польоти на дуже невеликій висоті з можливістю "зависання" в будь-якому вподобаному пілотові місці, наприклад, над поверхнею озера.
Польоти на повітряній кулі можуть проводитися в будь-який час доби. Так, це так, при умові, що швидкість вітру біля поверхні землі не перевищує 7 м/с і погода атермічна (тобто відсутні сильні висхідні потоки повітря, які утворюються від нагрівання земної поверхні сонцем). Однак найбільш підходящий час для здійснення польотів - ранок і вечір, оскільки і після сходу і перед заходом сонця вітер зазвичай стихає.
Газові та теплові кулі розрізняються тільки за формою. Ні, відмінності між цими конструкціями дещо глибше. Повітряна куля, що наповнюється газом, герметичний, а тепловий, наповнюється теплим повітрям, являє собою купол з отвором. Деякі кулі є комбінацією двох згаданих конструкцій.
Повітряна куля здатний підняти в повітря 2-3 людини. Дивлячись про який тип повітряного кулі йде мова. Спортивні моделі розраховані зазвичай на одну людину, кулі, які використовуються для розваг або в рекламних цілях, можуть підняти в повітря понад 10 пасажирів.
Теплові кулі надуваються підігрітим повітрям, для наповнення газових використовують водень. Це не зовсім так. Для наповнення теплових куль використовують не тільки тепле повітря, але і суміш пропану й бутану, а для підняття в повітря газових куль все частіше використовують гелій. Справа в тому, що водень легко запалюється, а з'єднуючись з повітрям утворює вибухову суміш, тому навіть невелике ушкодження оболонки кулі може таїти небезпеку для життя і здоров'я аеронавтів. Гелій ж не горючий, а його підйомна сила не набагато менше, ніж у водню, тому він є повноцінною і безпечною заміною водню (виняток - стратостата, які повинні підніматися на висоту більше 1000 м - їх заправляють тільки воднем).
Для того щоб утримувати в повітрі тепловий аеростат, пілот періодично включає пальник. Так, це так. Але з цього правила є винятки. Наприклад, сонячні теплові повітряні кулі завдяки особливостям конструкції (матеріал оболонки дозволяє тривалий час утримувати різницю температур між повітрям всередині оболонки і навколишнім середовищем в 30 градусів, та й сама оболонка рази в 3 більше, ніж у звичайних аеростатів) використовують для підйому тепло сонячних променів, тому застосування пальника не потрібно.
Повітряні кулі використовуються для вивчення складу атмосфери Землі. Так, більше того - конструкції такого роду використовуються для дослідження складу атмосфери планет сонячної системи. Наприклад, одним із завдань радянських автоматичних міжпланетних станцій "Вега 1" і "Вега 2" була доставка на Венеру оснащених спеціальним обладнанням аеростатів, які, переміщаючись в атмосфері планети, проводили її аналіз і передавали дані на Землю.
Чим гаряче повітря в тепловій повітряній кулі, тим вище він злетить. Так, але слід врахувати, що при дуже високій температурі (понад 100°С) почне плавитися нейлонова оболонка кулі, що може призвести до аварії.
Першим облетів навколо земної кулі Стів Фоссе. Це не так. Вперше кругосвітній переліт (правда, з трьома приземлениями) був здійснений у 1929 році на дирижаблі "Граф Цепеллин", побудованому в Німеччині. За 21 день літальний апарат подолав відстань в 35 тис. км зі швидкістю близько 177 км/ч. Пізніше робилися неодноразові спроби зробити безпосадочний переліт навколо Землі. У січні 1981 року (на аеростаті "Жюль Верн" Макс Лероу Андерсен і Дон Іда подолали відстань у 4302 км), 1993 (абсолютно невдала спроба - аеростат "Virgin-Earthwinds" так і не піднявся в повітря) і 1997 році (Стів Фоссетт змушений був перервати політ з-за проблем з перетином повітряного простору Лівії). Нарешті 20 березня 1999 року англієць Брайан Джонс і швейцарець Бертран Пікар на аеростаті "Breitling Orbiter 3" здійснили перше кругосвітню подорож, за 19 днів 21 годин і 55 хвилин подолавши відстань у 40814 км. Стів Фоссетт здійснив безпосадочний переліт дещо пізніше - 3 липня 2002 року на аеростаті "Bud Light Spirit of Freedom" він пролетів 34 242 км, витративши на це 13 днів 8 годин 33 хвилини.
Використана література.
1. Інтернет.
2. Підручник «Фізика для 7 класу» Сиротюк В.Д., К., в-цтво «Генеза», 2015 рік.
3. Універсальний довідник школяра, в-цтво «Навчальна книга – Богдан», 2005 рік.
про публікацію авторської розробки
Додати розробку