Почему летают самолеты реферат
Обновлено: 03.07.2024
Небо и полеты всегда манили людей. Сейчас мы научились летать, но не сами, а на самолетах. Самолеты бывают разные, от маленьких моделей до невероятных лайнеров размером с многоэтажный дом. Почему летит самолет? Я решил провести собственное исследование.
Цель моего исследования:
найти ответ на вопрос: почему самолеты летают?
самолет поднимают и держат в воздухе какие-то силы.
Методы исследования:
Во время моих поисков я узнал следующее.
Люди с древних времен пытались научиться летать подобно птицам. Древнегреческий миф рассказывает об Икаре, покорившем небо на самодельных крыльях из воска и перьев. Но это всего лишь миф, на самом деле всем ясно крылья и хвосты не помогут людям летать и для полета нужны более серьезные приспособления, которые мы видим в работах Леонардо да Винчи.
Однако Леонардо выяснил, что совсем не требуется работа крыльями, достаточно скользить на крыльях относительно воздуха – планировать. Думаю, эта идея пришла к нему при наблюдении за парящими без взмахов крыла птицами. Так планирует бумажный самолетик, так планирует дельтаплан ну и, наверное, Бэтмен).
Значит крыло необходимо для перемещения в воздухе – полета. Вот почему самолет летит – у него есть крыло. Без крыла он не сможет лететь, оно создает подъемную силу. Благодаря крыльям, самолет держится в воздухе, то есть опирается крыльями на воздух. Как это происходит?
Как я выяснил для полета необходимы крылья. На них надо двигаться, придавая аппарату скорость. Бумажный самолетик запустить рукой, дельтаплан разогнать, Бэтмену прыгнуть с небоскреба. Если серьезно, эта задача решается установкой двигателей. Отсюда, слово самолет – летит самостоятельно.
Первая успешная попытка построить самолет произошла в 1882 году. Русский инженер Александр Федорович Можайский построил самолет и совершил на нем полет. Он продолжался всего несколько секунд. Именем Александра Федоровича Можайского названа Военно - Космическая Академия в Санкт Петербурге, там учился мой дедушка офицер советской армии.
К сожалению, в мировой истории, как это бывало не раз с отечественными изобретателями, бытует ошибочное мнение о первых самолетостроителях братьях Райт. Как бы там ни было, для самостоятельного, продолжительного полета самолету необходимы крылья и двигатель. То есть самолет летит потому что его держит подъемная сила и двигает тяга двигателей, придает ему скорость
Практическая часть.
Я провел опыты, чтобы понять почему летит самолет?
Если взять бумажный самолетик и просто отпустить его, он упадет. Так же происходит с моими моделями, если модель отпустить, она не полетит. Сами по себе части самолета – крылья, двигатель и даже готовые аппараты не летают.
Я брал бумажный самолетик, модель планера, модель самолета и запускал в полет, придавал движение. Все они летели, пусть не очень долго, но летели. Это был самый настоящий полет.
Модель самолета с винтом при работающем двигателе, прямо вырывается из рук и летит самостоятельно. Вверх, вперед, против ветра, упрямо стремится в небо. Как когда-то стремились наши предки, будто в этой жужжащей крохе живет жизнь. Так и есть – это искра человеческой мысли.
Практическая часть (опрос одноклассников)
В ходе опроса выяснилось, что из 24 опрошенных, 5 человек считают, что самолеты летают из-за мощных двигателей; 2 человека настаивают на форме крыльев; 14 человек считают, что самолет летает благодаря и двигателям, и его особой форме крыльев; 3 человека предлагают свою версию ответа; никто не решил, что самолеты машут крыльями
В результате работы над проектом подтвердилась моя гипотеза: самолет поднимают и держат в воздухе какие-то силы. Я выяснил, что это подъемная сила и тяга двигателя.
Я предположил, что самолет может летать благодаря силе, которая удерживает его в воздухе, и она зависит от формы крыла. Проблема: Выяснить, почему летают самолеты?
Цель: изучить принцип полёта самолёта, почему самолёт летает. Сделать различные модели бумажных самолетов и на их примере изучить полеты самолетов.
Задачи : 1) Изучить историю авиации: как люди мечтали о крыльях как у птиц, какие были первые открытия в этой области и узнать о людях, которые сделали большой вклад, чтобы покорить небо и приблизиться к тем самым птицам. 2) Изготовить различные модели бумажных самолётов, произвести их запуски, изучить дальность и время полета, в зависимости от формы крыла.
Гипотеза: Самолет летает, потому что в воздухе его удерживает какая-то сила.
Объектами исследования являются бумажные самолётики разных моделей: Планер Планер-2 Зилке Шаттл
Методы исследования : 1. Беседы с взрослыми 2. Изучение познавательной литературы 3. Работа с компьютером 4. Наблюдения 5. Моделирования 6. Проведения опытов.
Основная часть Оказывается, люди издавна завидовали птицам и очень хотели летать… Из глубины веков дошли до нас сотни легенд, рассказов, сказок о попытках летать.
Но, со временем все яснее становилось, что полететь, как птица, махая крыльями, нельзя. Оказывается, мускульной силы у человека значительно меньше, чем даже у воробья. Значит, человеку не дано летать, как птица, махая крыльями. Надо искать другой путь.
Но какой Человек полетел, опираясь не на силу своих рук, а на силу своего разума …
Самолёт, который тяжелее воздуха, может летать: благодаря крыльям и, благодаря подъёмной силе крыла . Во время движения воздух проходит над и под крыльями самолёта. Крылья у самолёта снизу плоские, а сверху закруглённые. Огибая крыло с двух сторон, воздух разделяется – над закруглённой поверхностью крыла воздух проходит быстрее, чем под плоской нижней частью. Воздух сверху становится разреженным, давление его становится меньше, чем у воздуха внизу крыла, и благодаря этому крыло стремится подняться вверх. Таким образом, неравное давление воздуха, возникающее благодаря форме крыльев самолёта, порождает силу, которая называется подъёмной. Благодаря этой силе самолёт может летать.
Я изготовил бумажные самолётики разных моделей: Планер, Планер-2, Зилке и Шаттл. Произвел их запуски и пронаблюдал, как они летают, изменяя форму их крыльев.
Результаты своих исследований записал в таблицу: № Название модели Рисунок Дальность полета Время полета 1 Планер 2 Планер-2 3 Зилке 4 Шатлл
Пришел к выводу, что изменяя форму крыла бумажного самолетика, можно изменить дальность и продолжительность его полета. Это происходит, потому что на крыло действует подъемная сила, которая позволяет самолету лететь.
В современном мире летательные аппараты заняли почетное место, они помогают людям преодолевать большие расстояния, перевозят почту, лекарства, гуманитарную помощь, тушат пожары и спасают людей. Так кто же построил первый в мире самолет и совершил на нем полет? Почему самолет такой большой и тяжелый может держаться в воздухе, летать, словно птица? Какая сила помогает самолёту держаться в воздухе? На эти вопросы мы решили найти ответы в своей исследовательской работе.
Объект исследования: модели самолетов.
Предмет исследования: условия, при которых самолёт летает.
Гипотеза исследования: предположим, что самолет может летать благодаря силе, которая удерживает его в воздухе, и она зависит от формы крыла.
Цель исследования: исследование условий полётов бумажных самолётиков.
1. Изучить теоретический материал по истории возникновения авиации, появление первых бумажных самолётиков.
2. Изготовить различные модели бумажных самолётов.
3. Произвести запуск бумажных самолётов, изучить дальность полета, время полёта, эробатику в зависимости от формы крыла.
4. Проанализировать полученные результаты.
Методы исследования:
Методы практической деятельности:
Практическая значимость работы: результаты данной работы могут быть использованы на уроках физики, во внеурочной деятельности.
Этапы исследования:
Теоретический – изучение литературы и информации из интернет – ресурсов по истории возникновения авиации, появление первых бумажных самолётиков.
Практический - провести запуск бумажных самолётов.
Обобщающий - изучить дальность полета, время полёта, эробатику в зависимости от формы крыла и проанализировать полученные результаты.
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
1.1 История возникновения авиации
С древних времён небо манило людей. Они завидовали птицам и очень хотели летать.
Люди стали замечать, что вверх поднимается не только дым, но и нагретый воздух. Первыми воздушный шар изготовили братья Монгольфье. Первому, кому удалось подняться в воздух, это был француз Жан Пилатр де Розье. В 1783году он взлетел на воздушном шаре. Этот шар не был управляемым и просто летел по ветру. Куда ветер, туда и шар. А люди хотели летать туда, куда им надо.
Через сто лет появились управляемые воздушные шары – дирижабли (рис.1). Они наполнялись лёгким газом, в них устанавливался двигатель с пропеллером. Двигатель придавал дирижаблю скорость и позволял держаться нужного направления. Дирижабль имел вытянутую, овальную форму – это увеличивало его скорость.
Рисунок 1 – Дирижабль
Затем появились управляемые аэропланы. На них устанавливали двигатели, которые работали на бензине. Эти двигатели напоминали автомобильные. Аэропланы могли совершать длительные полёты.
Немецким ученым Отто, начиная с 1891 года, были построены более 20 планеров, и он совершил на них более 2-х тысяч полётов.
1.2 Самолёт и его управление
Вес самолета огромен, так что его удерживает в воздухе, почему он летает?
Рисунок 3 – Швейцарский физик-универсал, механик и математик Даниил Бернулли
Чтобы лучше усвоить закон Бернулли провели опыт: включили фен для укладки волос и над потоками воздуха удерживали теннисный шарик. Затем при помощи пылесоса повторили опыт. Движущийся воздуха мы использовали, чтобы удержать шарик.
Так мы поняли, как возникает подъёмная сила для летательного аппарата тяжелее воздуха.
Во время полёта крыло самолёта как бы разрезает воздушный поток на две части. Одна часть обтекает верхнюю поверхность крыла, а другая нижнюю. Форма крыла такова, что верхний поток должен преодолеть больший путь для того, чтобы соединиться с нижним в одной точке. Значит, он двигается с большей скоростью. А раз скорость больше, то и давление над верхней поверхностью крыла меньше, чем под нижней. За счёт разности этих давлений и возникает подъёмная сила крыла.
Во время набора самолётом высоты возрастает разница давлений, а значит, увеличивается и подъёмная сила, что позволяет самолёту подниматься вверх.
Нам стало понятно, зачем самолету крылья! Именно они удерживают его в воздухе. Крыло самолёта сверху изогнуто сильнее, чем снизу. Во время полёта воздух обтекает его сверху быстрее. Поэтому давление воздуха над крылом меньше, чем под ним и именно это создаёт подъёмную силу и толкает крыло вверх.
Сила движущегося воздуха используется для того, чтобы управлять самолетом. Управление самолётом также осуществляется с помощью системы подвижных закрылков и элеронов, расположенных на крыльях самолёта и хвостового руля высоты. Если они будут установлены под углом, то будут создавать препятствие для воздушного потока, в результате чего самолёт будет поворачивать или наклоняться. Для того чтобы оставаться в воздухе, самолёт должен быть всё время в движении, его крылья должны рассекать воздух для создания подъёмной силы. Другими словами, самолёт не может летать, если не будет двигателей, которые создают тягу. А для того, чтобы оторваться от земли и подняться в воздух, самолёт должен сначала промчаться на большой скорости по земле.
Таким образом, неравное давление воздуха, возникающее благодаря форме крыльев самолёта, порождает силу, которая называется подъёмной. Благодаря этой силе самолёт может летать.
1.3 Из истории бумажных самолетов
Нам стало интересно, а бумажные самолётики летают, как настоящие самолеты, или здесь мы имеем дело с другим принципом?
Оказывается, что пускание самолетиков - целая наука. Родилась она в 1930 году, когда Джек Нортроп – сооснователь компании Lockheed Corporation, использовал бумажные самолётики для тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов.
Во время второй мировой войны, правительства многих государств ограничивали использование таких материалов, как пластик, металл и дерево, так как они считались стратегически важными. Бумага стала общедоступной и очень популярной в индустрии игрушек. Именно это сделало бумажное моделирование популярным.
Согласно Ассоциации бумажного самолетостроения, самолет из бумаги, запущенный в открытый космос, не будет летать, он будет планировать по прямой линии. Если самолетик из бумаги не столкнется с каким-нибудь предметом, он может вечно парить в космосе.
Самый большой размах крыльев бумажного самолета составляет 12, 22 см. Самолет с такими крыльями смог пролететь почти 35 метров, перед тем, как столкнулся со стеной. Такой самолет был сделан группой студентов с из Политехнического института в Дельфте, Нидерланды. Запуск был проведен в 1995 году, когда самолет запустили внутри здания с платформы, высотой 3 метра. По правилам самолет должен был пролететь около 15 метров. Если бы не ограниченное пространство, он бы пролетел намного дальше.
А спортивные состязания по запусканию самолетиков из бумаги проходят на мировом уровне. Придумал их британец Энди Чиплинг. Многие годы он с друзьями занимался созданием бумажных моделей и в 1989 году основал Ассоциацию Бумажного Авиастроения. Именно он написал свод правил по запуску бумажных самолетов. Для создания самолетика должен использоваться лист бумаги формата А-4. Все манипуляции с самолетиком должны заключаться в сгибании бумаги - не разрешается его резать или клеить, а также использовать инородные предметы для фиксации. Правила соревнований очень простые - команды состязаются по трем дисциплинам (дальность полета, время полета и аэробатика - зрелищное шоу).
Почему самолет летит
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1) самолёт какая-то сила держит в воздухе,
2) устройство самолёта позволяет ему лететь,
3) самолёт падает, когда теряет равновесие.
Цель работы: выяснение причин полёта и падения самолётов.
Для достижения цели я поставил задачи:
1) узнать историю появления и развития самолётов;
2) выяснить, какая сила держит самолёт в воздухе;
3) опытным путём выяснить, как полёт зависит от строения самолёта;
4) описать условия безопасного полёта.
Методы исследования: изучение литературы, моделирование, проведение экспериментов по полёту моделей, сборка модели лайнера.
1. История появления и развития самолётов
Самолёт – это аппарат, самостоятельно летающий в воздухе.
Человек с древних времён мечтал летать, как птица. Смельчаки делал крылья, прыгали с высоких гор и разбивались.
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.
В XIX веке русский офицер Александр Федорович Можайский создал планер. 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. Они придумали, как удержать равновесие самолёта при встречном ветре. Специальный механизм боролся с креном крыльев.
Второе достижение братьев Райн – 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.
2. Какая сила держит самолёт в воздухе
К рыло имеет изогнутую форму, которая помогает воздуху неодинаково распределяться вокруг него. 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.
На схеме жёлтым цветом показаны детали самолёта, имеющие аэродинамическую поверхность.
Н екоторые самолёты и все вертолёты имеют винты. Воздушный винт вначале устанавливали на дирижаблях. Братья Райн придумали использовать винт для толкания самолёта в воздухе.
Лопасти воздушного винта действуют по принципу крыльев, потому что они имеют аэродинамическую форму. Тяга винта заменяет подъёмную силу и приводит летательный аппарат в движение. Подобные винты устанавливают также на аэросанях и судах на воздушной подушке.Если винт расположен перед двигателем, он называется тянущим, а если сзади – толкающим.
Я изготовил бумажные самолётики разных моделей. Они отличаются по размеру, форме корпуса (фюзеляжа), длине и ширине крыла.
Для полёта самолёту нужна сила, толкающая его вперёд, Я заставлял лететь самолётики силой своих мышц. Через некоторое время скорость полёта уменьшалась, и самолёт опускался вниз.
Опыт № 1. Как долго летит самолёт
1) лобовое сопротивление воздуха легче преодолеть, если самолёт запустить по диагонали вверх;
2) при снижение скорости тяга уменьшается, и самолёт за счёт веса и земного притяжения опускается вниз;
3) при полной остановке двигателя тяга исчезает, а самолёт падает вниз.
Опыт № 2. Как влияет форма фюзеляжа на полёт
Экспериментальные запуски показали, что быстрее всего летает самолёт № 2. У него узкий длинный, хорошо обтекаемый воздухом фюзеляж.
У модели № 3 широкий корпус по площади больше площади крыльев. Этот самолёт летал хуже всего. После того, как я загнул его нос, он вообще перестал летать, сразу падал.
1) наилучшие скоростные и устойчивые характеристики у самолёта с острым носом и узким корпусом;
2) для устойчивости крылья самолёта должны быть больше корпуса.
Опыт № 3. Как влияет форма крыла на полёт
У самолётов № 1и № 3 широкие крылья, но разные по форме. Крылья треугольной формы придало самолёту
У самолёта № 2 крылья уже и длиннее, а скорость больше. Зато самолёт № 1 дольше всего держался в воздухе.
1) у медленных самолётов должна быть большая площадь крыла, чтобы удерживаться при небольшой подъёмной силе;
2) скоростные самолёты имеют меньшие по площади крылья, потому что большая скорость поддерживает тягу.
Опыт № 4. Для чего нужны закрылки самолёту
Задняя часть крыла самолёта оканчивается закрылками. В выпущенном состоянии они увеличивают кривизну крыла и лобовое сопротивление воздуха. Закрылки позволяют снижать скорость при посадке самолёта.
Для моделирования работы закрылок я загнул оба конца крыльев вниз. Самолёт при запуске быстро потерял скорость и приземлился перевернувшись на крылья. Я повторил опыт несколько раз с самолётами
№1 и № 2. Самолёты всегда переворачивались.
Я стал экспериментировать с загибанием крыльев: загибал один конец вниз, один вниз – второй вверх. В обоих случаях самолёт падал.
Я загнул концы крыльев вверх, самолёт в полёте стал вращаться вокруг своей оси.
1) закрылки самолёта снижают скорость самолёта, если они опущены вниз;
2) если закрылки раскроются под разным углом, самолет может упасть.
Опыт № 5. Как сконструировать закрылки, чтобы самолёт при посадки не переворачивался
Из интернета я узнал, что в современной авиации большинство самолётов имеют щелевые закрылки.
Я сделал на месте сгиба проколы, потом небольшие разрезы, но это не помогло. Самолёт переворачивался на крылья.
Тогда я вырезал достаточно большую часть на каждом крыле. И самолёт приземлился правильно.
1) щели в закрылках позволяют воздуху проходить через них снизу вверх, в результате чего, давление воздуха над крылом и под крылом уравнивается, и самолёт безопасно приземляется.
Мои гипотезы подтвердились. Самолёт держит в воздухе подъёмная сила крыла, которая возникает по аэродинамическому принципу. На подъёмную силу крыла влияют его площадь, форма и другие характеристики самолёта. Например, форма корпуса, угол атаки, скорость самолёта, работа закрылок.
От сочетания этих характеристик зависит, удержит ли самолёт равновесие. Безопасность полёта зависит от опыта пилота, исправности самолёта и погодных условий.
Детская Энциклопедия. Том 3. Вещество и энергия [Текст]: в 12-и т.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во Просвещение, 1966. - 688 с.
… или все-таки нет.
Посмотрите на эту картинку — на ней изображен самолет, аналогичный тому, на котором был установлен рекорд полета в перевернутом положении. Обратите внимание на обычный профиль крыла (Boeing-106B airfoil) который, согласно приведенным выше рассуждениям, должен создавать подъемную силу от нижней поверхности к верхней.
- Подъемная сила крыла зависит от его ориентации относительно набегающего потока воздуха — угла атаки
- Симметричные профили (в том числе и банальный плоский лист фанеры) тоже создают подъемную силу
Как это ни странно, значительно более приближенное к истине объяснение дает другая неверная теория подъемной силы, отвергнутая еще в XIX веке. Сэр Исаак Ньютон предполагал, что взаимодействие объекта с набегающим воздушным потоком можно моделировать, предположив, что набегающий поток состоит из крошечных частиц, ударяющихся об объект и отскакивающих от него. При наклонном расположении объекта относительно набегающего потока частицы будут преимущественно отражаться объектом вниз и в силу закона сохранения импульса при каждом отклонении частицы потока вниз объект будет получать импульс движения вверх. Идеальным крылом в подобной модели был бы плоский воздушный змей, наклоненный к набегающему потоку:
К сожалению, ответ на этот вопрос уже неизбежно требует привлечения математики. Давайте представим себе, что наше крыло является бесконечно длинным и одинаковым по всей длине, так что движение воздуха вокруг него можно моделировать в двумерном срезе. И давайте предположим, для начала, что в роли нашего крыла выступает… бесконечно длинный цилиндр в потоке идеальной жидкости. В силу бесконечности цилиндра такую задачу можно свести к рассмотрению обтекания круга в плоскости потоком идеальной жидкости. Для столь тривиального и идеализированного случая существует точное аналитическое решение, предсказывающее, что при неподвижном цилиндре общее воздействие жидкости на цилиндр будет нулевым.
А теперь давайте рассмотрим некое хитрое преобразование плоскости на себя, которое математики называют конформным отображением. Оказывается можно подобрать такое преобразование, которое с одной стороны сохраняет уравнения движения потока жидкости, а с другой трансформирует круг в фигуру, имеющую похожий на крыло профиль. Тогда трансформированные тем же самым преобразованием линии тока жидкости для цилиндра становятся решением для тока жидкости вокруг нашего импровизированного крыла.
Это потенциально возможно для идеальной жидкости. Но не для реальной.
Удивительный результат, не правда ли?
Читайте также: