=Навчальний проект "Змії в повітрі - парадокс=
Зміст
Питання проекту
Ключове Чи є загадка в польоті Тематичне Чи дитяча забава повітряні змії
Вступ
Файл:Змії.jpg
У наш час повітряних зміїв прийнято вважати дитячою забавкою і молодіжним розвагою, але якщо відкрити історію повітряних зміїв, то багато людей не повірять, що змії застосовувалися в наукових дослідженнях, в метеорології для дослідження верхніх шарів атмосфери і аерофотозйомках, для скидання вантажів.
Історія повітряного змія
- У 1066 Вільгельм Завойовник використовував повітряні змії для військової сигналізації при підкоренні Англії. Але, на жаль, про форму стародавніх європейських зміїв, про їх конструктивних і льотних властивостях не збереглося ніяких даних.
- У 1749 А. Вільсоном (Англія) змій був використаний для підйому термометра з метою визначення температури повітря на висоті.
- У 1752 р вчений-фізик В. Франклін скористався повітряним змієм для дослідження блискавки. Відкривши за допомогою змія електричну природу блискавки, Франклін винайшов громовідвід.
- Повітряні змії застосовувалися для вивчення атмосферної електрики великим російським ученим М. В. Ломоносовим і англійським фізиком І. Ньютоном.
- У 1804 році завдяки повітряному змію сер Дж. Кейл зумів сформулювати основні закони аеродинаміки.
- У 1825 році було здійснено перший політ людини на змії. Це зробив англійський учений Д. Покок, піднявши на змії на висоту декількох десятків метрів свою дочку Марту.
- У 1873 році А.Ф. Можайський піднімався на повітряному змії, який буксирувався трійкою коней.
- Починаючи з 1894 р, повітряний змій систематично застосовується для вивчення верхніх шарів атмосфери. У 1896 р в Бостонській обсерваторії була досягнута висота підйому коробчатого змія, рівна 2000 м, а в 1900 р там же змій був піднятий на висоту 4600 м.
- У 1897 р розпочато роботи з повітряними зміями і в Росії. Вони велися в Павлівській магнітно-метеорологічної обсерваторії, де в 1902 р було відкрито спеціальне відділення.
- Широке застосування повітряний змій знайшов у метеорологічних обсерваторіях Німеччини, Франції та Японії. 3мей піднімався на дуже велику висоту. Наприклад, в обсерваторії Ліндерберга (Німеччина) домоглися підйому повітряного змія більш ніж на 7000 м.
- Перший радіозв'язок через Атлантичний океан був налагоджений за допомогою коробчатого повітряного змія. Італійський інженер Г. Марконі запустив в 1901 р на острові Нью-Фаундейшен великого повітряний змій, який літав на дроті, що служила приймальні антеною.
- У 1902 році на крейсері «Лейтенант Ільїн» провели успішні досліди з підйому спостерігача на висоту до 300 метрів за допомогою поїзда з повітряних зміїв. При цьому були використані коробчаті змії, конструкції яких була розроблена Л. Харгравом в 1892 році.
- У 1905-1910 роках на озброєнні російської армії знаходився змій оригінальної конструкції, створеної Сергієм Ульяніним.
Класифікація (види) повітряних зміїв
По конструкції
Плоскі
Найпростіші конструкції. Мають невисоку підйомної силою і малої вітрової стійкістю. Таким зміям обов'язково потрібен хвіст - шнур з підвішеними до нього грузиком.
Коробчаті
Коробчаті змії винайдені Л. Харгравом. Важливою їх особливістю є висока стійкість при відсутності хвоста..
По керованості
Керовані
Мають два леера, за допомогою яких виконують ряд заданих фігур і вони оцінюються суддями
Не керовані
Мають один леер, який спрощує управління під час запуску змія, так як спортсмен стежить тільки за поривами вітру і за його польотом
Чому вони літають?
Повітряний змій належить до літальних апаратів важче повітря. Чому ж змій піднімається і що утримує його на висоті? Основна умова для цього - рух повітря відносно змія. Для забезпечення розуміння законів, що впливають на політ змія, можна уявити змій у вигляді прямокутної плоскої пластинки. Адже навіть найскладніші конструкції повітряних зміїв у більшості випадків є поєднанням таких пластинок, розташованих під відмінними кутами один до одного, леера (нитки або троса) для запуску змія. Щоб повітря міг підняти пластинку, її треба розташувати під деяким кутом атаки до його потоку Кут по відношенню до потоку повітря називається кутом атаки або підйомної сили (його прийнято позначати α - альфа). Змії літають при середньому куті атаки 10-20 °. Для того щоб змій тримався в повітрі, підйомна сила повинна бути рівна силі тяжіння змія з леєром. Якщо ж підйомна сила менше, то змій опускається на землю. Причина може бути нерівномірність вітру, зміна (зменшення) його сили та напрямку. На повітряного змія діють чотири сили: опір, підйомна сила, сила тяжіння і підйомна сила. Можна сказати, що змій літає завдяки взаємодії всіх цих сил. Розглянемо їх по порядку. Чому злітає повітряний змій? Відповісти на це питання нам допоможе спрощений креслення (рис. 7). Нехай лінія АВ зображує розріз плоского повітряного змія. Припустимо, що наш уявний повітряний змій злітає справа наліво під кутом α - альфа до горизонту або набігаючого потоку вітру. Розглянемо, які сили діють на повітряний змій у польоті. Щільна маса повітря перешкоджає руху повітряного змія на злеті, іншими словами, має на нього якийсь тиск, позначимо його F1. Тепер побудуємо так званий паралелограм сил і розкладемо силу F1 на дві складові - F2 і F3. Сила F2 штовхає повітряний змій від нас, а це означає, що при підйомі вона знижує його первісну горизонтальну швидкість. Отже, це сила опору. Інша ж сила (F3) захоплює повітряного змія вгору, тому назвемо її підйомної. Ми визначили, що на повітряного змія діють дві сили: сила опору F2 і підйомна сила F3.
Піднімаючи повітряного змія в повітря (буксируючи її за леер), ми як би штучно збільшуємо силу тиску на поверхню повітряного змія, тобто силу F1. І чим швидше ми розбігаються, тим більше збільшується ця сила. Але сила F1, як ви вже знаєте, розкладається на дві складові: F2 і F3. Вага повітряного змія постійний, а дії сили F2 перешкоджає леер, збільшується підйомна сила - повітряний змій злітає.
Швидкість вітру зростає з висотою, ось чому при запуску повітряного змія намагаються підняти його на таку висоту, де вітер міг би підтримувати модель в одній точці. У польоті повітряний змій завжди знаходиться під певним кутом до напрямку вітру.
Сила опору - створюється рухом повітря, який обтікає змія.
Підйомна сила - це частина опору, яка перетворюється в силу, спрямовану вгору.
Сила тяжіння обумовлена вагою змія і прикладена в точці, яку називають центром ваги.
Рушійна сила повідомляється змію леєром, що діє як мотор.
Змій полетить, якщо лінії дії всіх цих сил перетнуться в центрі ваги. Інакше політ змія буде нестабільним.
Щоб витримати ці вимоги, поверхня змія повинна бути нахилена по відношенню до вітру під правильним кутом.
Поздовжня стійкість змія забезпечується хвостом або формою аеродинамічної поверхні, поперечна - кільовими площинами, що встановлюються паралельно леерами, або вигнутими і симетричністю аеродинамічної поверхні. При виготовленні зміїв про ці фактори не слід забувати. Стійкість польоту змія залежить також від положення центра ваги повітряного змія. Хвіст зміщує центр ваги повітряного змія вниз і гальмує коливання змія, якщо вітер поривчастий, нерівний.
Висновок
Розглянувши історію виникнення повітряного змія, вивчивши основні види і конструкцію, провівши порівняльний аналіз, можна зробити висновок. У наш час повітряний змій, будучи дитячою забавкою, вимагає великої уяви та сприяє розширенню кругозору. У процесі вибору типу і форми змія розвиваються схильності до дизайну, у конструктора з'являється можливість для художнього самовираження в процесі придумування емблем та інших елементів прикраси, тому політ повітряного змія - це завжди захоплююче видовище. Конструювання і запуск повітряних зміїв для людей, які ставляться до цього не як до розваги, допомагає зрозуміти основні принципи польоту всіх літальних апаратів разом узятих. Змейкова справа стала одним з розділів первісної авіаційної підготовки школярів, а повітряні змії - повноправними літальними апаратами поряд з моделями літаків і планерів, тому що дозволяють вивчити закони фізики, аеродинаміки і практичне їх застосування. Такий підхід до повітряних зміїв є початковою сходинкою для хлопців, які планують пов'язати надалі своє життя з конструюванням або експлуатуванням літальних апаратів. Без знань розрахунків, без урахування особливостей нижніх шарів атмосфери, напрямку вітру і т.д. не задавнити як повітряного змія, так і моделі планера або літака. На підставі вищевикладеного, хочу сказати, що між словами «дитяча забава» та «практична аеронавтика» я б поставив знак рівності: «Повітряний змій: дитяча забава і практична аеронавтика».
Список літератури
1. Ермаков А.М. Простейшие авиамодели: Кн. Для учащихся 5 - 8 кл. сред. шк. М.: Просвещение, 1989, - 144 с.
2. Энциклопедия самоделок. – М.:АСТ – ПРЕСС, 2002. – 352.: ил. – (Сделай своими руками).
3. Рожов В.С. Авиамодельный кружок. Для руководителей кружков школ и внешкольных учреждений М.: Просвещение, 1986.-144с.
