понедельник, 30 июня 2014 г.

Почему летают аппараты тяжелее воздуха? Клуб почемучек

Добрый день, участники и читатели "Клуба почемучек"! Совсем недавно я рассказывала о том, "Почему у вертолета винт вверху, а не внизу?", а сегодня, в продолжение темы летательных аппаратов, я отвечу на вопрос, присланный мамой Натальей и ее сыном Николаем:
«Как летают аппараты тяжелее воздуха


как летают аппараты тяжелее воздуха - физика для детей

Давайте сначала с вами разберемся, что значит "тяжелее воздуха"? Разве воздух что-то весит? Разве есть что-то легче его? Да! Хоть мы и не видим воздух, это не значит, что он такой же бестелесный, как "мысль" или "веселье". Воздух - газообразное вещество. Как и любые другие вещества, он состоит из молекул - маленьких кусочков материи. Например, воздух который окружает нас, состоит из смеси молекул кислорода, азота, углекислого газа, есть в нем и аргон, неон, метан и еще множество разных примесей. И эти молекулы можно взвесить. Мы когда-то проделывали это в опытах с воздушными шариками. Предлагаю вам этот опыт повторить. 
Этот вес можно сравнить с весом летательного аппарата - больше он весит или меньше.
Если у нас летательный аппарат будет легче воздуха, что с ним произойдет?


Опыт 1. Закон Архимеда

Материалы: 
Миска с водой, разнообразные предметы, сделанные из разных материалов, соль.

Попросите ребенка по очереди класть предметы в воду на дно миски и наблюдать за их поведением. Некоторые вещи тонут, а некоторые всплывают на поверхность.
Ведите журнал наблюдений - таблицу, в которой записываются результаты экспериментов. Когда таблица будет заполнена, проанализируйте ее и сделайте выводы: предметы, сделанные из каких материалов всплывают, а из каких - тонут, и от чего это зависит.

Обратите внимание ребенка, что тут играет роль не только вес предмета, но и его плотность и плотность воды. Тяжелая деревяшка всплывает в воде, тогда как маленький гвоздик, который меньше ее по весу, утонет. А кусочек картофеля, который плавает в соленой воде, утонет в обычной. (Тут я немного упрощаю объяснение, подробнее об этом малыш узнает позже, на уроках физики в 7 классе).


опыты с водой для детей - изучаем силу Архимеда
Опыты с водой: тонет или нет? Результаты отражаются в таблице 

опыты по физике для детей: картошка, всплывающая в соленой воде
Картофель тонет в обычной воде, но всплывает в соленой.
Это происходит из-за большей плотности соленой воды

Это происходит потому, что все тела подчиняются такому закону: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной этим телом. Если эта выталкивающая сила будет больше силы тяжести, которая заставляет все предметы на Земле падать вниз, то тело не упадет, а наоборот, всплывет вверх.

сила Архимеда рисунок


Эту закономерность сформулировал древнегреческий ученый Архимед. И выталкивающая сила названа в честь него архимедовой силой. Всем известна история о том, как он, выскочив из ванной, бежал по улице города с криками "Эврика!" (а если вашему малышу эта история неизвестна - расскажите ему и покажите мультфильм  "Коля, Оля и Архимед", где в доступной форме рассказывается об этом великом ученом древности.)


занятие по физике для детей - сила Архимеда
Кадр из мультфильма "Коля, Оля и Архимед"

Так же как и для воды, закон Архимеда выполняется и для газов. Поэтому, если у нас будет тело "легче" воздуха, то оно просто "всплывет" наверх, как только что в воде всплывали "легкие" предметы. Например, если воздушный шарик наполнить газом гелием (который "легче" воздуха), то он полетит вверх.

Шарики под действием силы Архимеда взлетают вверх
Воздушные шарики с гелием летят вверх

Спросите ребенка, какие есть летательные аппараты, использующие то, что они легче воздуха? Это воздушные шары, аэростаты и дирижабли. Плотность газа, заполняющего их баллон, меньше плотности атмосферного воздуха. Поэтому они и "всплывают" наверх, выталкиваемые архимедовой силой.
А вот остальные летательные машины: самолеты, вертолеты, ракеты, планеры, дельтапланы, автожиры, экранопланы и т.д.,- тяжелее воздуха. И они, тем не менее, летают! Хотя всего за несколько лет до знаменитого первого полета самолета братьев Райт, американский ученый Саймон Ньюком доказал, что аппараты тяжелее воздуха летать не могут. Вот так бывает, что и ученые ошибаются!
Так какие же силы позволяют этим аппаратам летать? Сейчас мы с вами это узнаем.
Летательные аппараты тяжелее воздуха разделяются на несколько главных видов.
Во-первых: летательные аппараты, которые используют подъемную силу крыла. Например, всем знакомые самолеты. (Кстати, помните, недавно мы с вами выясняли, почему самолет оставляет на небе белый след?) Так вот полет самолета основан на том, что создается разность давления воздуха над крылом самолета и под его крылом. Тот воздух, который находится под крылом самолета, "давит" на него сильнее, чем воздух вверху. Поэтому крыло, а вместе с ним и сам самолет, поднимается вверх. Как же так получается, что разница давления воздуха разная? Это зависит от формы крыла. Если мы посмотрим на крыло самолета внимательно, то увидим, что нижняя поверхность у него плоская, а верхняя - выпуклая. Когда самолет крылом разрезает воздух, то поток воздуха, который идет снизу получается медленнее потока, который огибает выпуклость крыла сверху. А был такой швейцарский математик и физик Даниил Бернулли из знаменитой семьи, давшей миру несколько ученых с мировым именем (уж простите меня, сегодня я привожу много фамилий и законов), который доказал, что при увеличении скорости воздушного потока статическое давление воздуха снижается. Так и получается, что давление воздуха над крылом самолета ниже, чем под крылом. Вот самолет и поднимается вверх.

Подъемная сила, действующая на крыло самолета. Рисунок


Во-вторых: летательные аппараты, подъемная сила которых создается при помощи несущего винта. Это, как вы догадались, вертолеты и прочие летательные машины из этого семейства. Вращающиеся лопасти винта создают подъемную силу из-за того, что они повернуты под углом (углом атаки) к горизонтальной плоскости.  Они как-бы "ввинчиваются" в воздух, подобно тому, как винт корабля загребает воду. Здесь эффект Бернулли тоже присутствует, но он только помогает увеличить подъемную силу.

В-третьих: летательные аппараты с реактивным двигателем.
Они двигаются в результате того, что струя газа или жидкости. вырываясь из сопла, создает реактивную силу, направленную в противоположном струе направлении.


Реактивная сила. Рисунок

Простейшую модель летательного аппарата с реактивным двигателем можно сделать из того же воздушного шарика. Достаточно просто надуть его, а потом отпустить: струя воздуха, вырываясь из "горлышка шарика", создает реактивную силу и заставит шарик летать по комнате. А если вам хочется запустить настоящую ракету на реактивной тяге, то попробуйте сделать ее из пластиковой бутылки. Вот тут подробный мастер-класс, как мы делали и запускали такой аппарат.


Реактивная ракета из пластиковой бутылки - опыты по физике
Запуск реактивной ракеты


Вот мы и познакомились с основными силами, которые помогают летать аппаратам тяжелее воздуха.
А на следующей неделе вы узнаете ответ на вопрос "Для чего растениям нужны колючки?"


Другие занятия в Клубе почемучек на тему техники можно посмотреть здесь:  Почему у вертолета винт вверху, а не внизуКак работает эскалатор,  Как строят мостыЧто быстрее, машина или поезд,  Как работает лифт,   Почему самолет оставляет на небе белый следКуда пропадает мультгерой, когда выключают телевизорДобыча и выплавка металлов.
А чтобы я ответила на ваши вопросы, вступайте в Клуб и задавайте их!
Для этого надо:
1) Поставить баннер на боковую панель вашего блога или сайта (код баннера можно взять, перейдя на страницу "Клуба почемучек"), а если блога нет, то дать ссылку на страницу Клуба в своих соц. сетях.
2) Прислать ваш вопрос мне на почту tavika2000 @ yandex.ua (убрать пробелы) с пометкой "Клуб почемучек".  

ВНИМАНИЕ! Среди всех присланных весной и летом вопросов в начале сентября я разыграю ПРИЗ. Независимо от того, сделала я ответ на вопрос или нет. Подробности о призе будут ближе к розыгрышу отдельным постом.

Подписаться на новости Клуба можно прямо тут, заполнив форму рассылки.
После этого вам на почту будут приходить ссылки на новые выпуски "Клуба почемучек" и сообщения о розыгрышах призов.

Ваше имя:
Ваш email:

Архив прошлых выпусков "Клуба почемучек" можно посмотреть ЗДЕСЬ.


Материалы по теме:
1. Закон Архимеда. Википедия  (http://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Архимеда)
2. Саймон Ньюком. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/Ньюком,_Саймон)
3. Летательный аппарат. Энциклопедия техники (http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/634/летательный)
4. Летательный аппарат. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/Летательный_аппарат)
5. Почему самолеты летают, а крыльями не машут? АиФ (http://www.aif.ru/infographic/1067109)

4 комментария:

  1. До чего же интересно и познавательно!!! Танюша, каждый раз читаю и удивляюсь, как так можно все обыграть и объяснить?!)))

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Спасибо, Наташа, я рада, что нравится :)

      Удалить
  2. Таня твои посты клуба почемучек каждый раз для меня настоящее откровение! Очень интересно и так все ты просто объясняешь!

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Я очень рада, что и взрослому человеку интересно :)

      Удалить

Чтобы оставить комментарий, напишите текст в окошке и выберите в "Подписи комментария" профиль из любого вашего аккаунта. Если вы нигде не зарегистрированы, выбирайте Имя/URL и просто вводите свое имя - оно отобразится в подписи.

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...

ShareThis