Тема «повітроплавання», контент-платформа

Мета уроку: розглянути фізичні основи повітроплавання і історію розвитку польотів; дати поняття підйомної сили повітряної кулі і 1м3газа; показати область використання повітряних куль-зондів.

I.Проверка домашнього завдання

1. Дайте визначення осадки судна і його ватерлінії. (Глибина, на яку занурюється судно називається осадкою. Найбільша допускається осадка судна позначена на корпусі судна червоною лінією, званої ватерлінією).

2. Що називають водотоннажністю судна? Вантажопідйомністю судна? Вага води, що витісняється судном при зануренні до ватерлінії, рівний силі тяжіння, що діє на судно з вантажем, називається водотоннажністю судна. Вантажопідйомність - різниця між водотоннажністю судна і вагою самого судна.

3. В чому полягає перевага річкового і морського транспорту в порівнянні з залізничним, автомобільним транспортом і авіацією?

4. За яких умов тіло:

а) тоне в рідини. Відповідь - (F тяж> FA)

б) знаходиться в рівновазі в будь-який її точці. Відповідь - (F тяж = FA)

в) спливає на поверхню? Відповідь - (F тяж

5. Як показати на досвіді, що вага рідини, витісненої плаваючим тілом, дорівнює вазі тіла в повітрі? (Шляхом порівняння маси витісненої рідини з масою зануреного в неї тіла і шляхом досвіду можна довести, що вага рідини, витісненої плаваючим тілом дорівнює вазі тіла в повітрі).

6. Як залежить глибина занурення в рідину плаваючого тел від його щільності? (Глибина занурення зростає зі збільшенням щільності).

Рішення завдання. Плаваюче тіло витісняє гас об'ємом 120см3. Який об'єм води буде витісняти це тіло?

V1 = 120см3 = 0,000120м3

Рішення: FА1 = mg; FА2 = mg - умови плавання тіла в гасі. Звідси FА1 = FА2;

# 961; кgV1 = # 961; вgV2 → # 961; кV1 = # 961; вV2 → V2 = = = 0,000096м3 = 96см3

II. Вивчення нового матеріалу

Тисячі років людина мріяв про політ над хмарами. Але сила тяжіння міцно прив'язувала його до землі. Вперше відірватися від неї вдалося за допомогою теплого повітря. Брати Жозеф і Етьєн Монгольф'є у Франції влітку 1783р. спорудили повітряна куля і, надувши його теплим повітрям, відправили в політ. Першими пасажирами стали баран і півень. Переконавшись, що польоти безпечні, на монгольф'єрів стали літати люди. Перший політ здійснили французи Пілатр де Розьє і д "Арланда. Монгольф'єрів використовували в основному для розважальних прогулянок, як тільки остигав в них повітря вони одразу ж опускалися.

Для військових і наукових цілей стали використовувати повітряні кулі, надувати гелієм і воднем. На такій кулі здійснив політ український вчений для спостереження сонячного затемнення в 1887р.

Підйомну силу кулі можна знайти за формулою

FА = # 961; пов # 961; gVж

Якщо ця под'емнаясіла побільшає сили тяжіння. діючої на тіло, то тіло піднімається. відірвавшись від землі. На цьому і заснований принцип повітроплавання.

Літальні апарати, які реалізують цей принцип називаються аеростатами. Вони бувають керованими, некерованими і прив'язні.

Некеровані аеростати вільно переміщаються по повітрю і мають форму кулі. Це повітряні кулі.

Керовані аеростати - дирижаблі, мають двигун і повітряні гвинти. Вони можуть переміщатися по заданому маршруту.

Прив'язні аеростати за допомогою троса фіксуються над цією точкою земної поверхні.

Відповідно до формули FА = # 961; пов # 961; gVж аеростат буде підніматися вгору, якщо щільність повітря або газу всередині нього менше щільності повітря за оболонкою.

Говорячи про підйомної силі повітряної кулі, розуміють різницю між архимедовой силою, що діє на кулю і силою тяжіння кулі з газом.

FА = (# 961; пов - # 961; газу) gVшара

Висновок: чим менше щільність газу всередині кулі, тим більше підйомна сила.

Значить, причиною зменшення сили Архімеда при підйомі кулі вгору є зменшення щільності повітря.

Кращими газами є водень і гелій - найлегші гази. Для водню підйомна сила равна6 вага водню об'ємом 1м3 = 0,9Н, а вага повітря об'ємом 1м3 = 13Н, звідси 13Н - 0,9Н = 12,1Н, для гелію - 11,2Н. Зараз в цілях безпеки використовують повітря, який нагрівають за допомогою газових пальників.

Нехай, наприклад, в повітря запущений куля об'ємом 40 м3, наповнений гелієм. Маса гелію, що заповнює оболонку кулі, буде дорівнює

# 961; = M = # 961; # 8729; V mг = # 961; г # 8729; V = 0,1890 # 8729; 40 м3 = 7,2 кг,

а його вага дорівнює: Рг = gmг Рг = 9,8 # 8729; 7,2 кг = 71Н

Виштовхуюча сила (архимедова), що діє на цю кулю в повітрі дорівнює вазі повітря об'ємом 40 м3, тобто

FА = # 961; воздgV FА = 9,8 # 8729; 1,3 # 8729; 40 м3 = 520Н

Fn = FA - F м Fn = 520Н - 71Н = 449Н, значить, ця куля може підняти вантаж вагою 449Н. Це і є його підйомна сила. А якщо, замінити гелій на водень, то цей шар зможе підняти вантаж вагою 479Н. значить, його підйомна сила більше, ніж кулі, наповненого гелієм.

У 30-ті роки було побудовано кілька висотних аеростатів для дослідження верхніх шарів атмосфери - з називали стратостата. Гондола стратостата робилася герметичній, щоб люди на великій висоті не страждали від нестачі кисню. Стратостата досягали висоти понад 30 км.

Аеростат летить туди - куди його жене потік повітря. На зміну аеростата прийшли дирижаблі - керовані аеростати, і літальні апарати важче повітря - літаки і вертольоти. Під час першої та другої світової воєн в арміях багатьох країн з'явилися аеростати, пов'язані з землею міцним тросом. Вони використовувалися в якості рухомих спостережних пунктів, для підвіски радіоантен, як повітряних огорож проти літаків противника.

Сучасні повітряні кулі використовуються в спортивних цілях, а дирижаблі для аерофотозйомок.

Авіаконструктори винайшли гідролітак-амфібію, здатний злітати з водної поверхні і успішно приводнюється. Розроблено і вдосконалюється літальний апарат, що представляє собою гібрид повітряної кулі, літака і вертольота.

Повітряні кулі застосували для зондування атмосфери Венери, вони були доставлені туди радянськими автоматичними станціями Вега-1 і Вега-2.

III.Закрепленіе вивченого

Шар-зонд об'ємом 20м3 наповнений воднем. Обчисліть підйомну силу цього кулі, якщо він знаходиться на висоті 10 км, де щільність атмосфери дорівнює 0,414 кг / м3. (Зміна обсягу кулі при підйомі не враховувати)

Р1 = gm1 = # 961; 1 # 8729; Vg - вага водню в обсязі кулі

Р2 = gm2 = # 961; 2 # 8729; Vg - вага повітря в обсязі кулі (архимедова сила)

F = F2 - F1. або F = (# 961; пов - # 961; газу) gVшара - підйомна сила кулі

F = (0,414кг / м3 - 0,090кг / м3) # 8729; 10Н / кг # 8729; 20м3 = 64,8Н

IV.Домашнее завдання