Полеты во сне и наяву

Учебный исследовательский проект
«Полеты во сне и наяву или как жить летаючи»

Авторы проекта:
1. Саков Алексей
2. Саков Виктор
Руководитель проекта:
Сакова О.В.
Тема проекта:
Югра космическая
Творческое название проекта:
Полеты во сне и наяву или как жить летаючи
Категория проекта:
Информационно-исследовательский
Основополагающий вопрос:
Почему люди не летают?
Объект исследования:
реактивное движение
Проблемно-тематический вопросы:
1. Есть ли лётная жизнь без неба?
2. Что лучше быть стройной и тяжелой, или округлой и легкой?
3. Когда масса играет с дальностью?
4. Можно ли научиться обычному ученику обычной школы летать и управлять полетом?

Гипотезы:
1. Если закон применим к воздуху, то его можно распространить и на воду и на сушу
2. Чем легче ракета и шарообразней её форма, тем лучше её лётная характеристика – траектория движения
3. Если увеличить плотность топлива, то дальность полета увеличится
4. Если уже 50 лет летают в космос, то любой сургутянин может это сделать


Цель:
1. Воспитание патриотизма у учащихся, гордости за свою Родину
2. Популяризация знаний о космосе, освоения пространства Сургута
3. Испытать себя и самим научиться управлять полетом

Задачи:
1. Рассказать о праздновании 12 апреля 1961года в Сургуте
2. Познакомиться с жизнедеятельностью покорителей неба
3. Выяснить причины и условия для совершения телом полета
4. Опытным путем изучить реактивное движение
5. Познакомиться с законами движения тел
6. Изучить историю развития и становления авиации в Сургуте
7. Изучить желания и возможности сургутян к полетам
8. Оформить полученные материалы

Этапы проекта:
1. Он сказал: «Поехали!»
2. Как подняться к небесам?
3. Воздух и вода – наши лучшие друзья
4. Полёты во сне и наяву или как жить летаючи

Методы исследования:
1. Теоретико-поисковый
2. Эмпирическое наблюдение
3. Практический


Я говорю: отчего люди не летают так, как птицы?
Знаешь, мне иногда кажется, что я птица. Когда
стоишь на горе, так тебя и тянет лететь. Вот так
бы разбежалась, подняла руки и полетела.
Попробовать нешто теперь?
Островский А.Н. «Гроза»


Введение
Сургут 12 апреля 1961года
50 лет назад 12 апреля 1961 года в Сургуте был один из самых радостных и веселых дней. По размаху народных ликований он почти сравнялся с праздником Победы 9 мая 1945 года. Все сургутяне в то время «жили и болели» космосом, следили за полетами искусственных спутников Земли, космических аппаратов с живыми существами на борту.
И вот чудо – Юрий Гагарин в космосе! Эту весть принесло жителям Сургута всесоюзное радио голосом Ю.Левитана. И что тут началось. Люди побросали работу, все бежали к репродукторам, совершенно незнакомые люди обнимались-целовались прямо на улице, все ходили гордые за свою Родину, за свой народ, за Гагарина.
Райисполком тут же переименовал улицу Набережная в улицу Гагарина. Появилась школа имени Гагарина, Гагаринская площадь. Народ величал Гагарина «Колумбом Космоса», «Разведчиком Солнечной Системы», открывателем небесных дорог. Слова «космос», «Восток», а потом и песни Александры Пахмутовой на космическую тему стали самыми популярными в народе.
Страницы сургутской районной газеты «К победе коммунизма» за 12.04.1961г. пестрят сообщениями ТАСС о первом в мире полете человека в космическое пространство и успешном возвращении; обращение ЦК КПСС Президиума Верховного Совета СССР и правительства Советского Союза; биография Гагарина; обращение Хрущева к майору Гагарину.
На третьей полосе газеты напечатаны высказывания сургутян на эту тему.
«Богат наш русский язык, но трудно подобрать слова, чтобы выразить чувства, которые испытывают советские люди. Безграничная радость, гордость за нашу великую Родину..» (Н.Сапьян, райвоенком).
«Советскому народу слава!» (В.Торопчинов, пилорамщик)
«Гагарину – ура!» (Г.Полков, связист)
«Чудо XX века!» (Ю.Иванов, учащийся)
Служащая И.Лакина, рабочий П.Менщиков, моторист Л.Сидоров и другие жители нашего города спешили запечатлеть свое ликование на страницах издания [1].
Полет Гагарина, его незабываемая улыбка запали в душу сургутян особенно ярко. Память о том полете сохранилась в сердцах людей того поколения.
В то время, 60-х годах прошлого века, все мальчики и девочки от мала до велика, мечтали о небе. Они хотели стать летчиками, космонавтами, просто людьми, обслуживающими воздушный транспорт.
Но уже сегодня, в начале 21-го века, стали обычными полет на самолете или вертолете, каждый желающий может совершить прыжок с парашютом, полетать на воздушном шаре или дельтаплане. Уже не так широко известно о покорителях неба, и сегодняшние подростки совсем чуть-чуть, а то и вовсе не знают о Юрие Алексеевиче Гагарине, Сергее Павловиче Королёве, Михаиле Леонтьевиче Миле, Павле Осиповиче Сухом, Константине Эдуардовиче Циолковском, о полетах в космос и практически ничего - о реактивном движении. Сообщение о запуске ракеты или спутника стало обыденным событием в новостной программе, но их полёт остается чудесным до сих пор. Испытать себя и самому научиться управлять полетом – является целью работы.

Этап I. «Он сказал: «Поехали!»
Когда-то с этих слов началась космическая эпоха, а мы начинаем практическую часть нашего проекта.
Гипотеза I. Если закон применим к воздуху, то его можно распространить и на воду и на сушу

Цель этапа: продемонстрировать закон «действия и противодействия», по которому движется тело с реактивным двигателем по поверхности воды и земли. Определить зависимость пройденного телом пути от объёма топлива в двигателе.

Опыт I - 1
Обычно реактивные двигатели нужны для запуска ракеты в небо, а для лодок и катеров реактивные двигатели не используются – применяют винтовые моторы, которые с шумом разбрызгивают воду. Однако, при создании высокоскоростных моделей возможно использование реактивного двигателя. Смастерим модель лодки с реактивным двигателем.

Корпус лодки выполним из плоского кусочка пенопласта, реактивный двигатель – надутый воздушный шар, пластиковая трубочка – сопло для отвода выходящих газов.





Модель к спуску на воду готова Испытание модели
(видео движения лодки)

В процессе испытания модели мы наблюдали, как воздух, выходящий из шарика позади лодки, заставлял её двигаться вперед. Это служит иллюстрацией третьего закона Ньютона, который действует и на воде, и гласит, что каждое действие вызывает противодействие. Действие выходящего воздуха вызывает движение лодки в обратном направлении. Лодка продолжала своё движение даже после того, как из шарика вышел весь воздух. Это происходило по инерции и демонстрировало действие первого закона Ньютона.

Опыт I - 2
Нам очень понравилась движущаяся модель лодки с реактивным двигателем. Поэтому для продолжения этого эксперимента сделали новую модель - гоночную машину с реактивным двигателем. Такие машины называются драгстерами и между ними проводятся международные драг-гонки.


Модель готова. Драгстер на старте
Из тематических журналов и Интернета мы узнали, что лучший результат был показан в 1984 году на машине Vanshing Point. Он развил скорость 621 км/ч за 3,6 с., став самым быстрым драгстером. Т.о., этот автомобиль оказался стремительнее космического корабля на запуске.
Рассчитать скорость нашего авто не представляется возможным, т.к. получаются большие погрешности при определении времени его движения. Но можно определить зависимость пройденного драгстером расстояния от объёма топлива в двигателе. Для изменения объёма топлива в двигателе будем менять размеры воздушного шара по количеству вдохов.





Пройденный путь при движении с малым объемом двигателя



Увеличиваем объем двигателя, и путь увеличивается (видео)


Полученные данные зависимости объёма топлива (количество вдохов) и пройденного расстояния представлены следующим графиком:



Мы снова пронаблюдали, как воздух, выходящий из шарика, заставлял машинку двигаться вперед. Это доказывает, что третий закон Ньютона действует и на земной поверхности. В опыте было видно, что машинка некоторое время двигалась по инерции, то есть при отсутствии воздуха в шаре. Это демонстрировало действие первого закона Ньютона. Используя шарики разного размера, выяснили, что, чем больше объём воздуха в шаре, тем большее расстояние доступно машине.
Значит, гипотеза верна: реактивный двигатель можно использовать и в воздухе, и на воде и на суше.


Этап II. « Как подняться к небесам?»

Гипотеза II. Чем легче ракета и шарообразней её форма, тем лучше её лётная характеристика – траектория движения

Цель этапа: определить, как зависит траектория движения воздушного шара от массы и формы, сделать вывод об оптимальной форме и массе ракеты

Опыт II-1
В качестве испытуемого возьмем обычный воздушный шар, так как им легче всего демонстрировать действие реактивного двигателя и изменять его параметры.
Надуем воздушный шарик и отпустим его. Траекторию его движения обозначим шнуром.



Траектория - кривая
Т.о., надувая несколько раз, меняя объём вдуваемого воздуха, наблюдаем, что каждый полет круглого шарика непредсказуем.

Опыт II-2

Пробуем изменить форму нашего шарика-ракеты. Придадим более «изящную» форму при помощи «надевания» картонной трубки на воздушный шар: надуем его так, чтобы трубка плотно удерживалась на нём. Снова отпустим шар и отметим траекторию его движения.



Траектория – немного искривленная линия, идущая под углом

Для проверки результата этого опыта сделали ещё несколько подобных ракет. После испытаний пришли к выводу, что при смене формы «ракеты» с круглой на вытянутую - её траектория частично выровнялась.

Опыт II-3

Увеличим массу «ракеты» при помощи цилиндра, сделанного из цветной бумаги и клея. Снова выполним несколько запусков и проследим за траекторией движения нашей «ракеты».




Полёт шарика проходил практически по прямой линии.
Траектория-прямая линия

В результате мы убедились, что траектория стала практически в виде прямой линии.

Итак, наша гипотеза оказалась неверной. Для управляемого полёта необходима вытянутая тонкая форма ракеты и её «массивность».

Этап III. «Воздух и вода – наши лучшие друзья»

Гипотеза III. Если увеличить плотность топлива, то дальность полета увеличится тоже


Цель этапа: определить зависимость дальности полёта от вида «топлива», сделать вывод об эффективности его использования

Опыт III

Сделаем длинную тонкую ракету с крыльями и носовым обтекателем для уменьшения сопротивления воздуха. Проверим дальность полёта с самыми доступными нам видами топлива – воздухом и водой.



Модель ракеты Испытание воздухом и водой (видео опыта)


Последовательно проводя несколько запусков, используя в качестве топлива, поочередно воздух и воду, выяснили, что при полете «на воде» дальность полета существенно отличается от полета «на воздухе».
Эта модель демонстрирует принцип «действия и противодействия», который заставляет двигаться ракету. Использование воды в качестве топлива создает реактивную силу, когда давление внутри тела ракеты становится слишком сильным воздух с водой устремляются в разные стороны (видео запуска с водой)
Такой же эффект получается и с одним воздухом, но его понадобится гораздо больше для получения такой же дальности полёта. Это доказывает, например, и тот факт, что если вместо ракетного топлива в «Спейс Шаттле» использовать воду, то каждые 20 секунд необходим объём воды равный стандартному плавательному бассейну.
Значит, гипотеза частично подтвердилась, так как испытать другие виды топлива нам не представилось возможным.

Этап IV. «Полёты во сне и наяву или как жить летаючи»

Гипотеза IV. Если уже 50 лет летают в космос, то любой сургутянин может это сделать

После экспериментальной предполётной подготовки мы провели опрос среди учащихся и родителей, которые присутствовали на общешкольном родительском собрании. Целью стало определение желания и возможностей людей летать.
Хотели ли Вы полететь
на ракете в космос? Хотели ли Вы хоть раз
полетать словно птица? Совершали ли Вы полет
на каком – либо
летательном аппарате?

Условные обозначения:





Основываясь на проведенном социологическом опросе, мы определили, что почти каждый желает полетать, а реализовать эту возможность могут только сургутяне с 16 лет в Сургутском парашютном клубе центра специальной подготовки «Сибирский легион». С чего начинается современный полёт? Конечно, со здания аэропорта. В начале 1930 года в Сургуте появилось первое здание аэропорта с посадочной полосой, и оно было временным. На сегодняшний день аэропорт включает три посадочные полосы, семь рулежных дорожек, перрон для стоянки воздушных судов на 31 место. Ежегодно через него проходят сотни тысяч пассажиров, и уже используются телескопические трапы и прочие современные новинки, так что летать стало в удовольствие. Сегодня наш аэропорт занимает 10-12 место в общероссийском рейтинге. Нам так понравилась история его становления и развития, что мы приглашаем Вас посмотреть на фото-воспоминание.
И совершенно случайно, мы узнали, что в Сургуте с 1986 года работает астрономический кружок «Северная корона», есть неформальное объединение, есть группа в социальной сети, где ребята общаются, договариваются о выездах на наблюдения, вместе приобретают дорогую технику. И каждый, увлекающийся небом, быть может никогда и не полетит, но хотя бы посмотрит на красоты звездного неба. Необязательно быть на переднем крае науки, можно ограничиться небольшими открытиями для себя.


Заключение

Вот и подошла к концу наша проектная работа. На основании проведенных исследований мы утверждаем, что и обычный ученик может научиться управлять полетом и совершить его. Мы узнали законы движения; познакомились с жизнью и деятельностью людей, работавших у истоков авиации; сконструировали модели с реактивным двигателем и выяснили, что каждому хоть раз в жизни хотелось взлететь, взмыть ввысь и ощутить радость высоты, легкость полёта, счастье свободы и упоительное ощущение блаженства. Наверно, именно в такие моменты и приходит в голову мысль: «Почему люди не летают как птицы?». Мечта о полете будоражит воображение, заставляет снова и снова делать опыты, пытаясь взлететь, экспериментировать с приспособлениями и отвечать на множество «как и почему?».
Попытки найти ответы и воплотить самые сокровенные мечты в действительность привели к полёту Дедала и Икара, к строительству многочисленных летательных аппаратов, созданию воздушной техники и активному освоению космоса. Человечество прошло огромный технический путь «От кареты до ракеты» за сравнительно короткое время.
И в этом году, наша страна отмечает главный праздник победы над притяжением Земли – День космонавтики и 50-летие запуска ракеты с человеком в космос. И в честь такого события 2011 год объявлен Годом российской космонавтики. Соответствующий указ 31 июля подписал президент РФ Дмитрий Медведев.
Не остались в стороне и мы. В течении учебного года разработали этот проект и представили его результаты на XIII общешкольной конференции «Новое поколение – новому веку», которая проходила 22 марта 2011. В секции «Общеобразовательные науки» наша работа заняла первое место и была рекомендована для проведения космического урока-путешествия «Космическая одиссея Сургута» в начальной школе.


Мы надеемся, что и другие ребята заинтересуются данной темой, и мы проведем Год космонавтики, накапливая и приумножая свои знания. И тогда можно утверждать, что жить летаючи возможно всем.

Рекомендуемая литература и интернет-ресурсы


Газета «К победе коммунизма» 12апреля 1961года (материал сургутского краеведческого музея)
-Балк М.Б. Физика после уроков. –М.: Просвещение,1999. -112с.
-Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках. – М.: Наука, 2004. -287с.
-Перышкин А.В. Учебник для 9 кл. общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2008. - 192с.
-Свечников А.А. Путешествие в историю физики. –Педагогика-пресс, 1995. -214с.
-Харт Х., Майкл Ф. 100 великих людей. – ИД: Знание, 1997. – 126с.
-http://www.shop.ru/index.html
- http://www.aplika.ru
- http://www.referat.ru
- http://www.epro.com.ua
- http://office.microsoft.com/ru/
- http://www.vostal.narod.ru/
- http://ru.wikipedia.org
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона