Научное общество учащихся 
 
 

Реферативно-исследовательская  работа

по  физике 
 
 
 
 
 

Тема:                                  Я улетаю

                     на большом воздушном шаре. 
 
 

Выполнила

ИРООИОи 9 класса.

Научный руководитель

Спирина В. М. ,

учитель физики

  высшей категории. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

МОУ Есаульская СОШ

Сосновский  район Челябинской  области

 
 

2007 
 
 

Содержание: 

1. Вступление.

 

2. Теоретическое обоснование темы:

 

• Воздухоплавание;

 

• История воздухоплавания. Применение воздушных шаров.

 

• Основные  понятия динамики;

 

• Гидроаэростатика  и её основные понятия;

 
 
 

3.   Практическая часть.

 

Как закрепить воздушные  шары? 

4. Заключение.

 

5.   Приложения.

 

6. Литература.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Необходимым атрибутом современного интерьера  праздничных мероприятий является использование воздушных шаров. Разные- разные, голубые, красные, жёлтые, зелёные воздушные шары украшают  и радуют глаз покупателей, наблюдателей, организаторов и участников акций, спектаклей, выставок.

Любовь к  воздушным шарам выражена в детском  стихотворении как самое яркое впечатление прошедшего дня:

«Мы гуляли по Неглинной,

                                  Заходили на бульвар,

Нам купили синий- синий,

                                 презелёный красный шар!»

Видимо, столько  было шаров перед глазами, что  они разбежались по их окраске! 

     В дни празднования 270- лет основания города Челябинска продавалось и        применялось очень много «летающих» воздушных шаров. Мы с родителями во время праздника были в Мегаполисе. Я заметила, что некоторые «наиболее сообразительные» юноши с помощью небольшого грузика «подвешивали» шары к потолку Мегаполиса.

      

       Я задумалась, зачем они это делают? Потолок Мегаполиса арочный. 

Грузик, какой массы (М) годится для этой цели? 

  Решение  этой задачи является основой  практической части моей работы.  
 

Цели  работы:

            

• Теоретическое изучение вопросов применения воздушных шаров;
• Динамический анализ проблемы;
• Решение поставленной задачи;

 
 

      Методы: 

• Сбор и  классификация информации;
• Теоретическое исследование поставленной задачи;
• Модельный эксперимент.
• Компьютерная обработка результатов.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Воздухоплавание – это движение в атмосфере таких тел, вес которых меньше веса воздуха, занимающего их объём.

 Примерами  воздухоплавания является движение  облаков, туч, воздушных шаров и их разновидностей- аэростатов и дирижаблей. 

История воздухоплавания насчитывает не одно столетие.

Париж. Конец 18 века. Происходит наполнение оболочка шара водородом. В отверстие бочки  насыпали железные опилки, потом залили серную кислоту. Образующийся при этом водород поступал чрез другое отверстие в оболочку шара.

В 1783 году братья Жозеф  и Этьен Монгольфье построили и подняли в воздух первый воздушный шар- аэростат. Он представлял собой баллон из шёлкового полотна, подбитого бумагой. Шар наполнили газом, и он поднялся на высоту 2000м. В воздушный полёт на шар братьев Монгольфье отправились «пассажиры» - баран, утка и петух - первые живые существа, поднявшиеся в воздух на летательном аппарате. Шар пробыл в воздухе 8 минут, достигнув высоты 500 метров, а затем благополучно опустился на землю.

Интересен факт, что самый первый аэростат был построен в России в 1731 году рязанским подьячим Крякутным. На своем шаре он поднялся гораздо выше колокольни. Толпа сочла это «дружеством с нечистой силой». «Закопать его в землю!»- таков был приговор невежественной толпы.

Сначала аэростаты служили лишь в целях  развлечения: с них запускали  ракеты для иллюминации, спускали на парашютах животных и птиц. Занятные полёты собирали толпы любопытных.

  Да  и сейчас не прекратились попытки развлечь зрителей при помощи таких полётов. В фильме «Заяц над пропастью» Тиграна Кеосаяна, который мы посмотрели 1 января 2007 года, сюжет закручен на полёте Леонида Ильича Брежнева на огромном воздушном шаре, который молдаване перепутали с маленькими любимыми Брежневым шариками, и его приземлении в цыганском таборе. Ему хотели показать маленькую Молдавию из корзины шара, где было и шампанское, и апельсины, а он взял и скрылся от свиты, улетев на нём сам, а шампанское пригодилось для организованной им свадьбы. 

Позже  аэростаты стали использовать для  научных целей.

1887 год. Произошёл запуск аэростата «Русский», с которого на высоте 3350м Д. И. Менделеев наблюдал солнечное затмение.

1897 год. Аэростат «Орёл» со шведским воздухоплавателем Андерсоном стартовал к Северному полюсу. Правда, неудачно,  т. к. аэростат обледенел и упал о льдах.         

Аэростаты широко применялись и в военных целях. Известны такие факты:

1794 год.  Разведка позиций противника  производилась с привязанного аэростата (Франция).

. Во  время русско-японской  войны (1904-1905) применялся знаменитый  аэростат «Ястреб».

1919 год.  Применялись аэростаты, привязанные  к бронепоезду в совместных   боевых действиях на фронтах  гражданской войны.

Особенно  эффективно использовались аэростаты – заграждения на высоте 2000-3000м в Москве и Ленинграде в годы Великой Отечественной войны.

Самая популярная область применения аэростатов в настоящее время- спорт, соревнования на продолжительность, дальность и высоту полёта. С аэростатов стартуют дельтапланеристы.

С момента  изобретения аэростата многие смельчаки  пытались пересечь с его помощью  атлантический океан. Впервые это  удалось лишь в 1978 году Б. Абруцци, М  Андерсону и Л. Ньюкомену. Высота полёта составляла 4000м. Нужно было надеть кислородную маску и тёплую одежду.

Жак И  Кусто - океанограф, кинематографист, исследователь - считал, что «шар - замечательное изобретение для съёмок: он бесшумен и не пугает животных». Исследовательское судно «Каллисто» проводило экспедицию в Антарктиде совместно с воздушным шаром

В эпоху  орбитальных станций и геофизических  ракет аэростаты - экономичное средство  для исследования атмосферы.  Шар – радиозонд поднимается на высоту 3- 3,5 тысяч метров и сообщает данные о температуре, давлении, влажности воздуха  различных слоях атмосферы.  
Стратостат – это аэростат, предназначенный для полётов в стратосферу, т. е. на высоту  более 10 км. Назначение полётов - исследование Солнца, интенсивности космического излучения, атмосферного электричества и др. Стратостат представляет собой огромный воздушный шар объёмом 20- 30 тыс. куб. метров. Стратостат « СССР-1» достиг высоты 19км.  1934 году стратонавты Федосеенко, Власенко и Усыскин на стратостате «Осоавиахим» поднялись на высоту 22 тыс. метров. Спуск был неудачен, герои погибли.

Итак, привычная  игрушка - воздушный шарик -  возникла не как детская забава, а как официальный атрибут торжеств, великосветских приёмов и шествий.  Именно так сказано в патенте на изобретение в 1856 году в Англии.

Но применение аэростатов очень обширно. Это - летательные аппараты. В 1887 году К. Э. Циоковский предложил проект  управляемого аэростата- дирижабля. Первые полёты  на дирижабле совершил Сантос - Дюмон (Франция, 1899г.) и Ф. Цеппелин (Германия, 1900г.). «Уверен, знаю, что советские дирижабли будут лучшими в мире» (К. Э Циолковский). Однако его ракетам повезло больше.  Аэростаты обладают целым рядом достоинств, но полностью зависят от капризов погоды. 

 

Частые  катастрофы подорвали репутацию  дирижаблей, но в настоящее время  учены, убеждены, что создание воздушных гигантов начала 20 века не было подкреплено развитием науки и техники. Поэтому история создал условия для самолётов и ракет.

Достижения  современной техники позволили  создать прочные тонкие морозостойкие  и очень тонкие материалы для  оболочек: 1 куб. метр такой ткани  имеет мессу 30 – 50 грамм

Новое навигационное оборудование, иное конструктивное решение узлов дали возможность построить летательные аппараты легче воздуха нового поколения. Это – гибридные аппараты: вертостат, самолёто-дирижабль. Определен и сфера их деятельности: перевозка турбин ГЭС, Опор ЛЭП, буровых вышек, строительных блоков, агрегатов химических и металлургических заводов, ступеней космических кораблей.  Посчитано, что строительство одной линии ЛЭП- 500 на 2000км с помощью дирижаблей сэкономит 500 млрд. рублей.  

Для понимания  судьбы полёт воздушного шара необходимо знать динамику и её основные понятия. Динамика- раздел механики, в котором изучается взаимодействия тел и причины появления у них ускорений. С динамикой тесно связан статика, изучающая равновесие  тел и сооружений, а также гидроаэростатика.

Основными понятиями динамики являются сила, масса и ускорение.

Силой называют действие одного тела на другое, в результате которого тело получает ускорение или деформируется. Сила обозначается буквой F, в системе СИ измеряется в Ньютонах (1 Н). 1Ньютон - это сила, которая телу массой 1кг сообщает ускорение 1 м\с²  .

Все силы, существующие в природе, делятся  на 4 категории: гравитационные, электромагнитные, ядерные и электрослабые.

К гравитационным относятся сила всемирного тяготения  и сила тяжести; к электромагнитным - силы трения, упругости, вес, поверхностного натяжения, архимедова сила, силы Кулона, Ампера и Лоренца.

Гравитационные  силы действуют между всеми телами  природе, имеющими массу. Электромагнитные силы действуют между заряженными  телами. Ядерные действуют внутри ядер атомов. Электрослабые - внутри элементарных частиц, протонов и нейтронов.

Каждая  сила имеет свою формулу.