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!»
они разбежались
270- лет основания города Челябинска
зачем они это делают
Грузик, какой массы (М) годится для этой цели?
Решение этой задачи является основой практической части моей работы.
Цели работы:
o Теоретическое изучение вопросов применения воздушных шаров;
- o Динамический анализ проблемы;
- o Решение поставленной задачи;
Методы:
o Сбор и классификация информации;
- o Теоретическое исследование поставленной задачи;
- o Модельный эксперимент.
o Компьютерная обработка результатов.
Воздухоплавание
Примерами воздухоплавания является движение облаков, туч, воздушных шаров и их разновидностей- аэростатов и дирижаблей.
История воздухоплавания
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
самый первый аэростат был построен в России
Сначала аэростаты служили лишь в целях развлечения: с них запускали ракеты для иллюминации, спускали на парашютах животных и птиц. Занятные полёты собирали толпы любопытных.
1 января 2007 года
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.
военных целях
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.
Композиция в изобразительном решении фильма
... хронику». Художественная фотография и игровой кинематограф в начале своего пути следуют приемам и правилам, принятым в классической ... изобразительном решении фильма Самый кинематографичный жанр - вестерн - изначально строился изобразительно на постоянном столкновении вертикалей и ... А дальше задача художника (в самом широком смысле этого слова) композиционно, тонально и ритмически организует ...
Особенно эффективно использовались аэростаты – заграждения на высоте 2000-3000м в Москве и Ленинграде в годы Великой Отечественной войны.
настоящее время
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.
стратонавты
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.
| № | Достоинства аэростатов |
| 1 | Огромная грузоподъёмность |
| 2 | Способность перевозить крупногабаритные грузы. |
| 3 | Длительность полёта. |
| 4 | Посадка в любом месте |
| 5 | Бесшумность. |
| 6 | Минимальное загрязнение окружающей среды |
| Сравнение с самолётами | |
| 1 | Не нужно топлива |
| 2 | Не нужны дорогостоящие аэродромы |
| 3 | Нет громкого «рёва». |
| 4 | Нет загрязнения воздуха и почвы. |
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
гибридные аппараты
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 .
гравитационные
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.
| № | Сила | Формула. |
| 1 | Сила всемирного тяготения | F= γ m 1 m2 \R2 |
| 2 | Сила тяжести | F= m g |
| 3 | Сила упругости | F= kx |
| 4 | Сила трения | F= μ N |
| 5 | Вес тела | Р = m(g-a ) |
| 6 | Сила Архимеда | F = ρ ж gV т |
Каждая сила имеет своё направление. Сил тяжести направлена к центру Земли. Сил упругости — против деформации, сила трения — против движения., Архимедова сила — вверх., и т. д.
Масса
Масса тел имеет некоторые свойства :
- Массы тел складываются;
- Массы тел сохраняются в любых происходящих с ними процессах;
- При движении со скоростью, приближающейся к скорости света, масса тел неограниченно возрастает.
Способы определения массы:
а 1 \а2 =
2. Путём взвешивания.
Ускорение
Это формула линейного ускорения. Ускорение при движении тела по окружности называется центростремительным. Оно находится по формуле а= v 2 \ R
Ускорение измеряется в м\с 2 . Центростремительное ускорение направлено к центру окружности или дуги окружности, по которой движется тело. Линейное ускорение может быть направлено в туже сторону, что и скорость, тогда движение — равноускоренное; или в противоположную скорости сторону — тогда движение тел равнозамедленное.
В основе динамики лежат глобальные законы, называемые законами Ньютона.
Первый закон Ньютона объясняет, когда тело находится в покое или движется равномерно прямолинейно, второй закон — объясняет причину появления ускорений, третий – как происходит взаимодействие тел.
1 закон :
Существуют такие системы отсчёт, в которых тело находится в покое или
2 закон.
Если на тело действует сил, то тело движется с ускорением, величина которого прямо пропорциональна приложенной силе и обратно пропорциональна массе тела. a= F\m или F=ma
3 закон.
Тела взаимодействуют с силами, равными по величине и противоположными по направлению. Всякому действию есть равное противодействие.
F 12 =-
При решении динамических задач необходимо показать все действующие на тело силы, направления ускорения, координатных осей и применить законы Ньютона в векторном и скалярном виде.
Кроме глобальных законов Ньютон, существуют специальные законы, применяемые в конкретных ситуациях, например, в гидростатике.
Гидроаэростатика
Весовое давление жидкости находится по формуле р= ρġ h —
где ρ — плотность жидкости или газа, g- ускорение свободного падения, h-высота столб жидкости или газа.
Сила давления находится по формуле F =р S .
В основе гидроаэростатики лежат 2 закон: закон Паскаля и закон Архимеда.
Закон Паскаля гласит:
давление в жидкостях и газах передаётся по сем направлениям в
Закон Архимеда утверждает:
На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа, вытесненных телом.
F= ρġ V, где V- объём погружённой части тела.
Интересна история открытия этого закона, которую можно изложить в стихотворной форме.
Жил в Сиракузах мудрец Архимед, был другом царя Гиерона.
Какой для царя самый главный предмет? Корона, конечно, корона!
Захотелось Гиерону сделать новую корону.
Золота отмерил строго: взял не мало и не много,
Сколько надо, в самый раз. ювелиру дал наказ.
Через месяц Гиерону ювелир принёс корону.
Взял корону Гиерон. Осмотрел со всех сторон.
Чистым золотом сверкает. Но ведь всякое бывает,
И добавить серебро можно к золоту хитро,
А того и даже медь, если совесть не иметь.
И царю узнать охота, честно ль сделана работа.
Пригласил он Архимеда. Потекла у них беседа.
«Вот корона, Архимед. Золотая или нет?»
«Чистым золотом сверкает!»
«Но ведь всякое бывает!
И добавить серебро можно к золоту хитро,
А того и даже медь, если совесть не иметь!
Ты мне это, Архимед, помоги определить.
Но — корону не царапать, не пилить.»
Долго думал Архимед. Думал ночью, думал днём.
И однажды, в ванной моясь, погрузился он по пояс.
На пол вылилась вода. Догадался он тогда. Эврика!
АРХИМЕД: «Пусть сейчас сюда несут для воды пустой сосуд.
В него воду наливаем и корону погружаем.
Ставим метку мы сюда. А корону вынимаем.
А теперь с тобой возьмём в руки слиток золотой,
Как корона чтобы был он.
И его мы погружаем, ставим метку мы сюда.»
ГИЕРОН: «Ничего не понимаю, лишь две чёрточки я вижу,
эта выше, эта – ниже.
АРХИМЕД: «Понимаешь, я сейчас открыл закон…»
ГИЕРОН: «Постой, мастер мой мошенник явный, и закон давно объявлен».
……………
С тех пор пролетели года, но помнят закон Архимеда.
Итак, судьба полёта воздушного шара зависит от соотношения действующих на него сил: силы тяжести, направленной вниз, и силы Архимеда, направленной вверх.
Если больше сила тяжести — шар не взлетит. Если больше сила Архимеда, шар будет подниматься вверх. Если силы равны, он будет плавать на определённой высоте. Большие шары не надувают до предела, т. к. с подъёмом атмосферное давление уменьшается, и шар раздувается.
БИОГРАФИЯ ИССАКА НЬЮТОНА.
Исаак Ньютон родился в 1642г., в год смерти Галилея. Родился очень слабым и был так мал, что его можно было искупать в большой пивной кружке. Целую неделю его жизнь висела на волоске. Но судьбе было угодно, чтобы смерть была побеждена, и ребенок остался жив.
В школе Ньютон учился по началу плохо, занимался в списке успеваемости предпоследнее место. Однако после случившейся как – то драки с одноклассником он решил доказать, что может обойти того в списке успеваемости, и, увлекшись учебой, начинает обгонять одного за другим всех остальных учеников класса. Вскоре Исаак становится лучшим учеником школы.
В детстве Ньютон был склонен к мечтательности и задумчивости. Он увлекался стихами, рисовал и много мастерил: им были сконструированы солнечные и водяные часы, ветряная мельница, бумажный змей и др.
Единственным другом в его школьные годы была младшая сестра избитого им одноклассника. Много лет спустя она рассказала, что Исаак был «тихим, рассудительным и разумным мальчиком. Он никогда не играл с мальчиками во дворе и не участвовал в их грубых развлечениях». Оставаясь среди девочек, «он часто делал маленькие столики, чашечки и другие игрушки для неё и её подружек, чтобы они могли складывать туда своих куколок и дешевые украшения».
В 1661 г. Ньютон поступает в Тринити – колледж Кембриджского университета. Через четыре года он становится бакалавром искусств.
В 1665 г. в Англии распространилась эпидемия чумы, спасаясь от которой жители городов начали уезжать в малонаселенные деревни. Ньютон также покидает Кембридж и возвращается в родную деревню. Два года, проведенные там, вдали от городской суеты, оказались для него очень плодотворными. В это время он сделал свои самые главные открытия: разработал новые методы в математике, создал теорию цветов, открыл закон всемирного тяготения и др. Однако полученные им тогда результаты были опубликованы лишь спустя много лет.
Итогом его многолетних исследований явился фундаментальный труд под названием «Математические начала натуральной философии». В предисловии к этой книге, вышедшей в 1687 г., Ньютон написал: «Сочинение это нами предлагается как математические основы физики. Вся трудность физики, как будет видно, состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления».
Книга Ньютона начиналась с определений основных понятий механики: массы, силы и т. Д. После них шли «аксиомы или законы движения», на основе которых доказывались многочисленные следствия и теоремы.
Законами Ньютона.
20 марта1727 г. в возрасте 84 лет скончался гениальный английский ученый Исаак Ньютон. По указу короля Георга I ученого с большой пышностью похоронили в Лондоне, в усыпальнице королей – Вестминстерском аббатстве. В похоронной процессии приняли участие знатнейшие герцоги, пэры и графы Англии.
РЕШЕНИЕ:
Масса груза (М) ограничивается двумя условиями.
Во–первых, (М) не должна быть слишком велика –
иначе шарик упадет на землю.
Во – вторых, она не должна быть слишком мала
- иначе шарик покатится вверх по наклонному потолку.
Рассмотрим оба этих условия отдельно.
Найдем максимальную массу (М), при которой шарик ещё не будет падать вниз. Для того, чтобы шарик не падал, действующая на него сила Архимеда должна быть больше суммы сил тяжести, действующих на груз, резиновую оболочку и накаченный в нее газ:
(рис.1)
Если груз, удовлетворяющий данному условию, подвесить к нижней точке шарика, то шарик покатится вверх по потолку (по условию задачи проскальзывания нет).
Шарик будет проворачиваться до тех пор, пока момент силы тяжести Lм , действующей на груз, не скомпенсирует сумму моментов силы Архимеда и силы тяжести, действующей на шарик и на накаченный в него газ. Если же этого не произойдет при максимально возможном значении момента Lм , то шарик будет катиться вверх по потолку.
Выберем для вычисления моментов сил горизонтальную ось проходящую через точку касания шарика и потолка. Тогда максимально возможный момент силы тяжести, действующей на груз, 
будет достигать в ситуации, показанной на рис.2
Его величина определяется выражением:
Lм = MgR(1+ sin α) (2)
С учетом этого выражения условие для моментов запишется в виде
(3),
откуда с учетом выражения для V:
(4) (рис.2)
объединяя (3) и (4), окончательно получаем:
Следует отметить, что с ростом угла a , максимальная сила трения шарика о полоток уменьшается, и утверждение об отсутствии проскальзывания шарика по потолку, высказанное в условии задачи, перестает быть справедливым.
а реально не может достигать π/2
Решив, эту задачу я еще раз убедилась, что знания физики нужны человеку так же, как умение писать или читать. Физика пригодится всем: строителем, дизайнером, а так же любому человеку, работа которого связана с какой либо областью физики. Моя мечта стать профессиональным дизайнером, я думаю, что воздушные шары как были, так и останутся самым красивым и дешевым элементом украшения интерьера.
Литература.
[Электронный ресурс]//URL: https://liarte.ru/referat/polet-na-vozdushnom-sharepo-fizike/
- Научный фильм о воздухоплавание
- Учебник для 6-7 классов средней школы
Москва «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1985год
- Учебное пособие для учащихся 6-7 классов средней школы.
Москва «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1986год
