МОУ «Печниковская средняя
общеобразовательная школа»
Каргопольского района
Дружининым Матвеем Сергеевичем
Научный руководитель - учитель
МОУ «Печниковская средняя
общеобразовательная школа»
Каргопольского района
Каргополь
I. Введение ._______________________________________ 3
Цель работы________________________________________ 3
Задачи работы______________________________________ 3
Постановка проблемы. Обзор литературы. ______________ 3
II. Основная часть. Эксперимент . ___________________ 5
Изготовление шара, наполненного горячим воздухом.____ 5
Изготовление шара, наполненного водородом . __________ 7
III. Выводы. _______________________________________ 8
Список литературы _________________________________ 9
I. Введение
Цель работы
Научится строить воздушные шары. Узнать, какой груз может поднять воздушный шар, наполненный горячим воздухом и шар, наполненный водородом.
Задачи работы:
· Построить воздушный шар наподобие китайского фонарика.
· Изменяя объём шара определить время его полёта и массу поднимаемого им груза.
· Наполнить шарик водородом и определить массу поднимаемого им груза.
· Сравнить грузоподъемность шара с горячим воздухом и шара с водородом.
· Узнать воздушный шар какого объёма может поднять в воздух человека.
https://pandia.ru/text/78/568/images/image002_50.gif" align="left" width="231" height="156 src=">Известно, что воздушные шары наполняют тёплым воздухом или самым лёгким газом - водородом , который в 15 раз легче воздуха. Но, как известно, водород очень огнеопасен. Из за этого, например, загорелся и погиб в сороковых годах прошлого века немецкий дирижабль «Гинденбург» (лит 4).
А ещё шары надувают гелием, который немного тяжелее водорода, но он совершенно безопасен, потому что не горит (лит. 5).
https://pandia.ru/text/78/568/images/image004_18.jpg" align="left" width="276" height="193 src=">5 июня" href="/text/category/5_iyunya/" rel="bookmark">5 июня 1783 года состоялась еще одна демонстрация. Шар весом 227 килограммов с оболочкой из холста и веревочной сеткой смог подняться на высоту двух километров. Об этом событии узнала вся Франция, а воздушные шары стали называть монгольфьерами . 21 ноября 1783 года на воздушном шаре впервые поднялись люди: ученый Пилар де Розъе и маркиз д ‘Арланд,
Большой вклад в развитие воздухоплавания на воздушных шарах внес парижский профессор физики Жак-Александр Шарль. В качестве оболочки он использовал легкую шелковую ткань, пропитанную каучукм, а сам шар наполнял водородом, что позволило уменьшить его объем в три раза . Шарль разработал также способы управления воздушным шаром, догадался о необходимости брать с собой балласт для увеличения дальности полета и якорь для посадки. С тех пор и до наших дней форма воздушного шара осталась практически неизменной (лит. 3).
После изобретения воздушных шаров научились строить дирижабли .
https://pandia.ru/text/78/568/images/image007_14.jpg" align="left" width="145" height="346 src=">left " style="border-collapse:collapse;border:none;margin-left:6.75pt;margin-right: 6.75pt">
Масса шара (гр.)
Масса груза (гр.)
Время полёта
Шар из 1 пакета
3 мин13 сек
Шар из 2 пакетов
5 мин 10 сек
Из таблицы видно что если объём шара увеличить в 2 раза то масса поднимаемого им груза возрастёт только в 1,5 раза. Наверное потому что во втором шаре воздух уже остывает. А если добавить огня, то начинает плавиться нижняя оболочка шара.
Данные таблицы представлены в виде рисунка.
https://pandia.ru/text/78/568/images/image010_14.jpg" alt="F:\шар\IMG_2360.JPG" align="left" width="149" height="152 src=">
Потом мы решили наполнить водородом воздушный шарик. Чтобы надуть шарик водородом понадобилось 25 гр. цинка. Мы насыпали в колбу цинк и залили его серной кислотой. На кончик прицепили шарик. Шарик стал медленно надуваться. Он надувался почти 2 часа. А когда он надулся, мы его привязали на ниточку. Окружность шарика составила 78 см. и значит, его объём составил 8 л. а оболочка весила 7,6 гр. и он поднял груз весом 1,1 гр. Мы могли бы надуть шар до 17 л. и он поднял бы груз весом 13 гр.
Потом мы шарик отпустили. Он улетел очень высоко, и его совсем не стало видно.
Вывод
В отличии от воздушного шара наполненного тёплым воздухом, шарик наполненный водородом может летать очень долго и высоко пока не с дуется или не лопнет. Каждые 1,3 л. водорода, которым наполнен шар могут поднять 1 г. полезного груза.
 |
III. Выводы.
· Мне действительно удалось сделать воздушные шары, наполненные, и горячим воздухом и водородом.
· 
Недостаток шара, наполненного горячим воздухом в том, что он поднимает груза в 5 раз меньше, чем шар, наполненный водородом. Кроме того он опасен в пожарном отношении, и его надо запускать, когда на земле лежит снег, или после дождя. Зато его можно запускать много раз и не требуется водород.
· На практике, шары с горячим воздухом можно использовать, как китайские фонарики, или поднять за нитку на пятнадцати воздушных шариках мобильный телефон и снять на видеокамеру свою деревню с высоты птичьего полета.
· И как показали результаты работы, воздушный шарик не может поднять в воздух Винни-Пуха. Для этого нужен очень большой шар. А что бы поднять в воздух человека массой в 70 кг. Надо надуть водородом более пяти тысяч детских воздушных шариков!
Список литературы.
1. http://ru. wikipedia. org/wiki/%C2%EE%E7%E4%F3%F8%ED%FB%E9_%F8%E0%F0%E8%EA Статья Воздушный шарик
2. http://dic. *****/dic. nsf/brokgauz_efron/23370/Воздушный Статья Воздушный шар.
3. http://www. ballooning. lt/ru/vozdusnye_sary/istorija_vozdusnyh_sarov/ Статья История воздушных шаров
4. http://dic. *****/dic. nsf/enc_tech/380/дирижабль
5. Большая детская иллюстрированная энциклопедия. – Пер. с франц. – М.: Эгмонт Россия Лтд, 2005
6. Справочник по физике: Пер. с нем. 2-е изд. – М.: Мир, 1985
Слово «аэростат» составлено из греческих слов «аэро» и «статос», «воздух» и «неподвижный». Этот термин применяется, как официальный научный, технический и профессиональный. В же языке прочно укоренилось словосочетание «воздушный шар», которое тоже имеет право на существование. Однако название «воздушный шар» принадлежит и резиновой игрушке, потомку древнего пузыря, наполняемого иногда обычным воздухом, не имеющим подъемной силы. Поэтому в отношении летательного аппарата наиболее приемлемо слово «аэростат».Основные типы аэростатов
По техническому решению аэростаты делятся на два основных типа. Газонаполненные аэростаты французский профессор Жак-Александр-Сезар Шарль. Первый беспилотный полет аэростат Шарля совершил 28 августа 1783 года. Первый пилотируемый свободный полет на газонаполненном аэростате состоялся 1 декабря 1783 года, пилотами были сам профессор Шарль и механик Робер. В честь изобретателя газонаполненные аэростаты некоторое время называли шарльерами. Оболочка газонаполненного аэростата наполнялась водородом, иногда - более дешевым метаном. Сейчас для этого типа аэростатов применяется гелий. Иначе устроен тепловой аэростат, называемый также монгольфьером. У монгольфьеров оболочка наполнена горячим воздухом или паровоздушной смесью. Для поддержания высокой температуры воздуха внутри оболочки монгольфьеры оснащены горелками, работающими чаще всего на природном газе. Изобретателями теплового аэростата являются французские фабриканты братья Жозеф и Этьен Монгольфье. Увлекшись естественными науками, братья Монгольфье 5 июня 1783 года подняли в небо первый беспилотный тепловой аэростат. 19 сентября того же года ими был осуществлен подъем на монгольфьере животных. На высоту около полукилометра баран, утка и петух. Полет прошел успешно, возможность безопасного пребывания человека в небе была доказана.Первый пилотируемый полет
Подготовка пилотируемого полета потребовала от братьев Монгольфье оснащения своего аэростата топкой. Пока шли эксперименты, Этьен Монгольфье и молодой физик Пилатр де Розье осуществляли подъемы на привязном монгольфьере. 21 ноября 1783 года состоялся первый свободный пилотируемый полет аэростата. На борту находились Пилатр де Розье и маркиз д‘ Арланд. Пилоты регулировали температуру воздуха в оболочке, подбрасываю солому в топку. Полет продолжался около двадцати минут и прошел благополучно. Таким образом, приоритет в изобретении пилотируемого воздушного шара принадлежит братьям Этьену и Жозефу Монгольфье. Первыми людьми, поднявшимися в воздух, стали физик Пилатр де Розье и маркиз д‘ Арланд.Резиновый воздушный шарик
У игрушечного резинового тоже есть изобретатель. В 1824 году известный английский физик Майкл Фарадей склеил из двух пластин каучука эластичную газонепроницаемую оболочку для исследований водорода. Через несколько десятилетий именно этот в небо пузырь стал излюбленной игрушкой детей. Сейчас вместо горючего водорода в воздушных шариках применяется безопасный гелий.Воздушный шар – это тепловой аэростат, который летает благодаря подъемной силе нагретого воздуха. Есть газонаполненные аэростаты, в которых подъемную силу создает газ, но мы летаем на тепловых.
С момента первого полета человека на шаре прошло более 200 лет, но принципиальная схема воздушного шара не претерпела значительных изменений.
Как же устроен воздушный шар?
Тепловой аэростат состоит из оболочки, гондолы и горелки (тепловой установки).
На рисунке показана самая распространенная конструкция воздушного шара.
Оболочка аэростата под куполом имеет устройство для стравливания горячего воздуха, его еще называют выпускной клапан.
Открывается этот клапан при помощи фала, другой конец которого находится в корзине воздушного шара. Чтобы уменьшить усилия на фале управления и равномерной передачи нагрузки на клапан, фал пропущен через блок, который, в свою очередь крепится за нижние концы строп.
В обычном положении клапан удерживается за счет давления горячего воздуха в оболочке,а вертикальные ленты, не позволяют выпучиваться клапану наружу. За кольцо закреплен купольный фал, который используется для наполнения воздушного шара.
Тяжесть от веса гондолы, пассажиров и дополнительного оборудования воспринимает сама оболочка и вертикальные ленты. Горизонтальные ленты несут вспомогательную функцию и ограничивают разрыв оболочки при непредвиденных ситуациях.
Гондола теплового аэростата (корзина воздушного шара) изготавливается из лозы или тростника, обтягивается кожей с нижней части. Способна выдерживать значительные удары при посадках.
Тепловая установка, в зависимости от класса аэростата, состоит из одной или нескольких горелок, соединенных с газовыми баллонами. Максимальная мощность каждой горелки высока и составляет несколько миллионов ватт.
Как правило, фирмы изготовители предлагают покупателям различную комплектацию воздушных шаров основными элементами. Как для одного типа оболочки могут быть предложены различные варианты гондол, так и корзины воздушного шара могут комплектоваться разными оболочками. В зависимости от типа и объема оболочки и горелки могут быть одинарными, двойными, тройными и для воздушных шаров большого объема могут включать четыре горелки.
Для безопасности полетов необходимо также приборное оборудование, которое включает: высотомер, вариометр (указатель вертикальной скорости), индикатор температуры в оболочке, указатели уровня топлива в баллонах. Кроме этого, необходима радиостанция для связи с центром по управлению полетами, авиационными службами и автомобилем сопровождения.
Событие, которое Вам запомнится на всю жизнь. В этом мы готовы вам помочь.
Каковы этапы подготовки к полету на воздушном шаре?
Предполетная подготовка
Для безопасного полета на воздушном шаре обязан проверить метеоусловия и выбрать подходящую отправную точку для взлета. Текущая и прогнозируемая погода должна обеспечивать пилоту необходимую видимость, чтобы иметь возможность видеть и избегать препятствий (туман или низкая облачность), ветер должен быть достаточно слабым, для обеспечения взлета и посадки (менее, чем 8-16 км./ч в зависимости от квалификации и опыта пилота, пассажиров, экипажей и наземных служб).
Отправная точка (взлетная площадка) должна быть достаточно большой, чтобы дать возможность разложить и надуть оболочку воздушного шара с отсутствием в направлении ветра таких препятствий как: линий электропередач, деревьев и зданий. И наконец, отправная точка должна быть расположена таким образом, чтобы прогнозированный поток ветра направлял воздушный шар к подходящему месту посадки. В зоне посадки воздушного шара должны отсутствовать водоемы, крупные городские районы или лес, без наличия достаточного количества топлива перелетать преграды не является безопасным.
Перед запуском, в нагнетают горячий воздух при помощи горелок работающих на пропане.
Для этого, оболочку воздушного шара раскладывают на землю и крепят к корзине и горелке. Вентилятор, часто с бензиновым двигателем, используется для нагнетания холодного уличного воздуха в оболочку. Холодный воздух частичной раздувает шар, до достижения им своей основной формы позволяющей запустить горелку для нагрева воздуха. После того как шар в вертикальном положении, пилот и пассажиры забираются в корзину. Когда пилот готов к запуску, через горелку шара он подает больше тепла и воздушный шар отрывается…
Наземный экипаж укладывает оборудование и следует по направлению полета воздушного шара к месту посадки.
Полет на воздушном шаре.
Требует определенных навыков пилота, чтобы управлять воздушным шаром - подняться или спуститься в потоках воздушных течений. Таким образом, важно, чтобы пилот определил на высотах, помимо высоты аэростата, в каком направлении дует ветер. Чтобы управлять этим, пилот использует различные методы. В том числе использует визуальные метки, такие как флаги на флагштоках, дым из труб, и т.д. Для определения направления ветра над шаром, пилот использует данные о прогнозе погоды до полета, который включает прогноз потока воздуха в верхних слоях. Также данные получают экспериментальным путем запуская гелиевые шары, известных как метеошар , до старта, чтобы получить информацию о том, куда на самом деле дует ветер. Другим способом определения фактического направления ветра является движение других воздушных шаров, размер в диаметре которых составляет больше размера метеошара .
Контроль полета воздушного шара
Направление полета шара зависит от ветра, но высоты полета воздушного шара можно регулировать путем изменения температуры воздуха внутри оболочки. Пилот может запускать один или больше клапанов горелки для повышения температуры внутри оболочки шара, тем самым управляя подъемной силой давая возможность подняться или опуститься или даже остановиться шару. Пилот также может открыть вентиляционные клапаны шара, если оболочка оборудована им, тем самым понижая температуру внутри оболочки, чтобы спуститься или замедлить или даже остановить подъем. Если пилот не будет вмешиваться, воздух внутри оболочки будет медленно охлаждаться.
Замедленная реакция
Один из трюков, присутствующих при , это учиться иметь дело с задержкой реагирования. Чтобы замедлить или остановить спуск требуется экспериментальный опыт открытия клапана горелки. Действие горелки облегчает общий вес системы шара и повышает его плавучесть, но не сразу. С того времени, что горелка работала, замедление спуска или остановка, может пройти 30 и более секунд, в зависимости от темпов снижения шара, в зависимости от охлаждения воздуха в шаре или насколько сильно работала горелка. Эта задержка требует больших знаний со стороны пилота.
Третий класс
Способность менять направление полета на высоте называют третьим классом. В северном полушарии потоки воздуха на высоте двигаются по спирали, если смотреть сверху, из уровней высокого давления и против часовой стрелки к уровню низкого давления. Но при полете близко к земле, шар будет иметь тенденцию двигаться в более прямом направлении. Таким образом, пилот должен найти поворот налево во время спуска к посадке. В южном полушарии направление спирали все с точностью наоборот. В действительности, взаимодействие с неровной местностью данные явления могут уменьшиться или полностью отсутствовать.
Горизонтальный полет
Горелка предназначена для создания достаточного количества разогретого воздуха для быстрого подъема шара. Она является более эффективной только тогда, когда широко открыта.
Но когда воздушный шар не активно подогревается, он охлаждается. Это означает, что оно находится в идеальном равновесии лишь на мгновение. Все остальное время он либо нагрет или воздух в нем охлажден.
Эти два факта дают возможность пилоту использовать горелку с интервалом в несколько секунд для поддержания шара на медленном дрейфе вверх и вниз на уровне желаемой высоты.
Исключение делается при полетах на малых высотах, как и при посадке. Горелка может использоваться очень короткими очередями со значительной высокой частотой, жертвуя тем самым эффективностью их точностью.
Транспорт
Типичная техника - это джипы с прицепом для оборудования.
Хотя, безусловно, можно наслаждаться спортом без погони на автомобиле, передвигаться к месту посадки пешком, на велосипеде, многие воздухоплаватели предпочитают следовать в погоне на автомобиле. Транспортный экипаж при посадке может помочь: с высадкой, ловить канаты при посадке шара в стесненных обстоятельствах; помочь с упаковкой оборудования.
Связь между шаром и транспортным средством осуществляется при помощи двусторонней радиосвязи, мобильных телефонов, или даже крика, когда он находится достаточно близко.
Посадка
Большинство пилотов пытаются выполнять мягкую посадку насколько это возможно. Это становится тяжелой задачей, если скорость ветра на уровне земли будет более чем 8 км/ч или около того. Если шар движется на этой скорости или более, когда он контактирует с землей, корзина (которая обычно не имеет колес и любого другого вида дна) может тянуться по земле или даже перевернуться. Даже присутствующий на земле экипаж не может оказать достаточную помощь. Общий вес (для средней пассажирской системы воздушного шара) может легко превысить вес автомобиля (лучше не стоять на стороне приземления шара, чтобы избежать быть между молотом и наковальней). Пилоты могут улучшить приземление путем посадки, в местах, защищенных от ветра, например, за линией деревьев или в небольшой долине.
Полет может длиться от 30 минут до 1 часа. Все зависит от скорости и направления ветра в день полета. Длительность полёта ограничена размерами нашего полётного района, включающего в себя Пушкинский район Санкт-Петербурга.
Выдают ли парашюты?
Парашюты не выдают, так как полёты проходят на относительно небольших высотах и, если Вам срочно понадобится на землю, быстрее и безопаснее будет совершить посадку на воздушном шаре .
Застрахованы ли пассажиры?
Тепловые аэростаты относятся к авиации общего назначения. А в авиации в обязательном порядке страхуются пассажирские места на воздушном судне. Поэтому, ступая на борт воздушного шара , Вы уже застрахованы.
Как давно вы летаете с пассажирами?
В Санкт-Петербурге более 5 лет.
Сколько пассажиров может лететь в корзине?
2-4 пассажира, в зависимости от их веса и лётного сезона.
Как выглядит весь процесс, начиная с момента встречи?
Путешествие по небу начинается с момента встречи начинающих воздухоплавателей с экипажем.
Далее мы отвозим наших пассажиров на место старта, этот этап занимает, как правило, не более получаса. После этого Вы можете наблюдать за наполнением аэростата воздухом и подготовкой команды к взлёту, или мы можем привезти Вас непосредственно к моменту старта, если Вы так желаете. Процесс подготовки воздушного шара к взлёту также занимает около получаса. После взлёта Вы можете любоваться достопримечательностями, полёт длится, как правило, от 30 до 60 минут в зависимости от направления и скорости ветра.
С момента взлёта по земле за летящим аэростатом поедет команда сопровождения, которая встретит Вас в месте вашего приземления и после традиционной церемонии посвящения в воздухоплаватели, которая займёт около 30 минут, мы отвезём Вас обратно к месту встречи.
Сколько времени займут у нас все мероприятия?
Весь процесс от момента встречи с командой до возвращения на место встречи может занять до трех часов. При этом пилот перед стартом может переносить полёт на необходимое время, с целью дождаться более комфортных погодных условий для взлёта. Мы рекомендуем Вам выделять для полёта время с запасом, не менее 5 часов, включая дорогу.
