На воздушном шаре нет ни моторов, ни привычного нам руля. Из всего технологического арсенала — только горелки, мешки с песком и специальный клапан в верхней части купола для травления воздуха. Как же управлять этим летательным аппаратом?
Из истории воздухоплавания
Появление на свет воздушных шаров стало первым реальным воплощением вековой мечты человечества о покорении пятого океана. В 1306 году французский миссионер Бассу впервые описал, как находясь в Китае, стал свидетелем полета воздушного шара при вступлении на престол императора Фо Киена.
Однако родиной воздухоплавания считается французский городок Аннонэ, где 5 июня 1783 года братья Этьен и Жозеф Монгольфье подняли в небо созданный ими шарообразный аэростат, наполненный нагретым воздухом.
Полет летательного аппарата весом около 155 кг и диаметром 3,5 метров длился всего 10 минут. За это время он преодолел около километра на 300-метровой высоте, что стало выдающимся событием для своего времени. Позже, воздушные шары в честь создателей стали называть монгольфьерами.
Воздушный шар братьев Монгольфье состоял из льняной оболочки, обклеенной бумагой. Чтобы ее наполнить горячим воздухом был разведен костер из мелко нарубленной соломы. А 3 месяца спустя, в конструкцию летательного аппарата было внесено дополнение в виде специальной корзины для пассажиров.
Современные воздушные шары несомненно более совершенны, но сделаны практически по той же схеме. Для изготовления сферической оболочки шара используется специальный тонкий и прочный полиэфирный материал. Изменилась система нагрева воздуха. Функцию костра выполняет регулируемая пропановая газовая горелка, установленная в корзине прямо под куполом.
Несмотря на большую зависимость от ветра, современные воздушные шары управляемы. Высота полета регулируется выпускным отверстием в верхней части купола с помощью разрывного шнура. Для изменения курса предусмотрен боковой клапан. Существуют и более сложные конструкции, где внутри основного купола может размещаться еще один, заполненный гелием.
Как управлять воздушным шаром с корзиной
Управление воздушным шаром – занятие, требующее серьезной подготовки и немалых финансовых затрат. Достаточно сказать, что курс обучения пилота аэростата стоит сегодня около 200 тыс. рублей. Цена самого аэростата (в зависимости от модели) соизмерима с ценой легкового автомобиля.
Подготовка
Полету предшествует тщательная подготовка. Прежде всего необходимо изучить метеоусловия – облачность, видимость и скорость ветра. В соответствии с полученными данными планируется маршрут полета. Ввиду непредвиденных изменений метеоусловий выбирается именно такой маршрут, где на пути есть достаточно мест для безопасных посадок.
Взлет
Чтобы воздушный шар взлетел, необходимы усилия всего экипажа. Оптимальный вариант места для старта – ровная площадка 50 х 50 метров в открытом поле, где рядом нет никаких посторонних объектов – столбов, деревьев, ЛЭП.
Затем начинается сборка шара: к корзине крепятся горелки, которые соединяются специальными шлангами с газовыми баллонами. После пробного запуска горелки экипаж приступает к растягиванию купола (обязательно по направлению ветра). Далее растянутый купол специальными карабинами пристегивается к корзине.
Следующий этап – заполнение купола холодным воздухом с помощью вентилятора, после чего запускается горелка для нагрева воздуха. Разогретый воздух поднимает купол с земли, и экипаж (с пассажирами) занимает свои места. Чтобы шар не улетел, его предварительно привязывают к автомобилю.
Полет
Несмотря на отсутствие мотора и крыльев, воздушный шар управляем, что требует определенных навыков. Основные средства управления – горелки и выпускной клапан. Для набора высоты горелка включается и воздух дополнительно нагревается, а для снижения – клапан приоткрывается. Горизонтальный полет происходит за счет попутного ветра. Именно здесь проявляется мастерство пилота. Так, чтобы лететь быстрее, он может увеличить высоту полета, где скорость ветра сильнее.
Спуск
Место посадки выбирается заранее. Оно должно быть большим и безопасным. Идеальный вариант – футбольное поле рядом с автомобильной дорогой. О месте посадки экипаж по радио сообщает на землю. Далее пилот выпускает воздух из купола при помощи клапана. Шар плавно опускается на землю.
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.
Аэростат состоит из трех частей: оболочки, корзины и системы горелки. Это довольно простая конструкция, по сравнению с другими воздушными судами.
Как называется основная часть воздушного шара?
Ткань оболочки - огнестойкий нейлон, используемый для производства рюкзаков и легких палаток, которые используются туристами и альпинистами. Клинья - большие секции, сшиваются друг с другом. Между ними проходят горизонтальные и вертикальные силовые ленты, которые выпускаются из материала, используемого при производстве автомобильных ремней безопасности. Они сводят к минимуму нагрузку на ткань, продлевая срок службы судна.
Основная часть воздушного шара , расположена под куполом и называется выпускным клапаном . Оболочка имеет полиуретановое покрытие, уменьшающее ее пористость. Использование на поверхности ингибитор, помогает материалу выдерживать ультрафиолетовое воздействие. В верхней области оболочки расположен парашютный клапан, через который выпускается горячий воздух. Открытие клапана осуществляется при помощи специального шнура (фала), идущего от панели к корзине. Кроме того, боковой клапан на многих воздушных шарах используется для изменения курса.
К внутренней части оболочки, вблизи верхнего клапана установлен индикатор температуры, белого цвета. Когда воздух в оболочке превышает определенной температуры, индикатор чернеет.
С нижней частью воздушного шара соединена юбка с отслаиваемыми вкладками. Она позволяет создать эффект печной трубы. Когда горелка работает, теплый воздух, более эффективно направляется в оболочку. Если основной частью воздушного шара является клапан на верхушке, то самой сложной его частью является система горелки.
Корзина для пассажиров и грелки
Современные корзины для воздушных шаров выпускаются из стали и алюминия со стекловолокном. Стороны стальных корзин заплетаются ивовой лозой или тростником, а нижняя часть обтягивается кожей. Такая конструкция способна выдержать большие нагрузки и удары при посадках. Благодаря эффективной точке опоры, обеспечивается устойчивая посадка.
По форме, корзины обычно бывают квадратные или прямоугольные, а треугольные формы выпускаются по специальному заказу. Закрытые гондолы или роскошные корзины могут иметь встроенные банкетные места и держатели шампанского.
Корзины надежно защищают пассажиров и поддерживают систему горелки, которая устанавливается над головой, в верхней части корзины.
Корзины алюминий/стекловолокно легче стальных, заплетенных ивой или тростником. Хотя по долговечности и устойчивости к нагрузкам стальные корзины крепче алюминиевых, последние все же достаточно крепкие и надежные.
Система горелки - самая сложная часть воздушного шара
Если оболочка и корзина являются наиболее видимыми частями воздушного шара, то горелка, является движущей силой. Горелки обычно устанавливаются непосредственно в верхней части корзины, а комплект газовых баллонов - по углам корзины. При этом, жидкий газ от топливного бака по гибким шлангам поступает к горелкам.
Точный поток газа к горелке, может поддерживать стандартную температуру воздуха в оболочке, а значит, прямой горизонтальный полет.
Оборудование воздушных шаров
- Высотомер - показывает высоту над уровнем моря.
- Вариометр - измеряет вертикальную скорость полета и показывает направление движения - вверх или вниз.
- Пирометр - электрический датчик, установленный вблизи верхней части оболочки конверта, посылает информацию о температуре воздуха в этой области.
- Датчик уровня топлива - показывает, количество оставшегося в баках газа.
- Искроуловитель - используется для быстрого улавливания искры.
- Головной убор - защитный шлем, для обеспечения быстрой посадки.
- Очки и тяжелые перчатки для пилота.
- Рубашки с длинными рукавами и длинные брюки для пилота и экипажа из огнезащитных материалов.
- Прочные сапоги или высокие ботинки для пилота, экипажа и пассажиров.
- Огнетушитель.
- Аптечка первой помощи.
С воздушных шаров когда-то начиналась гражданская авиация: до самолетов и вертолетов было как до Луны пешком, а на шарах люди начали летать еще в 18-ом веке. Сегодня мы расскажем, как это происходит в 21-ом: я отправился в Каппадокию - регион в центральной Турции - где массовые перелеты выполняются практически каждый день; шаров в воздухе - несколько десятков одновременно, а пассажиров, соответственно, несколько сотен.
Немного физики. Как летает воздушный шар
Современный пассажирский воздушный шар правильно называть тепловым аэростатом, или монгольфьером - по фамилии братьев Монгольфье, которые в 1783 году совершили первый полет на воздушном судне этого типа. В рамках импортозамещения популярна стала история о том, что на самом деле первый тепловой аэростат построил за полвека до этого русский изобретатель Крякутной, но это всего лишь мистификация, созданная уже после полета французов и распиаренная в советские времена.
Принцип полета теплового аэростата очень прост: внутри его оболочки находится воздух, температура которого выше, чем температура окружающего воздуха. Поскольку плотность теплого воздуха ниже, он по закону Архимеда стремится вверх под действием выталкивающей силы. При этом сама оболочка и полезная нагрузка притягиваются к Земле (оболочка размерами примерно 25х15 м с корзиной и всем оборудованием весит 400-500 кг, плюс пассажиры: в нашей корзине было человек двадцать). Равенство этих сил позволяет аэростату «зависать» в воздухе на определенной высоте.
Как управляют воздушным шаром
Главный орган управления тепловым аэростатом - это газовая горелка, расположенная под оболочкой и направленная вверх. В ней горит смесь пропана и бутана, которую берут на борт в баллонах, похожих на те, что стоят у многих дачников на кухне. При помощи огня нагревается воздух в оболочке; температура растет, шар поднимается. В зависимости от объема оболочки (2-5 тыс. куб. метров воздуха), полезной загрузки и температуры окружающего воздуха температура внутри составляет 50-130 градусов Цельсия. Воздух в оболочке постоянно остывает и шар начинает снижаться, поэтому нужно периодически «поддавать жару» для сохранения постоянной высоты. В общем, все просто: больше огня - поднимаемся, меньше огня - сохраняем высоту, мало-мало-мало-мало-мало огня - снижаемся.
Впрочем, чтобы снизиться, можно не ждать, пока воздух остынет: в верхней части оболочки имеется клапан, открываемый и закрываемый веревками. Если его открыть, часть теплого воздуха выйдет наружу и шар полетит вниз.
С собой берут как минимум два баллона газа (один основной, другой запасной) -этого хватает примерно на один час полета, вариометр для измерения вертикальной скорости и рацию для связи с пилотами других шаров и автомобилей сопровождения (о них чуть ниже). И, самое главное, никаких мешком с песком нет. Они используются в качестве балласта на газовых шарах (с гелием и другими подобными газами внутри), а тепловому аэростату не нужны.
Верхний клапан открыт, шар сдувается. Обратите внимание на номер. В Турции шары имеют регистрацию вида TC-Bxx, например, ТС-BUM. В России они регистрируются в реестре авиации общего назначения и имеют номера RA-xxxxG. Каждый шар имеет сертификат летной годности, все как положено.
Куда летит воздушный шар?
Управлять мы можем только вертикальной скоростью аэростата. Горизонтально же он летит туда, куда его несет ветер. Именно поэтому как полноценное транспортное средство воздушный шар непригоден: это все-таки прогулочное воздушное судно. Несмотря на это, полеты на шарах зарегулированы авиационными властями не меньше, чем на самолетах. Каждый шар имеет регистрацию в реестре воздушных судов и соответствующий номер на борту, а пилоты (их два) - лицензию. Полеты выполняются по правилам визуальных полетов, то есть, при хорошей видимости, обязательным условием является также отсутствие сильного ветра. Проблема еще и в том, что летать можно только рано утром на рассвете или, наоборот, на закате: днем восходящие воздушные потоки от нагретой солнцем земной поверхности делают полеты небезопасными (да и утром потоки вверх и вниз есть, просто не такие сильные). Так что можно запросто столкнуться с ситуацией, когда вы приехали, но никуда не полетели - планируйте на всякий случай сразу несколько дней!
У каждого аэростата есть свой автомобиль сопровождения: джип с прицепом-платформой размером с корзину. Джип - потому, что сядет шар, скорее всего, не на дорогу. Высший пилотаж - это посадка прямо на платформу; гораздо круче, чем сажать истребитель на авианосец.
Если шары сталкиваются друг с другом в воздухе, то… ничего не происходит, они просто отталкиваются друг от друга и летят дальше. Вообще же столкнуться шарам довольно сложно: ведь ветер несет их в одну и ту же сторону.
Как проходит полет на воздушном шаре
Сначала вас привозят к вашему воздушному шару. В этот момент он еще лежит на земле, корзина на боку, а при помощи мощного вентилятора оболочку наполняют воздухом, одновременно нагревая его горелкой. В какой-то момент обмякший шар становится упругим и взмывает ввысь. Корзину переворачивают, пассажиры садятся в нее, перелезая через борт. Внутри есть двухточечные ремни, которыми, впрочем, мало кто пользуется, а также веревки, за которые нужно будет держаться при посадке. Предполетный инструктаж, собственно, и заключается в том, что при посадке нужно обязательно присесть и держаться за веревки, поскольку велика вероятность опрокидывания корзины: это позволит избежать травм.
Подготовка к полету
Пилот дает еще огня, и… шар плавно взмывает вверх и в сторону. По ощущениям это похоже на катание на колесе обозрения, только гораздо выше. И при этом никакого шума или вибрации, так что не страшно даже матерым аэрофобам. И даже тем, кто боится высоты (а шар поднимается до 1500 м при средней высоте полета около 500), не страшно: из-за высокого (около 1,5 метров) борта корзины вывалиться из нее невозможно, а стоячая поза провоцирует на то, чтобы смотреть не вниз, а в стороны. Красота неописуемая! Самый настоящий Татуин! Турецкие пилоты стараются лететь так, чтобы пройти поближе к скалам, «дымоходам» и дать возможность их рассмотреть, спускаются почти до крыш домов старинных деревушек - разумеется, все можно фотографировать и снимать на видео, главное - не выронить камеру.
Высота полета достигает 1500 м
Ветра на высоте, кстати, нет - вернее, он не ощущается, ведь вы летите вместе с этим самым ветром!
Как полетать на воздушном шаре
Каппадокия, как вы уже поняли - место, где полеты на воздушных шарах являются развитым и массовым видом отдыха. Вам нужно будет добраться до города Ургюп, что в 70 км от Кайсери, где находится ближайший гражданский аэропорт (ASR). До Кайсери выполняется несколько ежедневных рейсов из Стамбула (IST и SAW) местными авиакомпаниями: Turkish Airlines, Anadolujet, Pegasus Airlines и пр. Лететь около полутора часов. До самого Стамбула, ясное дело, летает множество различных авиакомпаний - от «Аэрофлота» и Turkish Airlines до Onur Air и «Победы». Покупка двух раздельных билетов до Стамбула и до Кайсери может помочь вам неплохо сэкономить (а заодно и провести пару дней в Стамбуле).
Низкий проход над горой – одна из фигур пилотажа на воздушных шарах
Самих авиакомпаний с воздушными шарами в Ургюпе более десятка; приобрести полет можно и через их российских партнеров, просто набрав в Google соответствующий запрос - удобно, если вы не знаете турецкого и хотите все запланировать заранее, а можно и непосредственно в отеле в Ургюпе, но тут все уже зависит от отеля. Ориентируйтесь на то, что стоимость часового полета составляет 13000 рублей с человека, включая трансфер из вашего отеля и обратно и скромный завтрак в непросредственной близости от точки старта (чай-кофе-булочки).
Видео (предполетный инструктаж, проход на малой высоте, посадка на авианосец, уборка шара).
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Летом я была в гостях у Дедушки с Бабушкой, которые живут в деревне Пирогово, это не далеко от нашего города, а еще там же рядом есть Ижевский аэроклуб. Однажды я увидела, как со стороны аэроклуба в небо поднимался воздушный шар. Мне стало очень интересно, как и почему летают воздушные шары. На эту тему я прочитала разную литературу, энциклопедии. В Интернете нашла интересные материалы по истории воздухоплавания.
Объектом нашего исследования является воздушный шар.
Цель работы : проверить условия воздухоплавания при помощи воздушного шара, наполненного гелием и горячим воздухом.
Задачи исследования :
1. Изучить теоретический материал о воздухоплавании;
2. Провести эксперимент с поплавком и жидкостью, с воздушным шаром на примере шара с гелием и горячим воздухом;
3. Выявить параметры, от которых зависит условие подъема шара.
Гипотеза исследования : Я думаю, что шар взлетает, когда он становится легче воздуха.
2.История воздухоплавания
2.1 "ПАССАРОЛА" ЛОРЕНЦО ГУЗМАО
K числу пионеров воздухоплавания, чьи имена не были забыты историей, но чьи научные достижения оставались неизвестными или ставились под сомнение на протяжении столетий, относится бразилец Бартоломмео Лоренцо. Это его подлинное имя, а в историю воздухоплавания он вошел как португальский священник Лоренцо Гузмао, автор проекта "Пассаролы", которая до последнего времени воспринималась как чистая фантазия. После длительных поисков в 1971 году удалось найти документы, проливающие свет на события далекого прошлого. Эти события начались в 1708 году, когда, перебравшись в Португалию, Лоренцо Гузмао поступил в университет в Коимбре и зажегся идеей постройки летательного аппарата. Проявив незаурядные способности в изучении физики и математики, он начал с того, что является основой любого начинания: с эксперимента. Им было построено несколько моделей, ставших прообразами задуманного судна.
В августе 1709 года модели были продемонстрированы высшей королевской знати. Одна из демонстраций была успешной: тонкая яйцеобразная оболочка с подвешенной под ней маленькой жаровней, нагревающей воздух, оторвалась от земли почти на четыре метра. В том же году Гузмао приступил к осуществлению проекта "Пассаролы". История не располагает сведениями о ее испытании. Но в любом случае Лоренцо Гузмао был первым человеком, который, опираясь на изучение физических явлений природы, сумел выявить реальный способ воздухоплавания и попытался осуществить его на практике (Рис. 1).
2.2 ИЗОБРЕТЕНИЕ ЖОЗЕФА МОНГОЛЬФЬЕ
"Скорее приготовь побольше шелковой материи, веревок, и ты увидишь одну из удивительнейших в мире вещей", - такую записку получил в 1782году Этьенн Монгольфье, владелец бумажной мануфактуры в маленьком французском городке, от своего старшего брата Жозефа . Послание означало, что наконец-то найдено то, о чем братья не раз говорили при встречах: средство, с помощью которого можно подняться в воздух. Этим средством оказалась наполненная дымом оболочка. В результате нехитрого эксперимента Ж. Монгольфье увидел, как матерчатая оболочка, сшитая в форме коробки из двух кусков ткани, после наполнения ее дымом устремилась вверх. Открытие Жозефа увлекло и его брата. Работая теперь уже вместе, они соорудили еще две аэростатические машины (так они называли свои воздушные шары). Одна из них, выполненная в виде шара диаметром 3,5 метра, была продемонстрирована в кругу родных и знакомых.
Успех был полный - оболочка продержалась в воздухе около 10 минут, поднявшись при этом на высоту почти 300 метров и пролетев по воздуху около километра. Окрыленные успехом, братья решили показать изобретение широкой публике. Они построили огромный воздушный шар диаметром более 10 метров. Его оболочка, сшитая из холста, была усилена веревочной сеткой и оклеена бумагой с целью повышения непроницаемости. Демонстрация воздушного шара состоялась на базарной площади города 5 июня 1783 года в присутствии большого числа зрителей (Рис. 2). Шар, наполненный дымом, устремился ввысь. Специальный протокол, скрепленный подписями должностных лиц, засвидетельствовал все подробности опыта. Так впервые официально было заверено изобретение, открывшее путь воздухоплаванию.
2.3 ИЗОБРЕТЕНИЕ ПРОФЕССОРА ШАРЛЯ
Полет воздушного шара братьев Монгольфье вызвал большой интерес в Париже. Академия наук пригласила их повторить свой опыт в столице. В то же время молодому французскому физику профессору Жаку Шарлю было предписано подготовить и провести демонстрацию своего летательного аппарата. Шарль был уверен, что Монгольфьеров газ, как называли тогда дымный воздух, - это не лучшее средство для создания аэростатической подъемной силы. Он был хорошо знаком с последними открытиями в области химии и считал, что гораздо большие выгоды сулит использование водорода, так как он легче воздуха (Рис. 3). Но избрав водород для наполнения летательного аппарата, Шарль оказался перед рядом технических проблем. В первую очередь, из чего изготовить легкую оболочку, способную длительное время держать летучий газ. Справиться с этой проблемой ему помогли механики братья Робей. Они изготовили материал необходимых качеств, использовав легкую шелковую ткань, покрытую раствором каучука в скипидаре. 27 августа 1783 года на Марсовом поле в Париже стартовал летательный аппарат Шарля. На глазах 300 тысяч зрителей он устремился ввысь и вскоре стал невидимым. Когда кто-то из присутствовавших воскликнул: "Какой же во всем этом смысл?!" - известный американский ученый и государственный деятель Бенджамин Франклин, находившийся среди зрителей, заметил: "А какой смысл в появлении на свет новорожденного?" Замечание оказалось пророческим. На свет появился "новорожденный", которому было предопределено великое будущее.
3. Архимедова сила - подъемная сила
На все тела в воздухе, как и в жидкости, действует выталкивающая или архимедова сила. Для того чтобы летательный аппарат поднялся в воздухе, необходимо, чтобы архимедова сила, действующая на шар, была больше силы тяжести. На этом основано воздухоплавание.
Подъёмная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести: F=F А −P тяж (Рис. 4).
Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объёма, тем меньше действующая на него сила тяжести и, поэтому, тем больше подъёмная сила. Чтобы аэростат поднимался вверх, его нужно наполнить газом, плотность которого меньше, чем у воздуха. Это может быть водород, гелий, нагретый воздух. Водород обладает одним большим недостатком — он горит и вместе с воздухом образует взрывчатую смесь.
Негорючим и в то же время лёгким газом является гелий. Поэтому многие аэростаты в наше время наполняют гелием.
Тёплый воздух удобен тем, что его температуру (а, значит, и его плотность, и подъёмную силу) можно регулировать с помощью газовой горелки, расположенной под отверстием, находящимся в нижней части шара. При увеличении пламени горелки, шар поднимается выше, при уменьшении пламени горелки шар опускается вниз. Можно подобрать такую температуру, при которой сила тяжести, действующая на шар вместе с кабиной, оказывается равной выталкивающей силе. Тогда шар повисает в воздухе, и с него легко проводить наблюдения.
Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Поэтому, по мере поднятия аэростата вверх, действующая на него архимедова сила становится меньше. После того как архимедова сила достигает значения, равного силе тяжести, подъём аэростата прекращается. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этого балласт (высыпают песок из мешков). При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила вновь оказывается преобладающей. Для того чтобы опуститься на землю, выталкивающую силу, наоборот, следует уменьшить. Это достигается путём уменьшения объёма шара. В верхней части шара открывают клапан, часть газа из шара выходит, и он начинает опускаться вниз.
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1 Эксперимент с поплавком и водой.
Проверим действие Архимедовой силы в жидкости на примере поплавка с грузилом. Возьмем любую емкость (для наглядности лучше стеклянную), поплавок с грузилом будет нашим воображаемым воздушным шаром (рис. 5). Опустим в емкость наш воображаемый воздушный шар (поплавок с грузилом) (рис.6), т.к. поплавок с грузилом плотнее и соответственно тяжелее воздуха, он опускается на дно емкости. Наполним емкость более плотным и соответственно более тяжелым веществом (например водой) (рис. 7). Мы видим как наш воображаемый воздушный шар (поплавок с грузилом) начинает подниматься, на него действует Архимедова - подъемная сила. После наполнения емкости поплавок с грузилом поднялся до уровня воды, именно на этом уровне сила тяжести нашего шарика сравнялась с Архимедовой силой (рис. 8). Дальнейший подъем прекратился.
: для того, чтобы шар взлетел, плотность воздуха вокруг должна быть больше плотности воздуха внутри шара.
4.2 Эксперимент с горячим воздухом.
Для эксперимента взяли оболочку от китайского светящегося шара. Он большой, красивый и очень подошел для эксперимента с горячим воздухом. Эксперимент проводили в два этапа, дома при комнатной температуре (22 градуса) и на улице, при температуре минус 11 градусов.
С помощью строительного фена наполнили наш шар. Во время эксперимента необходимо соблюдать технику пожарной безопасности и проводить только в присутствии взрослых, так как температура горячего воздуха от фена достигает 650 градусов (рис. 9). После того как отпустили шар (рис. 10), он поднялся на высоту около 2,5-3 метров (рис. 11, 12) Потолок был гораздо выше и не ограничивал подъем шара. Было сделано несколько попыток, результаты примерно совпадали.
Затем провели эксперимент на улице. С помощью строительного фена наполнили наш шар горячим воздухом (рис.13) и отпустили. Подъем шара оказался значительно выше, примерно до уровня второго этажа дома, это видно по фотографии (рис. 14, 15, 16)
Вывод по данному эксперименту : дома при комнатной температуре шар взлетает ниже, чем на улице, где холодный воздух. Сила Архимеда тем сильнее, чем холоднее воздух вокруг шара и горячее воздух внутри него.
4.3 Эксперимент с шаром надутым гелием.
Для эксперимента мы с Папой собрали конструкцию шара в миниатюре (рис. 17). В качестве балласта мы использовали 4 свинцовых грузика со скрепками, которые крепятся на корзинке с куколкой (рис. 18). Из теории мы знаем, что на шар действует Архимедова сила, она пытается поднять шар вверх, а сила тяжести опускает шар на землю. Сейчас на фото показаны условия, когда сила Архимеда не может победить силу тяжести.
Изменим условия! Снимем 2 грузика и мы видим как шар оторвался от пола. Сила Архимеда победила силу тяжести (рис. 19). Шар поднялся примерно на 1 метр от пола, возникли условия, когда сила Архимеда не может победить силу тяжести, но и сила тяжести не может победить силу Архимеда, у них ничья. Если мы снимем еще один грузик, мы снова изменим условия, сила тяжести уменьшилась, шар поднялся выше до потолка. Если мы снова повесим грузик, сила тяжести увеличится, шар опустится ниже (рис. 20).
Вывод по данному эксперименту : Добавляя или уменьшая грузики можно управлять силой тяжести. Для возникновения полета, сила Архимеда должна быть сильнее силы тяжести.
5. Заключение
Изучив теоретический материал и проведя эксперименты мы достигли поставленной цели и выяснили условие, при котором возможен полет воздушного шара. Полет воздушного шара возможен при условии, когда сила Архимеда больше силы тяжести и зависит от следующих параметров:
Объем шара;
Величина груза;
Плотность воздуха внутри шара;
Плотность воздуха вокруг шара;
Температура воздуха внутри шара;
Температура воздуха вокруг шара.
С помощью балласта мы можем управлять силой тяжести. Повышая или понижая температуру воздуха внутри шара, можно управлять Архимедовой силой.
Список используемой литературы
Кириллова, И. Г.Книга для чтения по физике. -М,: Просвещение. 1986 г.
Оксфорд. Энциклопедия школьника. - М. : Астрель. 2002.
Перышкин, А. В. Физика 7. -М,: Дрофа. 2006 г.
Перельман. Я.И. Занимательная физика. Книга 1.-М,: Наука. 1986 г.
Перельман. Я.И. Знаете ли вы физику.// Библиотека «Квант» выпуск 82. -М,: Наука. 1992 г.
Современная иллюстрированная энциклопедия. Техника.
Материалы с Интернета.
Приложения:
Рис. 1 Первая демонстрация модели воздушного шара «Пассарола» в 1709 году.
Рис. 3 Наполнение первого водородного баллона профессора Шарля.
Рис. 4 На все тела в воздухе, как и в жидкости, действует выталкивающая или архимедова сила.