Курс: «Физика и механика», модуль «Базовые занятия»
Урок «Буер»
Самый большой воздушный змей
Во время Бристольского международного фестиваля воздушных змеев, был запущен в небо самый большой воздушный змей в мире. Он был сделан в виде самого большого ската в мире. Размах крыльев змея составил немыслимые 55 метров, когда они развернуты, а длина – примерно 40 метров. Кроме всего этого, хвост змея превышает все созданные до этого – около 79 метров. Общая же площадь змея – примерно 1200 квадратных метров.
Технология
  • Использование механизмов – понижающая зубчатая передача.
  • Сборка деталей.
  • Сочетание материалов.
Естественные науки
    • Возобновляемая энергия.
    • Измерение площади.
    • Измерение расстояния.
    • Измерение времени.
    • Силы.
    • Трение.
    • Сопротивление воздуха.
    • Давление.
    • Методы исследования.
    В технический словарик
      • площадь
      • сопротивление воздуха
      • возобновляемая энергия
      • понижающая зубчатая передача
      • трение
      Дополнительно потребуется
        • Свободное пространство на полу (4 м в длину).
        • Липкая лента.
        • Рулетка или «сантиметр».
        • Секундомер или какой-нибудь другой таймер.
        • 3-скоростной настольный вентилятор.
        • По желанию: картон, ножницы, карандаши и линейки, чтобы делать паруса.
        Установление взаимосвязей
        В выходные на пляже выдалась ветреная погода, и Дима с Катей загрустили. Обычно они катали друг друга на своей старенькой тележке. Сегодня очередь Кати катать Диму и Пса Барбоса, но при таком сильном ветре это для нее слишком тяжелая работа.

        В конце концов, Катя сдалась, и Дима ее понимает. Пес Барбос изо всех сил старается помочь и вдруг замечает полотенце, наполовину засыпанное песком. Катя тоже его увидела, и ребята принялись обсуждать возможность с помощью полотенца и чего-нибудь еще соорудить сухопутную «яхту», которая, используя силу ветра, «поплывет» по суше и будет достаточно надежной, чтобы повезти всех троих на веселую прогулку.

        А вы можете сделать безопасную тележку, которую будет «катить» ветер и в которой можно везти хотя бы одного пассажира? Подумайте!
        Конструирование
        Внимание!
        Вентиляторы представляют собой скрытую опасность. Следите за тем, чтобы дети обращались с ними крайне осторожно!
        Подготовьте дорожку для испытаний
        Обозначьте дорожку, наклеив 4 м липкой ленты на пол, и отметьте каждые 10 см расстояния от вентилятора. Теперь можно приступать к сборке моделей!
        Соберите буер
        (Технологические карты 9A и 9B, с. 5, шаг 12)
        Сначала установите на модель маленький парус.
        Рефлексия
        Как влияет размер паруса на поведение модели?
        Предположите, а затем проверьте, как будут работать паруса различной площади – 40 см2 (маленький), 80 см2 (средний) и 160 см2 (большой). Как далеко уедет каждая модель и насколько быстро (дополнительное испытание)? Чтобы результаты испытаний были достоверными, протестируйте каждый парус не менее трех раз.
        Во время испытаний модель с парусом «40» проехала 1,5 м, с парусом «80» – примерно 2,0 м, а с парусом «160» – почти 2,5 м, то есть в два раза больший парус собирает больше энергии ветра, но при этом пробег модели увеличивается не вдвое. Почему? Все дело в том, что поток воздуха от вентилятора ослабевает с увеличением расстояния. Большие паруса поначалу придают моделям большую скорость, но через 10 секунд паруса любого размера начинают тормозить яхты. Ни одна из них не может развить скорость больше, чем скорость ветра.

        А что случится, если ветер будет дуть под углом?
        Запускайте модели под разными углами относительно направления воздушного потока. Можете ли вы объяснить, что происходит?
        Буер будет двигаться вперед, если «ветер» дует под любым углом, кроме направления D (см. картинку). Некоторая часть воздушного потока «отражается» от паруса, толкая его вперед.

        Остальная часть воздушного потока стремится сдуть модель в сторону. Движение буера поперек ветра в направлениях В и С может быть очень быстрым, но при этом не исключено, что модель перевернется.

        Влияет ли форма паруса на движение модели?
        Сделайте из картона или бумаги паруса разной формы, но одинаковые по площади. Найдите в книгах или в Интернете сведения о парусных судах, плоте «Кон-Тики», китайских джонках и арабских одномачтовых каботажных судах.
        Развитие
        Ветроход
        (Технологическая карта 9B, с. 24, шаг 15)

        Удерживайте модель на расстоянии 2 м от работающего на максимальной скорости вентилятора. Как вы думаете, что случится, когда вы ее отпустите? А теперь отпустите модель! Можете ли вы объяснить происходящее?

        Модель наращивает скорость, двигаясь к вентилятору. Вблизи вентилятора колеса могут проскальзывать.

        • Энергия воздушного потока преобразуется во вращательное движение колес. Понижающая зубчатая передача (3:1) вращает колеса в противоположном ветру направлении, усиливая крутящий момент.
        • Проскальзывание колес обусловлено тем, что сила воздушного потока становится равной силе трения шин о поверхность пола.
        Сделаем модель более эффективной?
        Закрепите на модели ЛЕГО®-груз и посмотрите, что при этом происходит. Замените маленькие колеса с узкими шинами большими колесами с широкими шинами.

        Если колеса проскальзывают, увеличьте груз, чтобы возросла сила трения между шинами и полом.
        Кроме того, большие колеса с широкими шинами имеют большую площадь контакта с полом, то есть сцепление возрастает. При этом модель поедет быстрее (именно благодаря большим колесам).
        Made on
        Tilda