III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

СКОЛЬКО НУЖНО ВОЗДУШНЫХ ШАРИКОВ, ЧТОБЫ ПОДНЯТЬ МЕНЯ В ВОЗДУХ?
Коновалов А.А.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Все знают знаменитый мультфильм про Винни-Пуха, где наш любимый герой взлетает высоко на воздушных шариках за мёдом диких пчёл. (Приложение 1) Посмотрев этот замечательный мультфильм ещё раз, я задал себе вопрос: «Почему воздушные шарики, которые поднимали Винни-Пуха, так стремились вверх, ведь обычные шары просто летят по ветру, а не устремляются вертикально в небо? А сколько нужно таких воздушных шаров, чтобы поднять меня в воздух?» и решил найти ответы на эти вопросы и доказать, что и я при желании могу изобрести свой «шаролёт». В этом состоит актуальность моего исследования. Я решил разобраться в этом.

Гипотеза: Если даже небольшой воздушный шар, наполненный гелием, стремится вверх, то он может поднять предмет небольшой массы. Если таких шаров будет много, возможно, и я могу подняться над землёй. (Приложение 2)

Цель исследования: доказать, что и я могу изобрести свой «шаролёт» из воздушных шаров.

Для достижения цели определил задачи:

  • изучить литературу по теме исследования;

  • провести практическое исследование связи количества воздушных шаров и массы поднимаемого предмета;

  • сформулировать выводы;

  • доложить одноклассникам результаты своего исследования.

Объект исследования: Воздушный шар.

Предмет исследования: Газ гелий

Методы исследования: Наблюдения, эксперименты, вычисления.

Оборудование:

  1. Весы;

  2. Машинка;

  3. Обычные шары;

  4. Шары, наполненные гелием.

  1. Основная часть

Глава 1. Изучение литературы

Почему одни воздушные шарики, которые мы надуваем «вручную», при помощи лёгких, не взлетают вверх? Почему другие воздушные шарики, которые мы покупаем уже «надутыми», стремятся вертикально в небо. Но, знаете ли вы, что находится внутри этих шариков? Что именно заставляет их подниматься высоко в небо? Этот газ, который называется гелием. (Приложение 3)

Но, обо всём по-порядку. Сначала я решил опросить одноклассников, что они знают об этом?

На вопрос анкеты «Знаешь ли ты, что находится внутри воздушного шарика, который взлетает?» - 12 ребят из 20 предполагают, что там воздух, 8 – гелий, 0 - вода.

На второй вопрос анкеты «Почему воздушный шарик, наполненный гелием, взлетает?» - 10 ребят из 20 думают, что гелий легче воздуха, 8 - гелий тяжелее воздуха, а двое считают, что шарику просто нравится летать.

На третий вопрос анкеты «Сколько нужно воздушных шариков, наполненных гелием, чтобы поднять ученика 1 класса?» 16 ребят из 20, считают, что шариков нужно 60, трое считают, что необходимо 600 шариков и 1 считает, что 6000. (Приложение 4)

Из анкеты следует вывод, что первоклассники почти ничего не знают о газе – гелии, и совершенно не представляют, сколько нужно гелиевых шариков, чтобы поднять в воздух ученика 1 класса. В этом также состоит актуальность моего исследования, я решил помочь ребятам разобраться во всём этом.

Из литературы я узнал, что гелий – один из благородных газов. Он не имеет запаха, вкуса и цвета. Степень его химической активности очень низкая. Гелий легче воздуха. Такие газы называются благородными: они с трудом реагируют с другими элементами и веществами.

У учителя физики Костиной Людмилы Викторовны, я узнал, что гелий не только не обладает цветом, вкусом и запахом, он также является нетоксичным газом. Содержание гелия в воздухе, которым мы дышим, составляет 0,0005%. Несмотря на это, гелий является широко распространенным, ведь четверть всей Вселенной состоит из гелия! Интересен тот факт, что корни названия этого газа в греческом слове «helios» - «солнце». И это имеет свое обоснование: Солнце на 27% состоит из гелия. Другие звезды так же, как и Солнце, включают в свой состав гелий. (Приложение 5)

Учитель химии Висарова Нина Виниаминовна, мне рассказала, что ге́лий — второй элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 2. Расположен он в 8-й группе и в первом периоде периодической системы. Возглавляет группу инертных газов. Обозначается символом He (лат. Helium). Это самый легкий элемент во Вселенной после водорода. Именно он помогает шарикам летать. (Приложение 7)

Гелий добывается из природного газа процессом низкотемпературного разделения — так называемой фракционной перегонкой.

Для транспортировки газообразного гелия используются стальные баллоны (ГОСТ 949-73) коричневого цвета, помещаемые в специализированные контейнеры. (Приложение 6)

Гелий широко используется в промышленности и народном хозяйстве:

• в металлургии для выплавки металлов;

• в пищевой промышленности (зарегистрирован как пищевая добавка E 939) и упаковочный газ;

• для наполнения воздухоплавающих судов (дирижабли и аэростаты);

• в дыхательных смесях для глубоководного погружения (Баллоны для дайвинга);

• для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов и во многом другом. (Приложение 8)

И, говоря о воздушных шариках... Этот газ, как правило, используют для надувания воздушных шариков. Каждый человек когда-то задумывался, на какую высоту может подниматься гелиевые шары. Такие мысли обычно приходят, когда воздушная сфера, наполненная газом, скрывается из вида за облаками, и от неё не остаётся следа. Гелий легче воздуха, что обеспечивает полёт шара, однако, дальше, чем на пять километров от земли сфера не полетит.

Всё дело в том, что возникает огромная разница между давлением внутри шарика и окружающей средой. На большой высоте воздух разреженный, поэтому происходит расширение шарика, который, в конце концов, лопается.

Без воздушных шаров сложно представить не только детское мероприятие, но и любое торжество, будь то свадьба, городской праздник или юбилей. Это самый праздничный и нарядный вид украшения. Даже простенькие композиции из шариков создают ощущение праздника, несут огромный заряд позитивной энергетики. Украшения из шаров легко и удобно монтировать. Если ткань нужно уметь красиво драпировать, бумажные украшения также требуют определенных навыков, временных затрат, знания технологий (квиллинг, оригами), то шарами можно украсить помещение, даже не прибегая к помощи специалистов. Не последнюю роль играет экономичность в сравнении, например, с живыми цветами или тканью. Шары – очень выразительное средство. Смысловую нагрузку несет определенное сочетание цветов (триколор), применение символических фигур (сердца, звезды), использование в качестве рисунков логотипов, гербов. Это не только украшение, но и элемент шоу. Стало традицией отпускать шарики в небо, осыпать гостей конфетти из шара-сюрприза.

Благодаря гелиевым шарикам любое впечатление становится сразу ярким, что радует окружающих людей. Кроме того, существует огромное количество традиций, по которым в конце торжества нужно отпускать шарики в небо. Учитывая все эти свойства, отметим, что шары наполненные гелием совершенно безвредны. То есть, если у Вас шарик, наполненный гелием, лопнет – ничего страшного не произойдёт. И в ближайшие 15 секунд он уже улетучится, даже не открывая форточек и дверей.

Наверняка вы видели или знаете, как другие вдыхают воздух из шарика с гелием, и тогда голос становится более высоким, прямо как в тех мультфильмах с бурундуками. Это все происходит потому, что плотность гелия намного ниже плотности атмосферного воздуха, и когда гелий проходит через голосовые связки, вибрация связок меняется, изменяя тембр голоса. Это абсолютно безопасно.

Глава 2. Исследование

Сначала я определил, сколько граммов поднимет один воздушный шар, наполненный гелием. Для этого я нашел подходящий предмет по весу.Этим предметом оказалась машинка, ее вес составил 3 грамма. (Приложение 9,10)

Первый примерный расчет такой: один кубический метр (1м3) гелия поднимает примерно 1 кг, а 1 стандартный шарик 30 см в диаметре поднимает всего 3 грамма. (Приложение 11)

Дальше просто, в 1 кг - 1000грамм, 1000/3=333. Т.е. чтобы поднять один килограмм веса такими шариками, понадобится 333 шарика, наполненных гелием.

Чтобы поднять меня весом около 36 кг, понадобится 36кг х 333 шара = 11988 шаров. (Приложение 12) Итого: 11988 шаров, чтобы поднять маленького ребенка.

А чтобы поднять взрослого человека весом примерно 70 кг понадобится 70 X 333=23310 шаров. (Приложение 13)

Правда есть небольшая хитрость – если взять шары большим объёмом, чем мой шарик, то и гелия в них поместиться больше, значит, и грузоподъёмная сила одного шара увеличиться, соответственно, шаров потребуется значительно меньше.

  1. Заключение, выводы.

Изучив литературу и проведя данное исследование, я сделал выводы:

  1. Гелий-это газ, который легче воздуха, поэтому накаченные гелием шары поднимаются вертикально в воздух.

  2. Гелий – один из благородных газов. Он не имеет запаха, вкуса и цвета.

  3. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева он является 2 элементом и имеет атомный номер 2.

  4. Гелий добывается из природного газа и перевозится в стальных баллонах.

  5. Гелий широко используется в промышленности и народном хозяйстве.

Из практических опытов и расчетов я убедился, что могу изобрести свой «шаролёт» и подняться над землёй. Для этого мне понадобиться 11988 шаров, наполненных гелием. Теперь и я могу, как Винни-Пух, подняться в воздух. (Приложение 14) Таким образом, моя гипотеза подтвердилась.

Но самый главный вывод, который я сделал из своего эксперимента, это то, что гелиевые шарики прежде всего, являются украшением, но не средством поднятия человека в воздух, потому, что это очень опасно.

4. Список литературы

1. Ассовская А. С. Гелий на Земле и во Вселенной. Изд-во: Л.: Недра, 1984 г.

2. Энциклопедический словарь юного физика. М.; «Педагогика» 1985г.

3. Энциклопедия для детей. Т. 7. Химия. Ч. 2. – Э68-е изд., испр./Глав. Ред. М.Д. Аксенова. – М..6 Аванта +, 2006 – 688 с.: ил.

4. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика /авт. А.С. Кленов. Под общей ред. О.Г. Хинн. – М.: ООО Фирма «Издательство АСТ», 2010

Интернет-ресурсы:

1. http://www.wikipedia.org/

2. http://ru.wikibooks.org/wiki

3. http://topfacts.info/

  1. Приложения

Приложение 1

«Винни-Пух, взлетает на воздушных шариках за мёдом диких пчёл».

Приложение 2

«Если таких шаров будет много, возможно, и я могу подняться над землёй».

Приложение 3

«Почему обычные шарики не взлетают вверх, а наполненные гелием взлетают».

Приложение 4

«Анкета для первоклассников».

   

Приложение 5

«Солнце на 27% состоит из гелия».

   

Приложение 6

«Для перевозки газообразного гелия используются стальные баллоны коричневого цвета, которые помещают в специальные контейнеры».

Приложение 7

«Ге́лий — второй элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева».

Приложение 8

«Гелий широко используется в промышленности и народном хозяйстве».

   
   

Приложение 9

«Привязываю машинку к шару».

Приложение 10

«Взвешиваю машинку – 3 грамма».

Приложение 11

«Шар поднимает машинку массой 3 грамма».

Приложение 12

«Чтобы поднять меня весом около 36 кг, понадобится 11988 шаров».

Приложение 13

«Чтобы поднять взрослого человека весом примерно 70 кг. 23310 шаров».

Приложение 14

«Теперь и я могу, как Винни-Пух, подняться в воздух»!