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

ИССЛЕДОВАНИЕ ДАЛЬНОСТИ ПОЛЕТА БУМАЖНОГО САМОЛЕТИКА
Андреев М.Д.
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.

Каждый ребенок, хотя бы раз в своей жизни, делал и запускал бумажный самолет. Это может быть простая «галочка» выполненная из тетрадного листа, а может и сложная, длительное время выполненная модель. Что же такое бумажная авиация: детская игрушка или возможность для разнообразных исследований?

Я выбрал эту тему, потому, что она помогает в жизни не только развить логическое техническое мышление, но и приобщиться к практическим навыкам работы с бумагой, материаловедением, технологией проектирования и конструирования летательных аппаратов.

Я выдвинул гипотезу – можно предположить, что летные характеристики самолета зависят от его формы, размеров и качества материала, из которого выполнен самолет.

Я использовал следующие методы исследования:

  • Изучение литературы;

  • Получение информации в сети Интернет;

  • Непосредственное наблюдение, экспериментирование;

  • Создание экспериментальных моделей самолетов;

Цель работы: Сконструировать самолеты, обладающие следующими характеристиками: максимальной дальностью и длительностью полета.

Задачи:

- Проанализировать информацию, полученную из первоисточников;

- Изучить элементы древнего восточного искусства аэрогами;

- Познакомиться с основами технологии конструирования летательных аппаратов из бумаги;

- Провести испытания сконструированных моделей;

- Выявить возможные области использования бумажной авиации.

Объектом исследования являются бумажные модели самолетов. Предметом исследования является свойства аэрогами.

В основу моего исследования я взял одно из направлений японского искусства оригами - аэрогами (от яп. «гами» - бумага и лат. «аэро» - воздух).

Аэродинамика (от греческих слов aer – воздух и dinamis – сила) – это наука о силах, возникающих при движении тел в воздухе. Воздух, благодаря своим физическим свойствам, сопротивляется продвижению в нем твердых тел. При этом, между телами и воздухом возникают силы взаимодействия, которые и изучаются аэродинамикой.

Аэродинамика является теоретической основой современной авиации. Любой летательный аппарат, летит, подчиняясь законам аэродинамики. Изучая законы аэродинамики, я провёл серию наблюдений и опытов: «Выбор формы летательного аппарата», «Принципы создания самолета», «Выбор размера самолете», «Выбор материалов для создания летательного аппарата».

Глава 1. От оригами к аэрогами

Аэрогами берет свое начало из всемирно известного оригами. Ведь основные приемы, техника, философия идут от него. Чтобы понять, что привлекает людей в искусстве складывания бумаги, рассмотрим, откуда пошло это занятие, и почему оно стало столько популярно.

Знакомство с оригами следует начинать с древней истории. В 105 году нашей эры чиновник Цай Лунь сделал официальный доклад императору о том, что создана технология производства бумаги. Многие десятилетия под страхом смертной казни китайцы хранили тайну создания белого листа. Но со временем, когда монахи Китая начали свои путешествия в Японию, вместе с ними стали путешествовать и некоторые тайны этой страны. В 7 веке странствующий буддийский монах Дан-Хо пробирается в Японию и обучает монахов изготавливать бумагу по китайской технологии. Очень скоро в Японии сумели наладить свое массовое производство бумаги, во многом обогнав Китай.

Историю развития оригами можно условно разделить на 4 этапа.

Первый этап. Первые листочки бумаги, сложенные в необычные фигурки появляются сначала в монастырях. Иначе и быть не могло. Ведь в японском языке понятия «Бог» и «Бумага» звучат одинаково. Один из ритуалов состоял в изготовлении небольших бумажных коробочек Санбо. В них помещали кусочки рыбы и овощей, которые предназначались в дар богам. Но это еще не было искусство.

Второй этап. В периоды Камакура (1185—1333) и Муромати (1333—1573) оригами выходит за пределы храмов и достигает императорского двора. Аристократия и придворные должны были обладать определенными навыками и в искусстве складывания. Записки, сложенные в форме бабочки, журавля, цветка или абстрактной геометрической фигуры, были символом дружбы или доброго пожелания для любимого человека. Умение складывать стало одним из признаков хорошего образования и изысканных манер. Различные знатные семьи использовали фигурки оригами как герб и печать.

Третий этап. В период Адзути—Момояма (1573—1603) и Эдо (1603—1867) оригами из церемониального искусства превратилось в популярный способ времяпровождения. Именно тогда изобретается ряд новых фигурок, которые позже становятся классическими. Искусство оригами стало передаваться по наследству, например, от матери к дочери.

Четвертый этап. Расцвет оригамного творчества приходится на середину двадцатого века, когда рабочий-металлист Акиро Йошидзава решил посвятить себя оригами и его развитию. Условные обозначения, символы, графические знаки, придуманные Акиро, позволили зафиксировать на бумаге процесс складывания оригамной фигуры. Это замечательное открытие позволило оригами стать универсальным международным языком. И сегодня все книги, посвященные искусству оригами, используют оригамную азбуку Акиро Йошидзава.

Наиболее распространённая версия времени изобретения аэрогами — 1930 год. Имя изобретателя — Джек Нортроп (авиационный инженер ряда американских авиастроительных компаний)

Нортроп использовал бумажные самолётики для тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов. Он сконцентрировался на разработке «летающих крыльев», которые он считал следующим этапом развития авиации. Незадолго до кончины конструктора в феврале 1981 года ему была показана модель будущего бомбардировщика.

Конструкции самолетов существенно различаются в зависимости от цели их постройки. К примеру, самолеты для полетов на большие дистанции по форме напоминают дротик – они такие же узкие, длинные, жесткие, с ярко выраженным смещением тяжести к носу. Самолеты для максимально длительных полетов не отличаются жесткостью, зато имеют большой размах крыльев, хорошо сбалансированы. Балансировка крайне важна для самолетов, запускаемых на улице. Они должны сохранять правильное положение, несмотря на колебания воздуха. Самолетам, запускаемым в помещении, полезно смещение тяжести к носу. Такие модели летают быстрее и стабильнее, их проще запускать.

Эксперимент 1. Выбор формы самолета.

Цель: собрать информацию о моделях бумажных самолетов; проверить, насколько сложно собирать модели разных видов; проверить сделанные модели в полете. Оборудование: офисная бумага, схемы сборки бумажных моделей самолетов, рулетка, бланки для фиксирования результатов.

Место проведения: школьный коридор, школьный двор.

После изучения большого количества инструкций моделей бумажных самолетов, я выбрал пять, понравившихся мне моделей. Детально изучив инструкции к ним, я выполнил эти модели из офисной бумаги «Светокопи» формата А4. После выполнения этих моделей, я провел их испытание в полете. Данные этих испытаний я занес в таблицу.

Название

модели

самолета

Схема

модели

Сложность сборки:

высокая

средняя

низкая

Дальность полета, м

Особенности

при запуске

В помещении

На улице

Глайдер

планер

1

низкая

4- 7

5-7

Летит ровно

Силк

сенсация

2

средняя

2-4

2-6

Летит ровно

Утка

3

высокая

1-2

1-4

переворачивается

Шаттл

4

средняя

1-2

1-3

Может развернуться

Соколиный

глаз

5

высокая

4

4-5

переворачивается

Вывод: наибольшая дальность полета у самолета Глайдер.

Эксперимент 2. Выбор размеров самолета

Цель: создать самолеты типа Глейдер разного размера; проверить сделанные модели в полете. Оборудование: офисная бумага, схема сборки бумажных моделей самолетов, рулетка, бланки для фиксирования результатов.

Место проведения: школьный коридор, школьный двор.

Размер самолета

Дальность полета,м

Особенности полета

Большой 1 А3

6

6-8

быстро

Средний 2 А4

6

5

 

Средний 3 А5

4

5

поворачивал

Малый 4 А6

3-4

2

Переворачивался в полете

Вывод: более тяжелые самолеты из листов А3 и А4 летят дальше, т.к. у них тяжелее носовая часть.

Эксперимент 3. Выбор материала для самолета

Цель: создать самолеты типа Глейдер из разного материала, проверить сделанные модели в полете.

Оборудование: офисная бумага, акварельная бумага, картон, плотная глянцевая бумага, бумага для выпечки, схема сборки самолета, рулетка, бланк

Материал самолета

Дальность полета, м

Особенности полета

Бумага для принтера

6-7

6

Может поворачивать и переворачиваться

Акварельная бумага (шершавая)

3-4

4

переворачивается

Картон

3-5

4-5

Может поворачивать

плотная глянцевая бумага

4-5

5

быстро

бумага для выпечки

6-10

12-8

быстро

Вывод: гладкая бумага менее подвержена поворотам и переворотам.

Возможности использования

Если бумажные самолетики запустить в большом количестве с орбиты спутника или самолета, то затем по их расположению можно определить распространение воздушных потоков. Для этого самолетики должны не сгореть в атмосфере, не намокнуть от осадков, поэтому самолетик должен быть выполнен из пропитанной бумаги с огне- и влагоустойчивым покрытием.

Если установить на эти самолетики датчики давления и температуры, то можно будет еще снимать показания с этих датчиков.

Если запустить такой самолетик с датчиком в космосе, то он без препятствий полетит по прямой, снимая видеофрагменты о своем полете.

Выводы.

Самолетики из бумаги это не только интересная детская игрушка, но и замечательный прибор для изучения атмосферных явлений. Качество полета самолета будет зависеть от размеров и вида модели, от качества бумаги.

Список использованной литературы

1.Антонов О.К., Патон Б.И. Планеры, самолеты. Наук. Думка, 1990. – 503 с.

2. Большая книга экспериментов для школьников/ под ред. Антонеллы Мейяни. – М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2007. – 260 с.

3. Микортумов Е.Б., Лебединский М.С. Авиамоделизм; Сборник статей. Пособие для руководителей авиамодельных кружков. – М. Учпедгиз, 1960. – 144 с.

4. Никулин А. П. Сборник лучших моделей из бумаги (оригами). Искусство складывания из бумаги. – М.: Терра – Книжный клуб, 2005, 68 с.

5. Свищев Г.П.. Белов А.Ф. Авиация: энциклопедия. – М.: «Большая российская энциклопедия», 194. – 756 с. Сухаревская О.Н. Оригами для самых маленьких. – М.: Айрис Пресс, 2008. – 140 с.

Приложение. Фотоотчет.

Рис. 1. В школьном дворе Рис.2. В школьном коридоре