что такое аэростат физика 7 класс
Презентация урока на тему «Воздухоплавание» (7 класс)
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Воздухоплавание- управляемые или неуправляемые полёты в атмосфере Земли на летательных аппаратах легче воздуха.
Подъемная сила Подъемная сила воздушного шара – позволяет определить какой груз способен поднять воздушный шар Fпод = Fa – Fт Fa =ρ(в)gV Fт = ρ(г)gV Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объема, тем больше подъемная сила шара.
Полет на воздушном шаре Пилатра де Розье и Д´ Арланда 1783год, ноябрь диаметd=15 м, вес 675 кг и пробыл20 мин, покрыв расстоян около 9 км
Воздушный шар – неуправляемый аэростат
Широкое применение аэростаты нашли в годы Великой Отечественной войны 1941 – 1945 гг. На привязном аэростате в блокадном Ленинграде был установлен передатчик, транслировавший первое исполнение 7 симфонии Шостаковича Аэростаты наблюдения вели артиллерийскую разведку, корректировали огонь батарей. Аэростаты заграждения использовались в системе ПВО городов, промышленных районов, военно-морских баз
Виды аэростатов Летательные аппараты бывают управляемые, неуправляемые и привязные. Неуправляемые аэростаты свободно перемещаются по воздуху и имеют форму шара. Это воздушные шары. Управляемые аэростаты – дирижабли, имеют двигатель и воздушные винты. Они могут перемещаться по заданному маршруту. Привязные аэростаты, которые при помощи троса фиксируются над данной точкой земной поверхности
Подъем и спуск шара, наполненного горячим воздухом: Чтобы шар поднялся выше, достаточно сильнее нагреть воздух в нем, увеличив пламя горелки. Чтобы шар снизил высоту, необходимо уменьшить пламя горелки. При определенной температуре вес шара и кабины может стать равен выталкивающей силе, тогда шар повисает в воздухе, и с него можно проводить наблюдение.
Воздухоплавание в наши дни После 50 лет забвения аэростаты и дирижабли постепенно возвращаются. Их используют для геофизической разведки, наблюдения за состоянием окружающей среды, патрулирования крупных городов, прибрежных и приграничных районов, картографирования, фото- и телесъёмки, рекламы и т.д.
Стратостат – воздушный шар, предназначенный для полетов в стратосферу (на высоту более 11000 м) Страница 11 из 31 Условие плавания тел всплывает плавает тонет плотность жидкости больше плотности тела плотность жидкости равна плотности тела плотность жидкости меньше плотности тела Страница 12 из 31 Проверь себя 1) медный груз в воде ____________________________ 2) кирпич в воде _________________________________ 3) кирпич в серной кислоте_______________________ 4) кирпич в ртути _______________ 5) деревянный кубик в воде ______ 6) Тело плавает в пресной воде, полностью погрузившись в нее. Тогда а) в керосине это тело ____________________________ б) в соленой воде это тело __________________ 7) В сосуд налили три несмешивающиеся жидкости: воду, спирт и растительное масло. Покажите, как жидкости расположатся в сосуде. ______________________________спирт ___________________________ масло растительное __________________________________ вода Страница 13 из 31 Проверь себя 1) медный груз в воде ____________________________(тонет) 2) кирпич в воде ___________________________________(тонет) 3) кирпич в серной кислоте___________________________ (плавает) 4) кирпич в ртути _______________(всплывает и плавает на поверхности) 5) деревянный кубик в воде ______(всплывает и плавает на поверхности) 6) Тело плавает в пресной воде, полностью погрузившись в нее. Тогда а) в керосине это тело ____________________________(тонет) б) в соленой воде это тело __________________(всплывает) 7) В сосуд налили три несмешивающиеся жидкости: воду, спирт и растительное масло. Покажите, как жидкости расположатся в сосуде. ______________________________спирт ___________________________ масло растительное __________________________________ вода Страница 11 из 31 Условие плавания тел всплывает плавает тонет плотность жидкости больше плотности тела плотность жидкости равна плотности тела плотность жидкости меньше плотности тела Страница 12 из 31 Проверь себя 1) медный груз в воде ____________________________ 2) кирпич в воде _________________________________ 3) кирпич в серной кислоте_______________________ 4) кирпич в ртути _______________ 5) деревянный кубик в воде ______ 6) Тело плавает в пресной воде, полностью погрузившись в нее. Тогда а) в керосине это тело ____________________________ б) в соленой воде это тело __________________ 7) В сосуд налили три несмешивающиеся жидкости: воду, спирт и растительное масло. Покажите, как жидкости расположатся в сосуде. ______________________________спирт ___________________________ масло растительное __________________________________ вода Страница 13 из 31 Проверь себя 1) медный груз в воде ____________________________(тонет) 2) кирпич в воде ___________________________________(тонет) 3) кирпич в серной кислоте___________________________ (плавает) 4) кирпич в ртути _______________(всплывает и плавает на поверхности) 5) деревянный кубик в воде ______(всплывает и плавает на поверхности) 6) Тело плавает в пресной воде, полностью погрузившись в нее. Тогда а) в керосине это тело ____________________________(тонет) б) в соленой воде это тело __________________(всплывает) 7) В сосуд налили три несмешивающиеся жидкости: воду, спирт и растительное масло. Покажите, как жидкости расположатся в сосуде. ______________________________спирт ___________________________ масло растительное __________________________________ вода Страница 11 из 31 Условие плавания тел всплывает плавает тонет плотность жидкости больше плотности тела плотность жидкости равна плотности тела плотность жидкости меньше плотности тела Страница 12 из 31 Проверь себя 1) медный груз в воде ____________________________ 2) кирпич в воде _________________________________ 3) кирпич в серной кислоте_______________________ 4) кирпич в ртути _______________ 5) деревянный кубик в воде ______ 6) Тело плавает в пресной воде, полностью погрузившись в нее. Тогда а) в керосине это тело ____________________________ б) в соленой воде это тело __________________ 7) В сосуд налили три несмешивающиеся жидкости: воду, спирт и растительное масло. Покажите, как жидкости расположатся в сосуде. ______________________________спирт ___________________________ масло растительное __________________________________ вода Страница 13 из 31 Проверь себя 1) медный груз в воде ____________________________(тонет) 2) кирпич в воде ___________________________________(тонет) 3) кирпич в серной кислоте___________________________ (плавает) 4) кирпич в ртути _______________(всплывает и плавает на поверхности) 5) деревянный кубик в воде ______(всплывает и плавает на поверхности) 6) Тело плавает в пресной воде, полностью погрузившись в нее. Тогда а) в керосине это тело ____________________________(тонет) б) в соленой воде это тело __________________(всплывает) 7) В сосуд налили три несмешивающиеся жидкости: воду, спирт и растительное масло. Покажите, как жидкости расположатся в сосуде. ______________________________спирт ___________________________ масло растительное __________________________________ вода
воздухоплавание 23 мая 2005 года российская экспедиция на воздушном шаре «Святая Русь» за всю историю освоения Арктики впервые достигла Северного полюса! Полёт продолжался 38 дней. Шар преодолел 980 км при температуре –500С
Воздухоплавание
Урок 34. Физика 7 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Воздухоплавание»
«Воздухоплавание не было ни наукой,
ни отраслью промышленности. Оно было чудом»
В данной теме речь пойдет о воздухоплавании.
Ранее говорилось о плавание тел в жидкостях. Напомним, что плавание тел основано на законе Архимеда. Было установлено, что тело тонет в жидкости, если плотность вещества тела больше плотности жидкости, плавает внутри, если плотности вещества тела и жидкости равны, и плавает, частично погрузившись в жидкость, если плотность вещества тела меньше плотности жидкости.
Красная линия на борту судна называется ватерлинией, которая показывает предельную осадку судна. Масса воды в погруженном до ватерлинии объеме называется водоизмещением судна. А разность между водоизмещением и массой не нагруженного судна есть грузоподъемность судна.
На каких законах основано воздухоплавание? Оказывается на тех же, что и плавание судов: законе Архимеда и законе Паскаля, ведь они общие для жидкостей и газов.
Вообще люди с давних времен мечтали о возможности летать над облаками и плавать в безбрежном воздушном океане, как они это делают по морю. Однако долгое время этого им сделать не удавалось. История первых полетов началась в августе 1709 года и связана с именем Бартоломеу де Гусмана.
Им впервые была продемонстрирована модель воздухоплавательного аппарата. При одном из испытаний модель поднялась в воздух на 4 метра. Однако первый полет воздушного аппарата произошел 5 июня 1783 года во французском городе Аннонэ. Его организаторами были братья Жозеф-Мишель и Жак-Этьен Монгольфье. Был даже составлен протокол первого полета — аппарат поднялся на высоту около 500 метров и продержался около 10 минут, пролетев при этом 2 километра.
Воздушный аппарат представлял собой шар, внизу которого было отверстие, а под ним висела жаровня с горячими углями, в которой сжигали мокрую солому и шерсть. Воздух в шаре нагревался, расширялся, и часть его выходила из шара. При этом сила тяжести, действующая на шар, уменьшалась. Соответственно, выталкивающая сила становилась больше силы тяжести, и шар поднимался вверх.
Хотя закон Архимеда для газов объясняет полет воздушного шара, но выталкивающая сила возникает здесь не так, как в случае твердого тела. В нижней части оболочки воздушного шара есть отверстие. При этом давление газа, например гелия, у нижнего отверстия равно давлению окружающего воздуха. При подъеме шара вверх давление гелия внутри шара и наружного воздуха уменьшается, следовательно, давление гелия на разных участках шара будет меньше, чем у нижнего отверстия. Так как давление гелия внутри шара убывает медленнее, чем воздуха снаружи, то на оболочку внутри будет действовать большее давление. При этом самая значительная разница давлений будет в ее верхней части. Следовательно, сила, действующая на купол оболочки изнутри, будет больше, чем снаружи. Разность между этими силами и уравновешивает силу тяжести оболочки с грузом. Таким образом, выталкивающая сила создается не благодаря разности давлений на нижнюю и верхнюю части тела (как в случае твердого тела), а благодаря разности давлений изнутри и снаружи на верхнюю часть оболочки воздушного шара.
Когда шар достигает слоев воздуха с меньшим давлением, газ внутри шара расширяется, и часть его выходит из нижнего отверстия. То есть, на высоте уменьшается и наружное, и внутреннее давление, уменьшается и выталкивающая сила. На некоторой высоте она станет равна весу шара с находящимся в нем газом, и шар повиснет. Для того чтобы спуститься на землю с помощью веревки из корзины открывают клапан, находящийся в верхней части шара. При его открывании газ, имеющий большее давление, чем окружающий воздух, выходит наружу. Через нижнее отверстие это невозможно, так как здесь давления одинаковы.
Гораздо проще осуществлять подъем и спуск шара, если наполнить его горячим воздухом, по примеру того, как это делали братья Монгольфье. Для этого под отверстием располагают газовую горелку, с помощью которой легко можно регулировать температуру воздуха внутри шара, а, следовательно, и его среднюю плотность.
Воздушные шары не только сами поднимаются вверх, но могут поднимать и грузы — кабину, людей и оборудование. Для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо знать его подъемную силу.
Для примера, рассмотрим запущенный в воздух воздушный шар объемом 50 кубических метров, заполненный гелием.
Итак, массу гелия, заполняющую оболочку шара, определим как произведение плотности гелия и его объема, который равен объему шара. Получим, что она составляет 9,45 килограмм. Тогда его вес составляет 92,61 Н.
Таким образом, подъемная сила — это максимальный груз, который может поднять шар, равная разности между силой Архимеда и силой тяжести газа, заполняющего шар.
Воздушные шары, поднимающиеся на небольшую высоту, называются аэростатами, на высоту более 11 километров — стратостатами. А вот воздушные аппараты, снабженные двигателями и воздушными винтами, то есть управляемые, называются дирижаблями.
Почему летательные шары не заполняют водородом как самым легким газом, который в 14 раз легче воздуха? Водород — это горючий газ, который образует с воздухом взрывоопасную смесь, и его использование в шарах небезопасно. Так, например, самая знаменитая катастрофа произошла с немецким дирижаблем «Гинденбург», построенным в 1936 году. 6 мая 1937 года во время посадки «Гинденбург», наполненный водородом, загорелся и потерпел катастрофу, в результате которой погибло 35 человек на борту и один член наземной команды.
В настоящее время летательные аппараты, использующие силу Архимеда, находят широкое практическое применение: они зондируют атмосферу, т.е. с помощью установленных на них датчиков дают информацию для метеослужб о температуре, давлении и т.д. С их помощью изучают влияние космической радиации на живые организмы в нижних слоях атмосферы. Дирижабли имели огромное значение во время войны. Они снабжали труднодоступные районы продовольствием, конвоировали суда в море, осуществляли поиск подводных лодок и др.
– Воздухоплавание, как и плавание судов, основано на законе Архимеда и законе Паскаля.
– Подъемная сила воздушного шара — это максимальный груз, который может поднять шар, равная разности между силой Архимеда и силой тяжести газа, заполняющего шар.
– Аэростаты – воздушные шары, поднимающиеся на небольшую высоту.
– Стратостаты – воздушные шары, поднимающиеся на высоту более 11 км.
– Дирижабли – представляющие собой комбинацию аэростата с винтовым двигателем и системы управления.
А в заключении хотелось бы отметить, что знание законов физики (законов Паскаля, Архимеда и другие) позволило человеку освоить воздушный и водный океаны. Воздух и вода — самые необходимые составляющие для жизни человека и всего живого мира. Поэтому осваивать воздушные и водные пространства надо экологически грамотно, постоянно думая о том, чтобы как можно меньше вреда нанести самому ценному, что есть на Земле.
Аэростат
Содержание
Различают привязные, свободнолетящие и аэростаты с двигателем — дирижабли.
По типу наполнения аэростаты делятся на:
Для наполнения шарльеров применялись и применяются водород и (реже) светильный газ; но эти газы горючи, а их смеси с воздухом взрывоопасны, что требует дополнительных мер предосторожности. Данного недостатка лишён инертный гелий, который также используется в шарльерах; однако гелий достаточно дорог, что препятствует его повсеместному применению в воздухоплавании.
Монгольфьеры наполняют нагретым воздухом.
Применение
Аэростаты впервые позволили человеку подняться в воздух, а позднее и достичь стратосферы.
В России одним из организаторов полётов на аэростатах для научных исследований атмосферы был А. М. Кованько.
Одна из основных областей применения — подъём на необходимую высоту систем видеонаблюдения, связи, получения метеоданных.
Во время Второй мировой войны аэростаты широко применялись для защиты городов, промышленных районов, военно-морских баз и других объектов от нападения с воздуха. Действие аэростатов заграждения было рассчитано на повреждение самолётов при столкновении с тросами, оболочками или подвешиваемыми на тросах зарядами взрывчатого вещества. Наличие в системе ПВО аэростатов заграждения вынуждало самолеты противника летать на больших высотах и затрудняло прицельное бомбометание с пикирования.
Кроме использования в системе ПВО привязные аэростаты применялись для наблюдения за полем боя, корректировки артиллерийского огня и разведки.
Рекорды
27 мая 1931 года Огюст Пиккар и Паул Кипфер первыми сумели достичь стратосферы на воздушном шаре.
31 августа 1933 года Александр Даля, находясь на борту открытого воздушного шара запечатлил первый снимок на котором видна округлость Земли.
Гелиевый аэростат Explorer II, пилотируемый офицерами Авиационного корпуса Сухопутных войск США (капитаном Оврилом А. Андерсеном, майором Уильямом Кепнером и капитаном Альбертом У. Стивенсом), достиг новой рекордной высоты в 22066 м (72395 футов) 11 ноября 1935 г. В 1934 году рекорд высоты в 22000 м (72178 футов) был взят на советском стратосферном аэростате «Осоавиахим-1».
Предыдущий рекорд высоты для пилотируемых аэростатов был установлен на высоте в 34668 м (113739 футов) 4 мая 1961 г. Малькольм Росс и Виктор Пратер на шаре Stratolab V стартовали с палубы корабля USS Antietam в Мексиканском заливе.
Текущий рекорд установил 14 октября 2012 года Феликс Баумгартнер, поднявшись на высоту около 39045 метров в капсуле, прикрепленной к воздушному шару Red Bull Stratos над американским штатом Нью-Мексико.
1 марта 1999 года Бертран Пиккар и Брайан Джонс отправились на аэростате Breitling Orbiter 3 из швейцарской деревни Шато-д’О (Château d’Oex) в первый беспосадочный кругосветный полет. Они приземлились в Египте после 40814 километров полета спустя 19 дней, 21 час и 55 минут (средняя скорость 85,4 км/ч).
Рекорд высоты для беспилотного шара составляет 53,0 км (173882 футов). Шар был запущен JAXA 25 мая 2002 года из префектуры Ивате, Япония. Это самая большая высота, когда-либо достигнутая средством передвижения в атмосфере. Только ракеты, ракетные самолеты и баллистические снаряды могут лететь выше.
Воздухоплавание
Содержание
В прошлом уроке мы познакомились с принципом плавания судов и их основными характеристиками. Но с давних времен люди хотели передвигаться не только по воде, но и по воздуху. В данном уроке мы узнаем, как действует архимедова сила в воздухе, рассмотрим принцип воздухоплавания и необходимые условия для его осуществления.
Принцип воздухоплавания
Для начала дадим определение:
Воздухоплавание – это контролируемые или неконтролируемые полеты в атмосфере Земли на летательных аппаратах легче воздуха.
Самый первый летательный аппарат, отправившийся в полет – воздушный шар (рисунок 1). В начале развития воздухоплавания шары наполняли горячим воздухом, теперь – гелием или водородом. Рассмотрим, какие условия нужны, чтобы шар поднялся в воздух.
Рисунок 1. Воздушные шары.
В прошлых уроках мы узнали условия плавания тел в жидкости. Эти же условия применимы и для тел, погруженных в газ. Так получаем первое условие:
Средняя плотность шара (оболочка и газ) должна быть меньше плотности воздуха.
Рисунок 2. Силы, действующие на воздушный шар.
Плотность воздуха зависит от высоты – с увеличением высоты плотность становится меньше. Значит, архимедова сила при поднятии шара вверх уменьшается.
Дальше шар достигает предельной высоты своего подъема. Для того, чтобы воздушный шар начал опускаться, из его оболочки выпускают часть газа с помощью специального клапана.
Подъемная сила
Поднимаясь в небо, воздушный шар поднимает за собой определенный груз: кабину, оборудование, приборы, людей, сама оболочка тоже имеет свой вес. Но как узнать, какой груз способен поднять воздушный шар?
Главной характеристикой воздухоплавательного судна является его подъемная сила – сила, которую необходимо знать, чтобы определить, какой груз данное судно может поднять.
Расчёт подъёмной силы
Чтобы найти подъёмную силу, нужно из архимедовой силы вычесть вес гелия.
Если мы рассчитаем подъемную силу для такого же шара, но наполненного, водородом, то увидим, что его подъемная сила будет больше. Но водород – это горючий газ, поэтому гелий используют чаще из соображений безопасности.
Но самый простой способ управления – при заполнении шара горячим воздухом. С помощью горелки, установленной под отверстием в нижней части шара, можно регулировать температуру, а значит, его плотность и архимедову силу.
При увеличении температуры шар поднимается, а при понижении – опускается. Когда вес шара и кабины будет равен архимедовой силе, шар повиснет в воздухе на одной высоте.
Виды воздухоплавательных судов
История воздухоплавания
В 1709 году бразильский священник и естествоиспытатель Бартоломеу Лоренсу де Гусмао представил проект предположительно первого воздушного шара: оболочка шара была сделана из бумаги, вместо кабина был поддон с глиняным горшком. В горшке сгорали горючие материалы, шар наполнился горячим воздухом и поднялся в воздух.
В 1783 году во Франции был изобретен и поднят в воздух первый полноценный воздушный шар братьями Этьеном и Жозефом Монгольфье (рисунок 5).
Рисунок 5. Воздушный шар братьев Магольфье.
В 1785 году состоялся удивительный полет через Ла-Манш на воздушном шаре Жан-Пьера Бланшара и Джона Джеффриса (рисунок 6). Во время пути шар начал терять подъемную силу, и естествоиспытатели, сбросив из кабины все, что было, благополучно приземлились в Кале (Франция).
Рисунок 6. Прибытие в Кале Жан-Пьера Бланшара и Джона Джеффриса.
В 1849 году воздушные шары были впервые применены в качестве военной техники. Австрия организовала бомбежку с помощью небольших аэростатов. Далее воздушные шары использовали как во время первой мировой войны, так и во время второй.
В годы «холодной войны» аэростаты стали использовать в разведывательных целях – их было практически невозможно засечь никакими локаторами или радарами.
Рисунок 7. Дирижабль Анри Жиффара.
В 1931 году состоялся первый полет на стратостате (рисунок 8). Огюст Пикар и Пауль Кипфер поднялись на высоту 15 785 метров. Полет состоялся из города Аугсбург, Германия.
Рисунок 8. Огюст Пика и Пауль Кипфер, первый полет на стратостате.
Беспилотный стратостат-рекордсмен BU60-1 был запущен в 2002 году японским космическим агентством JAXA и достиг высоты 53 км. Стратостат был сделан из очень тонкого материала (его вес составил менее 40 кг при размерах 75 на 54 метра).
В 2016 году британской компанией был запущен самый большой дирижабль Airlander 10 (рисунок 9). Максимальная грузоподъемность составляет почти 10 тонн, а в длину он составляет 92 метра.
Рисунок 9. Дирижабль Airlander 10.
На данный момент любой желающий может прокатиться на воздушном шаре. Самым массовым мероприятием с участием аэростатов считается Лотаргианский всемирный фестиваль воздушных шаров во Франции (рисунок 10). Рекорд был поставлен в 2013 году – в небо поднялись 408 шаров.
Рисунок 10. Лотаргианский фестиваль воздушных шаров.