Зарипова Рузиля. "Бумажный самолетик – детская забава и научные исследования"
Зарипова Рузиля. "Бумажный самолетик – детская забава и научные исследования"
Научная историко-исследовательская работа Выполнила:ученица 11 класса Зарипова Рузиля Научный руководитель:Сарбаева А.А. МБОУ СОШ с.Красная Горка
Введение
Даже самая
простая модель самолета — это самолет в миниатюре со всеми его свойствами.
Многие известные авиаконструкторы начинали с увлечения авиамоделизмом. Чтобы
построить хорошую летающую модель, нужно немало потрудиться. Все люди когда-нибудь делали бумажные самолетики и
запускали их в полет. Бумажные самолетики получают популярность во всем мире. Это
привело к введению нового термина аэрогами. Аэрогами – современное название
изготовления и запуска бумажных моделей самолетов, одно из направлений оригами (японского
искусства складывания бумаги). Актуальность этой
работы обусловлена возможностью использовать полученные знания для проведения
уроков в начальных классах с целью вызвать интерес у учащихся к миру авиации и
выработать необходимые качества и умения использовать творческий опыт и знания
в изучении и развитии авиации. Практическая
значимость определяется
возможностью провести мастер-класс по складыванию бумажных самолетиков разных
моделей у учителей начальных классов, а также возможностью провести
соревнования среди учащихся. Объектом
исследования
являются бумажные модели самолетов. Предметом
исследования является возникновение и развитие аэрогами. Гипотезы
исследования: 1) бумажные модели самолетов
являются не только забавной игрушкой, а чем-то, более важным для мирового
сообщества и технического развития нашей цивилизации; 2) если при моделировании изменять
форму крыла и носа бумажного самолетика, то может измениться дальность и
продолжительность его полета; 3) наилучших скоростных
характеристик и устойчивости полёта достигают самолеты с острым носом и узкими
длинными крыльями, а увеличение размаха крыльев позволяет существенно увеличить
время полёта планера. Цель
исследования: проследить историю развития аэрогами, узнать какое влияние оказывает
это увлечение на общество, какую помощь оказывает бумажная авиация в
технической деятельности инженеров. В
соответствии с поставленной целью нами были сформулированы следующие задачи:
Изучить информацию по данной проблеме;
Ознакомиться с различными моделями бумажных
самолетов и научиться их выполнять;
Изучить дальность и время полета разных моделей
бумажных самолетов.
Аэрогами – бумажная авиация
Аэрогами берет свое начало из всемирно известного
оригами. Ведь основные приемы, техника, философия идут от него.
Датой создания бумажных самолётиков следует
признать 1909 год. Тем не менее, наиболее распространённая версия времени
изобретения и имени изобретателя — 1930 год, Джек Нортроп —основатель компании
Lockheed Corporation. 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.
В наши дни бумажная авиация, или аэрогами, получила
мировую известность. Каждый человек знает, как сложить элементарный самолетик и
запустить его. Но на сегодняшний день это уже не просто забава для одного или
двух человек, а серьезное увлечение, по которому проводятся соревнования по всему миру. Red Bull Paper Wings – пожалуй,
самое грандиозное соревнование «бумажных авиаторов» в мире. Чемпионат
дебютировал в Австрии в мае 2006 года,
приняли участие спортсмены из 48 стран. Количество участников отборочных
туров, проводящихся по всему миру, превысило 9500 человек. Участники традиционно
соревнуются в трех категориях: «Дальность полета», «Длительность полета» и
«Аэробатика».
Кен Блэкберн – мировой рекордсмен по запуску самолетиков
Имя Кена Блэкберна известно всем фанатам бумажной
авиации и это неудивительно, ведь он создал модели, которые били рекорды по
дальности и времени полета, рассказал о том, что маленький самолетик – это
точная копия большого и что на нее действуют те же законы аэродинамики, что и
на настоящие.
Мировой рекордсмен Кен Блэкберн впервые
познакомился с конструкцией квадратных бумажных самолетиков в возрасте всего 8
лет во время посещения любимой авиационной секции. Он заметил, что самолеты с
большим размахом крыла летают лучше и выше обычных самолетов-дротиков. К
неудовольствию школьных учителей, юный Кен экспериментировал с конструкцией
самолетиков, посвящая этому массу времени. В 1977 году он получил в подарок
Книгу рекордов Гиннесса и твердо решил побить действующий 15-секундный рекорд:
его самолеты иногда находились в воздухе больше минуты. Путь к рекорду не был
легким. Блэкберн
изучая авиацию в университете Северной Каролины, пытался достичь поставленной
цели. К тому времени он понял, что результат зависит больше от силы броска, чем
от конструкции самолета. Несколько попыток вывели его результат на уровень 18,8
с. К тому времени Кену уже стукнуло 30. В январе 1998-го Блэкберн открыл Книгу
рекордов и обнаружил, что был сброшен с пьедестала парой британцев, показавших
результат 20,9 с. Такого Кен допустить не мог. На этот раз в
подготовке авиатора к рекорду участвовал настоящий спортивный тренер.
Кроме того, Кен испытал множество конструкций
самолетов и выбрал лучшие из них. Результат последней попытки оказался
феноменальным: 27,6 с! На этом Кен Блэкберн решил остановиться. Даже если его
рекорд будет побит, что рано или поздно должно случиться, свое место в истории
он заработал.
Какие силы действуют на бумажный самолет
Почему же летают аппараты тяжелее воздуха —
самолеты и их модели? Вспомните, как ветер гонит листья и бумажки вдоль улицы,
поднимает их вверх. Летящую модель можно сравнить с предметом, гонимым потоком
воздуха. Только воздух здесь неподвижен, а модель мчится, рассекая его. При
этом воздух не только тормозит полет, но при определенных условиях создает
подъемную силу. Посмотрите на рисунок 1(приложение). Здесь показано сечение
крыла самолета. Если крыло будет расположено так, чтобы между его нижней
плоскостью и направлением движения самолета был некоторый угол a (называемый углом атаки), то, как показывает практика, скорость потока
воздуха, обтекающего крыло сверху, будет больше, чем его скорость снизу крыла.
А по законам физики в том месте потока, где скорость больше, давление меньше, и
наоборот. Вот почему при достаточно быстром движении самолета давление воздуха
под крылом будет больше, чем над крылом. Эта разность давлений поддерживает
самолет в воздухе и называется подъемной силой. На рисунке 2(Приложение) показаны силы, действующие
на самолет или модель в полете. Суммарное действие воздуха на летательный
аппарат представляют в виде аэродинамической силы R. Эта сила является
результирующей силой, действующей на отдельные части модели: крыло, фюзеляж,
оперение и т. д. Направлена она всегда под углом к направлению движения. В
аэродинамике действие этой силы принято заменять действием двух ее составляющих
— подъемной силы и силы сопротивления. Подъемная сила Y всегда направлена перпендикулярно
направлению движения, сила сопротивления X — против движения. Сила тяжести G
всегда направлена вертикально вниз. Подъемная сила зависит от площади крыла,
скорости полета, плотности воздуха, угла атаки и аэродинамического совершенства
профиля крыла. Сила сопротивления зависит от геометрических размеров
поперечного сечения фюзеляжа, скорости полета, плотности воздуха и качества
обработки поверхностей. При прочих равных условиях дальше летит та модель, у
которой поверхность отделана более тщательно. Дальность полета определяется
аэродинамическим качеством К, равным отношению подъемной силы к силе
сопротивления, то есть аэродинамическое качество показывает, во сколько раз
подъемная сила крыла больше силы сопротивления модели. В планирующем полете
подъемная сила модели Y обычно равна весу модели, а сила сопротивления X в
10—15 раз меньше, поэтому дальность полета L будет в 10—15 раз больше высоты Н,
с которой начался планирующий полет. Следовательно, чем легче модель, чем она
тщательнее изготовлена, тем большей дальности полета можно достигнуть.
Экспериментальное исследование моделей бумажных самолетов в полете
Организация и методы исследования
Исследование проводилось в МБОУ СОШ с.Красная Горка.
В исследовании мы ставили перед собой следующие задачи:
Ознакомиться с инструкциями различных моделей
бумажных самолетов. Узнать какие сложности возникают при сборке моделей.
Провести эксперимент, направленный на исследование
бумажных самолетов в полете. Все ли модели одинаково послушны при запуске,
какое время они проводит в воздухе и какова дальность их полета.
Комплекс методов
и методик, которые мы использовали для проведения исследования:
Моделирование множества моделей бумажных самолетов;
Моделирование экспериментов по запуску моделей
бумажных самолетов.
При проведении эксперимента мы наметили следующую последовательность действий: 1.Выбрать
заинтересовавшие нас виды самолетов.
Изготовить модели бумажных самолетов. Провести испытания самолетов в полете, с
целью определения их летных качеств (дальности и точности в полете, времени в
полете), способа запуска и простоты исполнения. Данные занести в таблицу.
Выбрать модели, показавшие лучшие
результаты. 2.Три
из лучших моделей выполнить из различных сортов бумаги. Провести испытания,
данные занести в таблицу. Сделать вывод, какая бумага лучше всего подходит для
выполнения моделей бумажных самолетов. Формы записей результатов исследования - данные эксперимента
фиксировать в таблицах. Первичная обработка и анализ и результатов исследования
осуществлялась следующим образом:
Внесение полученных результатов эксперимента в соответствующие
формы записей;
Схематическое,графическое, иллюстративное представление результатов(подготовка презентации).
Написание выводов.
Описание, анализ результатов исследования и выводы о зависимости
длительности полета бумажного самолетика от модели и способа запуска
Эксперимент
1
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, секундомер, бланки для фиксирования
результатов. Место проведения: коридор школы. После изучения большого
количества инструкций моделей бумажных самолетов, мы выбрали пять,
понравившихся мне моделей. Детально
изучив инструкции к ним, мы выполнили эти модели из офисной бумаги формата А4. После
выполнения этих моделей, мы провели их испытание в полете. Данные этих
испытаний мы занесли в таблицу.
Таблица 1
Название модели бумажного самолета
Рисунок модели
Сложность сборки модели(от 1 до 10 баллов)
Дальность полета,м (наиб.)
Время полета, с (наиб.)
Особенности при запуске
1
Основной дротик(Basic Dart)
3
6
0,93
Закручивается
2
Сверхзвуковой истребитель(Delta Fighter)
4
8,6
1,55
Летит по прямой
3
Истребитель(Harrier Paper Airplane)
5
4
3
Плохо управляем
4
Сокол Ф-16(F-16 Falcon Paper Airplane)
7
7,5
1,62
Плохо планирует
5
Космический Шаттл(Space Shuttle Paper Airplane)
8
2,40
0,41
Плохо планирует
На основе данных этих испытаний мы сделали следующие выводы:
Собирать модели не так просто, как можно было
подумать. При сборке моделей очень важно симметрично выполнять сгибы, это
требует определенной сноровки и навыков.
Все модели
можно разделить на два вида: модели, пригодные для запуска на дальность
полета, и модели, которые хорошо себя показывают при запуске на длительность
полета.
Лучше всех вела себя при запуске на дальность
полета модель №2 Сверхзвуковой
истребитель (Delta Fighter).
Эксперимент 2
Цель: сравнить, модели из какой бумаги показывают лучшие результаты по
дальности полета, по времени полета. Материалы: офисная бумага, тетрадные листы, газетная бумага, рулетка,
секундомер, бланки для фиксирования результатов. Место проведения: коридор школы. Три лучшие модели
мы выполнили из различных сортов бумаги.
Провели испытания, данные занесли в таблицу. Сделали вывод, какую бумагу лучше
всего использовать для выполнения моделей бумажных самолетов.
Таблица 2
Сверхзвуковой истребитель(Delta Fighter)
Дальность полета,м (наиб.)
Время полета,с (наиб.)
Дополнительные замечания
1
Офисная бумага
8,6
1,55
Большая дальность полета
2
Газетная бумага
5,30
1,13
Плавный полет, хорошо планирует
3
Тетрадный лист бумаги
2,6
2,64
Из бумаги в клеточку выполнять модель проще и
быстрее;очень большое время
полета
Таблица 3
Сокол Ф-16(F-16 Falcon Paper Airplane)
Дальность полета,м (наиб.)
Время полета,с (наиб.)
Дополнительные замечания
1
Офисная бумага
7,5
1,62
Большая дальность полета
2
Газетная бумага
6,3
2,00
Плавный полет, хорошо планирует
3
Тетрадный лист бумаги
7,1
1,43
Из бумаги в клеточку выполнять модель проще и
быстрее
Таблица 4
Основной дротик(Basic Dart)
Дальность полета,м (наиб.)
Время полета,с (наиб.)
Дополнительные замечания
1
Офисная бумага
6
0,93
Большая дальность полета
2
Газетная бумага
5,15
1,61
Плавный полет, хорошо планирует
3
Тетрадный лист бумаги
6
1,65
Из бумаги в клеточку выполнять модель проще и
быстрее;очень большое время
полета
На основе данных, полученных в ходе эксперимента, мы сделали следующие выводы:
Из тетрадных листов в клеточку выполнять модели
проще, чем из офисной или газетной бумаги, но при испытаниях они показывают не
очень высокие результаты;
Модели, выполненные из газетной бумаги очень
красиво летят;
Для получения высоких результатов по дальности
полета больше подходят модели из офисной бумаги.
Выводы В результате нашего исследования мы ознакомилась
с различными моделями бумажных
самолетов: они отличаются между собой сложностью складывания, дальностью и
высотой полета, продолжительностью полета, что подтвердилось в ходе
эксперимента. На полет бумажного самолета влияют различные условия: свойства
бумаги, размер самолета, модель.. Проведенные эксперименты позволили выработать
следующие рекомендации по сборке моделей бумажных самолетов:
Прежде, чем приступить к сборке модели
бумажного самолета, нужно решить, какой вид модели нужен: для длительности или дальности
полета?
Чтобы модель хорошо летала, сгибы нужно выполнять
ровно, точно следовать размерам, указанным в схеме сборки,следить за тем, чтобы все сгибы выполнялись
симметрично.
Очень важно, каким образом загнуты крылья, от этого зависит длительность
и дальность полета.
Складывание бумажных моделей развивает
абстрактное мышление человека.
В результате исследования мы узнали, что
бумажные самолетики используются для
тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов.
Заключение Данная работа посвящена исследованию предпосылок развития популярности бумажной авиации,
значению оригами для общества, выявлению является ли бумажный самолетик точной
копией большого, действуют ли на него те же законы аэродинамики, что и на
настоящие самолеты. В ходе
эксперимента, выдвинутая нами гипотеза подтвердилась: наилучших скоростных
характеристик и устойчивости полёта достигают самолеты с острым носом и узкими
длинными крыльями, а увеличение размаха крыльев позволяет существенно увеличить
время полёта планера. Таким образом, наша гипотеза о том, что
бумажные модели самолетов являются не
только забавной игрушкой, а чем-то, более важным для мирового сообщества и
технического развития нашей цивилизации, подтвердилась.
Список источников
информации http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/aviaciya_i_kosmonavtika/PLANER.html http://igrushka.kz/vip95/bumavia.php
http://igrushka.kz/vip91/paperavia.php http://danieldefo.ru/forum/showthread.php?t=46575 Бумажные самолетики. – Москва // Новости космонавтики. – 2008 –735. – 13 c Статья «Бумагия #2: Аэрогами»,
Принт Фан http://printfun.ru/bum2 Приложение
Силы аэродинамики Рис. 1. Сечение крыла самолета Подъемная сила -Y Сила сопротивления X Сила тяжести - G Угол атаки - a Рис. 2.
Силы, действующие на самолет или модель в полете
Хочу отметить, что эту тему добавили в список по моей просьбе. И если Вы видите по фотографиям, я делала эту работу сама, и получила свои результаты и выводы, а не копировала их в интернете. И если уж на то пошло, то все сейчас пользуются интернетом, и многое берут оттуда, даже если посмотреть на работы остальных участников.
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.
В наши дни бумажная авиация, или аэрогами, получила
мировую известность. Каждый человек знает, как сложить элементарный самолетик и
запустить его. Но на сегодняшний день это уже не просто забава для одного или
двух человек, а серьезное увлечение, по которому проводятся соревнования по всему миру. 
Red Bull Paper Wings – пожалуй,
самое грандиозное соревнование «бумажных авиаторов» в мире. Чемпионат
дебютировал в Австрии в мае 2006 года,
приняли участие спортсмены из 48 стран. Количество участников отборочных
туров, проводящихся по всему миру, превысило 9500 человек. Участники традиционно
соревнуются в трех категориях: «Дальность полета», «Длительность полета» и
«Аэробатика».
Очень интересно! 
