Научно-исследовательская работа "Загадка воздушного шарика"

Загадка воздушного шарика

         Я очень люблю свой день рождения. Каждый год мы всей семьей украшаем наш дом к празднику. И, конечно же, важным элементом украшения являются воздушные шары. Ведь они такие красивые! Разноцветные, с красивыми рисунками и надписями. Обычно с братом мы соревнуемся в том, кто быстрее надует шарик ртом. Мы очень торопимся, каждый хочет победить, и вдруг,  уже почти надутый шарик,  вырывается из рук и стремительно улетает, мечась по комнате, пока совсем не сдуется. Мне всегда было интересно, почему он улетает? Ведь  у него нет двигателя, нет крыльев...  И от чего зависит дальность его полета?

        Цель исследования: выяснить, почему улетает воздушный шарик, если он не завязан и от каких факторов зависит дальность его полета.

        Предмет исследования: воздушные шарики разного размера и толщины резины.

        Задачи исследования:

1. Выяснить, что заставляет двигаться воздушный шарик.
2. Провести опыты, показывающие движение шарика.
3. Выяснить, как влияет размер шарика и толщина резины на дальность полета.
4. Узнать, есть ли в растительном и животном мире представители, которые двигаются, как воздушный шарик.
5. Узнать, как ученые использовали знания о таком движении.

        Гипотезы исследования:

1. Допустим, шарику помогает ветер.
2. Предположим, что газ в шарике легче воздуха.
3. Возможно, шарику помогает выходящий из него воздух.

        Методы исследования:

1. Изучение литературы.
2. Поиск в Интернете.
3. Проведение  опытов.
4. Наблюдение.
5. Мнение других людей.
6. Сравнение и сопоставление фактов.

Немного истории...

        Глядя на современные воздушные шары, многие люди думают, что эта яркая, приятная игрушка стала доступной только недавно. Некоторые, более осведомленные, считают, что воздушные шары появились где-то в середине прошлого века.

            А на самом деле - нет! История шаров, наполненных воздухом, началась гораздо раньше. В прежние времена, разрисованные шары, изготовленные из кишок животных, украшали площади, где проводились жертвоприношения и гулянья знатных людей Римской Империи. После воздушные шары стали применять бродячие артисты, создавая оформление шарами для притягивания новых зрителей. Тема воздушных шаров затрагивается также в русских летописях – скоморохи, выступая для князя Владимира, употребляли шарики, изготовленные из бычьих пузырей.

        Первые шары современного типа создал известный английский исследователь электричества, профессор Королевского университета Майкл Фарадей. Но создавал он их не для того, чтобы раздать детям или торговать на ярмарке. Просто он экспериментировал с водородом.

Интересен способ, которым создавал Фарадей свои воздушные шары. Он вырезал два куска каучука, накладывал их друг на друга, склеивал контуру, а посредине насыпал муку, чтобы стороны не липли друг к другу.

        Идея Фарадея была подхвачена пионером резиновых игрушек Томасом Ханкоком. Он создавал свои шары в форме набора «сделай сам» состоящего из бутылки с жидкой резиной и шприца. В 1847 году в Лондоне вулканизированные шары были представлены Дж. Г. Инграмом. Уже тогда он использовал их как игрушки, которые нужно продавать детям. Собственно говоря, именно они их и можно назвать прототипом современных шаров.

        Лет через 80 после этого научный мешочек для водорода превратился в популярную забаву: каучуковые шары широко использовалась в Европе во время городских праздников. За счет наполнявшего их газа они могли подниматься вверх – и это очень нравилось публике, еще не избалованной ни воздушными полетами, ни другими чудесами техники. 

     В 1931 году Нейлом Тайлотсоном был выпущен первый современный, латексный воздушный шарик. И с тех пор воздушные шарики наконец-то смогли измениться! До этого они могли быть только круглыми – а с приходом латекса впервые появилась возможность создавать длинные, узкие шарики.

        Это новшество немедленно нашло применение: дизайнеры, оформляющие праздники, стали создавать из шаров композиции в виде собак, жирафов, самолетов, шляп. Их стали применять клоуны, изобретая необыкновенные фигуры.

Исследовательская работа.

        Для начала я решила узнать мнение моих одноклассников и учеников других первых классов. Как они думают, что заставляет улетать воздушный шарик, который не завязан? С этой целью я провела анкетирование. Я предложила им три варианта ответа:

        1) Шарику лететь помогает ветер.

        2) Газ в шарике легче воздуха, поэтому шарик и летит.

        3) Лететь шарику помогает выходящий из него воздух.

Просмотрев ответы моих ровесников, я увидела, что половина опрошенных (50%) считают, что газ в шарике легче воздуха. 45% считают, что шарику помогает лететь ветер. То, что шарику помогает лететь выходящий из него воздух  посчитали 5% детей. Я сделала выводы, что мне придется опытным путем выяснить, что заставляет двигаться воздушный шарик и поделиться  результатами опытов с ребятами.

1. Выяснить, что заставляет двигаться воздушный шарик.

Гипотеза 1. Допустим, ему помогает ветер.

        Надуем два шарика. Один из них завяжем ниткой. Выйдем на улицу в ветреную погоду. Отпустим шарики. Они летят. Завязанный шарик летит от порывов ветра. А тот, который не завязан, летит быстрее. А потом оба падают на землю. В квартире, где нет ветра, завязанный шарик медленно падает на пол. А незавязанный - летит, хотя и медленнее, чем на улице. А потом падает.

        Все-таки ветер помогает полету шарика. Но он летит и без ветра. Значит, моя гипотеза подтвердилась частично.

Гипотеза 2. Предположим, что газ в шарике  легче воздуха, поэтому он летит.

        Я знаю, чем теплее воздух, тем он легче, поэтому поднимается вверх воздушный шар. Может. углекислый газ тоже легче воздуха?

        Проведем следующий опыт. Возьмем два одинаковых шарика. Один надуем сами углекислым газом, а другой с помощью насоса воздухом. Свяжем их ниткой и перекинем через палочку. Мы видим, что шарик, надутый углекислым газом опустился ниже. Значит, он тяжелее. В справочнике я нашла подтверждение моему выводу. Оказалось,  что углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха.

Эта гипотеза оказалась ложной.

Гипотеза 3. Возможно, шарик толкает воздух  выходящий из него.

        Когда мы надуваем шарик, то резиновая оболочка растягивается и заполняется воздухом. Когда входное отверстие освобождаем, воздух с силой вырывается наружу. Шарик при этом уменьшается. Воздух из шарика летит в одну сторону, а оболочка шарика в другую. Они отталкиваются друг от друга. Путь шарика непредсказуем. Когда весь воздух выходит из шарика, он останавливается.

        Я спросила об этом  у учителя физики Сергея Вячеславовича. Он сказал, что шарик улетает под действием реактивной силы. Реактивное движение возникает, когда от тела отделяется с некоторой скоростью его часть.

        Значит, шарик толкает воздух, который выходит из него. Мой шарик -реактивный.

2. Провести опыты, показывающие реактивное движение.

  Проведем еще несколько опытов, показывающих реактивное движение шарика.

1. Надуем воздушный шарик, вставим согнутую трубочку и завяжем. Прикрепляем шарик к маленькой машинке. Трубочка должна смотреть назад. Освобождаем трубочку. Воздух выходит назад. Машинка едет вперед под действием реактивной силы.
2. Такой же шарик с трубочкой опускаем в миску с водой. Трубочка должна смотреть в сторону. Освобождаем трубочку. Шар начинает вращаться по воде под действием реактивной силы.  

3. Узнать, как влияет форма шарика и толщина резины на дальность полета.

        Интересно, от каких факторов зависит дальность полета шарика?

Возьмем шарики разные по размеру и толщине резины и проведем эксперимент.

Возьмем леску и натянем ее по комнате. На леску наденем часть соломинки. Будем надувать шарики насосом одинаковым количеством воздуха (10 качков).  Шарики прикрепим к соломинке скотчем и отпустим. Шарик пролетит по леске какое-то расстояние и остановится. Измерим пройденный путь.

Для наглядности заполним таблицу результатов.

Вывод: Чем толще резина и больше размер шарика, тем дальше он летит.

4. Есть ли в растительном и животном мире представители, которые двигаются, как воздушный шарик.

Реактивное движение можно наблюдать в живой природе. 

        Реактивное движение используется многими моллюсками.

Осьминоги, кальмары и каракатицы имеют специальный мешочек. В него они  набирают воду и выпускают ее сильной струей наружу. Струя эта отталкивает животное назад. Кальмар может развивать скорость до 60–70км/ч.

        Морской моллюск-гребешок, резко сжимает створки раковины, рывками двигается вперед за счет реактивной струи воды, выброшенной из раковины. Скачок крупного гребешка может достигать полуметра или даже больше в длину.

        Сальпа - морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие и выталкивает через заднее отверстие наружу.  Так она движется вперед.

        Медуза выталкивает из-под своего колоколообразного тела воду, получая толчок в обратном направлении.

        Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений. Созревшие плоды “бешеного” огурца при лёгком прикосновении отскакивают от плодоножки, и из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается жидкость с семенами; сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет "бешеный" огурец более, чем на 12 метров.

5. Узнать, как ученые использовали знания о таком движении.

Одно из главнейших изобретений человечества в XX веке - это изобретение реактивного двигателя, который позволил человеку подняться в космос. Так появились ракеты, а затем реактивные самолеты. Позже инженеры создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его назвали водометом. Такой двигатель стоит на некоторых быстроходных катерах.

Весело и полезно!

        Изучая данную тему, я обнаружила информацию о том, что надувать воздушные шарики не только весело, но и полезно!         Оказывается, они "дарят" здоровье нашим легким. Надувание шаров положительно влияет на наше горло (даже служит средством профилактики ангины), а также помогает укрепить наш голос. Этой помощью часто пользуются певцы, так как такая тренировка помогает им правильно дышать во время пения.

Заключение

        Итак, подведем итоги... В ходе изучения данной темы, я выяснила, что, во-первых, ветер все-таки помогает лететь воздушному шарику, но, когда он не завязан, он летает и в зарытом помещении без ветра. Моя вторая гипотеза не подтвердилась, углекислый газ, который мы выдыхаем не легче, а тяжелее воздуха, поэтому не может помогать шарику улетать. Полностью подтвердилась моя третья гипотеза, что шарику лететь помогает выходящий из него воздух. Я выяснила, что в этом случае воздушный шарик двигается под действием реактивной силы. Также я провела опыты и выявила, что на дальность полета воздушного шарика влияет его размер и толщина резины, из которой он сделан.

        Благодаря изучению этой темы, я узнала много нового и интересного. Я познакомилась с историей создания современного воздушного шарика и его предшественников. Я узнала, что газ, который мы выдыхаем, называется углекислым, и что он в полтора раза тяжелее, чем воздух, которым мы дышим. Я научилась сама проделывать различные интересные опыты, наблюдать, сравнивать полученные результаты и делать выводы. Меня ознакомили с реактивным движением, хотя физику я буду изучать еще не скоро. Я узнала, что в природе есть животные и растения, которые используют реактивное движение. Оказалось также, что надувать воздушные шарики не только весело, но и полезно для здоровья.

        Я считаю, что данную работу можно использовать на уроках, чтобы демонстрировать в простой и красочной форме действие реактивной силы, наглядно показать, что углекислый газ тяжелее воздуха. Ведь, когда мы сами проводим различные опыты или наблюдаем за их проведением, нам легче понять принцип действия чего-либо, тем более, если эти опыты такие яркие и веселые!