Научно-практическая конференция "Искусство открытий" Творческий проект по анимации

Оглавление

Введение…………………………………………………………………….……...3

Глава 1

 1.1 История происхождения и возникновения   ракеты……………….………5

1.2 Устройство и принцип движения ракеты.……………………………………………………………………….……..6

Глава 2

2.1 Практическое исследование  действия    реактивной силы опытным путем ………………………………………………………………………………… .….9

2.2 Практическое применение принципов реактивной силы при запуске простейшей модели  бумажной ракеты………………………………………….11

Заключение……………………………………………………………………….…12

Список литературы………..……………………………………………….……….13

Введение

Мы живем в двадцать первом веке, когда очень быстро развивается техника и наука. Появился интернет, мобильная связь, цифровое телевидение, средства массовой информации. Собираясь в путь, мы можем на несколько дней вперед узнать о прогнозе погоды - все это нам дают искусственные спутники Земли.  А ведь вывела спутник на околоземную орбиту –ракета –  продукт человеческого ума и труда. Ракеты прочно завоевали себе место в современном мире. Ракеты с автоматическими самозаписывающими приборами уже поднялись на огромные высоты и помогают нам раскрыть тайны воздушного океана, простирающегося над Землей. Ракета несёт  службу погоды. Метеорологические ракеты забрались туда, куда не поднимается шар-зонд с приборами. Пролетая огромные расстояния с большими скоростями, ракеты могут дать информацию о погоде на большие пространства, передавая по радио сведения о состоянии атмосферы на различных высотах, в разных местах. Так ракеты помогают нам предсказывать погоду, и даже управлять погодой. Проверить и дополнить то, что мы знаем об атмосфере, пополнить наши знания о больших высотах поможет созданная человеком ракета. Ракеты используют  на войне, Появилось ракетное оружие. Это очень грозное оружие. Современные ракеты могут точно поразить цель на расстоянии в тысячи километров. Вообще представить жизнь современного общества без достижений в ракетостроении и космонавтике не возможно. Ракета в безвоздушном пространстве – это единственный придуманный способ движения.  А задумывались ли вы  когда появился первый летательный аппарат, как он устроен  какая сила движет ей  почему облетев вокруг земли возвращается обратно.   Вот и нам  стало интересно. В своем исследовании нам  предстоит узнать принцип работы ракеты её движущую силу, сделать бумажную модель простейшей ракеты и попробовать осуществить ее полет.

Цель исследовательской работы: выяснить причину взлета ракеты.

Объект исследования: ракета.

Предмет исследования: реактивная сила.

Гипотеза исследования основана на предположении о том, что внутри ракеты образуется   некоторая сила, благодаря которой ракета отталкивается от земли и поднимается вверх.

Задачи исследования:

1. Изучить историю возникновения и развития  ракеты.
2. Изучить  строение, устройство, виды ракет
3. Узнать на чем основывается движущая сила ракеты.
4. Используя полученные знания продемонстрировать наглядно принцип действия реактивной силы – движущей силы ракеты на бумажной модели ракеты.

Глава 1. История  зарождения  ракетной техники

1.1 История возникновения и развития ракеты

Много веков прошло, прежде чем люди нашли способ преодолеть силу земного тяготения и подняться в космическое пространство. На чем только не летали к Луне, Солнцу и звездам герои сказок. До нас дошли былины о Тугарине Змеевиче, сказки о Коньке-горбунке, о полете Ивана-царевича на ковре-самолете. Предлагалось использовать магниты и пушку. И только на ракету никто долго не обращал внимания.   Что же такое ракета?

Русское слово ракета  произошло от немецкого rаkеt,  а это немецкое слово происходит от уменьшительного итальянского rосса, что значит «веретено». Т.е. ракета означает «маленькое веретено». Связано это с формой ракеты: она похожа на веретено – длинная, обтекаемая, с острым носом. Форма ракеты «как веретенце» связана с тем, что ей приходится по дороге в космос пролетать через воздух. Воздух мешает лететь быстро. Его молекулы стукаются о корпус и тормозят полет.  Для того чтобы уменьшить воздушное сопротивление форму ракеты делают   гладкой и обтекаемой. Истоки возникновения ракет большинство историков относят ко временам китайской династии Хань (206 год до н. э. — 220 год н. э.), к открытию пороха и началу его использования для фейерверков и развлечений. Сила, возникающая при взрыве порохового заряда, была достаточной, чтобы двигать различные предметы.

 Позже этот принцип  нашёл применение при создании первых пушек и мушкетов. Снаряды порохового оружия могли летать на далёкие расстояния, однако не были ракетами, поскольку не имели собственных запасов топлива. Тем не менее, именно изобретение пороха стало основной предпосылкой возникновения настоящих ракет. Описание летающих «огненных стрел», применявшихся китайцами, показывает, что эти стрелы были ракетами. К ним прикреплялась трубка из уплотненной бумаги, открытая только с заднего конца и заполненная горючим составом. Этот заряд поджигался, и затем стрела выпускалась с помощью лука.

В XX веке Константи́н Эдуа́рдович Циолковский русский и советский ученый-самоучка  и изобретатель, школьный учитель придумал ракетам новую профессию. Он мечтал о том, как  человек станет летать в космос.

Константин Циолковский занимался теорией реактивного движения, Благодаря его теории реактивного движения появилась  ракета –летательный аппарат с реактивным двигателем. Был первым кто спроектировал ракету для межпланетных сообщений в 1903 году и предложил использовать многоступенчатые ракеты для дальности полета. Так появилась ракета  - летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счёт действия силы, возникающей при отбросе ракетой части собственной массы (рабочего тела).  

Другой  отечественный ученый юный  Сергей Королев мечтал стать летчиком, строить летательные аппараты и летать на них. Когда С.П. Королев познакомился с трудами К.Э.Циолковского, он навсегда увлекся полетами в космос. С 1933 года Королев руководил отделом ракетных летательных аппаратов в Реактивном научно исследовательском институте  именем С.П. Королева связано начало освоения космического пространства страны. В 1957 году в СССР под руководством Сергея Павловича Королёва как средство доставки ядерного оружия  была создана первая в мире  управляемая крылатая  ракета  и использована для запуска первого в мире искусственного спутника Земли. Так началось применение ракет для космических полётов.

    1.2.  Устройство и принцип  работы ракеты

Рассмотрим вопрос об устройстве ракет-носителей, т.е. ракет, предназначенных для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов на  примере одноступенчатой и многоступенчатой  ракеты.

В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем. Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае это космический корабль), приборный отсек и двигатель, который называется реактивным. Двигатели – важнейшая составная часть ракеты-носителя. Они создают силу за счет которой ракета поднимается в космос. Реактивный двигатель устроен очень просто. В нём есть специальная камера, в которой сгорает топливо. А из этой камеры есть только один выход – сопло. Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания, где сгорая они превращается в газ высокой температуры и высокого давления, В результате возникновения большой разности давлений в камере сгорания и в космическом пространстве газы из камеры сгорания выталкиваются наружу через сопло с огромной скоростью. В силу закона сохранения импульса ракета получает импульс, равный по модулю и противоположно направленный импульсу вылетевшей струи газа, который мощной струей устремляется наружу через раструб специальной формы называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи газов. С какой целью увеличивают скорость выхода струи газа? Дело в том, что от этой скорости зависит скорость ракеты.  Сила, которая выбрасывает продукты сгорания ракетного заряда в одну сторону, сопровождается равной силой, увлекающей ракету в противоположную сторону. Это обуславливается законом равенства действующей и противодействующей силы. Всякая действующая сила — гласит этот закон — сопровождается равною противодействующею силою.   Другими словами, энергия сгораемого топлива, направленная в одну сторону (в Землю), толкает ракету в противоположную сторону (от Земли) и она летит в космос. Воздушный шар поднимается в небо, потому что он лёгкий и воздух выталкивает его вверх. А вот ракете, чтобы взлететь, воздух не нужен. Какая же сила поднимает ракету?  Эта сила называется реактивной. Есть ли вокруг воздух, нет ли воздуха - для полёта совсем не важно. То, что её поднимает, создаёт она сама. Только газу нужно энергично отталкивался от ракеты, чтобы силы его толчков хватило на подъём, поскольку ракету ничто не держит, то она и летит туда, куда её толкает газ: вперёд. Сила, возникающая в результате  взаимодействия реактивной двигательной установки с истекающей из сопла струёй расширяющейся жидкости или газа называется реактивной тягой. В основу возникновения реактивной тяги положен закон сохранения импульса. Реактивная тяга обычно рассматривается как сила реакции отделяющихся частиц. Точкой приложения её считают центр истечения — центр среза сопла двигателя, а направление — противоположное вектору скорости истечения продуктов сгорания.

Чтобы преодолеть притяжение земли, оторваться от этого гигантского магнита у ракеты есть несколько ступеней  с топливом, которые постепенно отваливаются, когда топливо сгорает.  Многоступенчатые ракеты предназначены для дальних полетов и развивают гораздо большие скорости, после того как топливо и окислитель первой ступени будут израсходованы, эта ступень автоматически отбрасывается и в действие вступает двигатель второй ступени и т.д. Уменьшение общей массы ракеты путем отбрасывания уже ненужной ступени позволяет сэкономить топливо, окислитель и увеличить скорость.

Движение, которое возникает как результат отделения от тела какой-либо части, либо как результат присоединения к телу другой части, называется реактивным движением.  Среди растений реактивное движение встречается у созревших плодов бешеного огурца. При созревании растения его плод отцепляется от плодоножки. Под большим давлением из плода выбрасывается жидкость с семенами, которая направлена в противоположное направление движению плода. Среди животного мира реактивное движение встречается у кальмаров, осьминогов, медуз, каракатиц, морских гребешков и других.

Глава 2. Практическое исследование и применение реактивной  силы (силы тяги)

2.1  Исследование действия  реактивной силы опытным путем

Перед проведением эксперимента нами был проведен опрос. В опросе участвовало 25 школьников. Анализ  ответов,  показал следующий результат.

На вопрос знаете ли вы что называют ракетой из числа опрошенных 17 человек ответили, что ракета это оружие (68%); 5 человек ответили, что это транспорт (20%); 3 человека считают,  что это летательный аппарат (12%).  На вопрос  «Знаете ли вы, почему ракета взлетает?» 5  человек  дали верный ответ  (20%)  остальные не смогли дать верный ответ (80 %). Какая сила называется реактивной и что называется реактивной тягой  смогли  ответить утвердительно только  утвердительно ответили 5 опрашиваемых (20 %),  у остальных 20 (80%)  школьников вопрос  вызвал существенные затруднения.

На вопрос «Может ли   реактивная сила проявляться  без наличия реактивного двигателя?»  24 человека ответили «не знаю» (100%). Результаты опроса представленные  на диаграмме (Приложение 1).

Изучив результаты анкетирования мы пришли к выводу, что данная  тема,  несмотря на затруднения  в формулировке ответов вызывает повышенный  интерес  у  опрошенных ребят, и поэтому убеждены, что она    актуальна для изучения, а проведенное исследование и результаты эксперимента будут интересными и познавательными  для школьников любого возраста.

Для проведения исследования принципа действия реактивной силы, мы провели два опыта. Первый опыт с воздушным шариком. Такой опыт наглядно демонстрирует, что происходит в камере сгорания,  как работает сопло.  Сопло представляет собой цилиндрический или конический патрубок, один      конец которого присоединён к источнику жидкости или газа, а из другого истекает струя. Принцип действия сопла основан на истечении жидкости или газа за счёт перепада их давлений по длине канала сопла.

  Для того чтобы провести первый опыт мы использовали: леску,             воздушный шарик, ручку и скотч.

Алгоритм опыта представляет ряд закономерных и  последовательных действий:

1-прокладываем путь шарика,  натягиваем леску. Закрепив вверху один конец, так чтобы шар мог подняться вверх;

2-продергиваем второй конец лески в ручку;

 3-  надуваем шарик, но не завязываем;

3-приклеиваем  шарик к ручке скотчем;

4-отпускаем шарик.

Благодаря тому,  что шар выпускает воздух, он поднимается вместе  с ручкой вверх по леске.

Для проведения второго опыта нам понадобится: пластиковая бутылка, основание - «ракетная установка» куда будет устанавливаться  бутылка, салфетка,  «ракетное топливо» - смесь пищевая соды, воды и  уксуса; пробка-заглушка. Для проведения опыта необходимо выполнить ряд последовательных действий:

1-ракетную установку  устанавливаем прочно в сугроб;

 2-наливаем воду в бутылку и добавляем уксус – в пропорции 1/ 4;

 3- в салфетку насыпаем соду, и заматываем салфетку в трубочку, таким образом, чтобы края были подвернуты внутрь и сода не высыпалась;

 4-очень быстро опускаем салфетку в бутылку, закрываем  пробкой-заглушкой, ставим в ракетную установку  и отходим на безопасное расстояние.

Взаимодействие соды с уксусом вызовет  реакцию нейтрализации. Суть её состоит в том, что кислота при взаимодействии с щелочью (содой) нейтрализуют друг друга, выделяя углекислый газ.
Он накапливается в бутылке, в какой-то момент выбивает пробку и, создавая реактивную силу (тягу), уносит бутылку-ракету вверх.

Последовательность  проведения опытов представлена в Приложении 2 видеопрезентация «Реактивная сила».

2.2 Практическое использование реактивной силы при запуске простейшей модели  бумажной ракеты.

В ракетомоделизме изучают  различные  виды  ракет, чертежи по которым изготавливаются уменьшенные  модели - копии ракет с целью дальнейшего запуска при использовании  двигателей.   Мы для практического применения полученных в ходе исследования знаний изготовили простейшую бумажную модель ракеты. Её характеризует простота конструкции и эксплуатации. Выполненная  нами  модель дает возможность применить закон сохранения импульса который лежит в основе реактивной тяги при запуске нашей ракеты, наглядно и доступно объясняя принцип движущей силы при взлете  настоящей ракеты.  Этапы изготовления и  запуска бумажной модели ракеты представлены в Приложении 3,  мультимедийная презентация « Какая сила поднимает ракету?!».

Заключение

В ходе своей исследовательской работы  нами были рассмотрены понятие  ракеты,  реактивной силы. Изучено строение ракеты и принцип работы ракеты. При проведении исследования мы использовали  знания из области  истории ракетостроения, физики, химии, биологии, технической механики. В результате проведенного исследования мы пришли к выводу о том, что в основе движущей силы ракеты  лежит  реактивная тяга - сила, возникающая в результате взаимодействия реактивной двигательной установки с истекающей из сопла струёй расширяющейся жидкости или газа, обладающих кинетической энергией. В основу возникновения реактивной тяги положен закон сохранения импульса. Благодаря нескольким ступеням из которых состоит ракета  она способна ускоряться и удаляться на большое расстояние. Проведенные нами практические опыты позволили  в доступной форме наглядно пронаблюдать действие реактивной силы в лабораторных условиях, и  на примере использования бумажной модели ракеты применить действие реактивной силы при её запуске. Знания о строении ракеты позволили самостоятельно изготовить простейшую модель ракеты из бумаги.

Гипотеза исследования, основанная  на предположении о том, что внутри ракеты образуется   некоторая сила, благодаря которой ракета отталкивается от земли подтвердилась.

 Работа над проектом для нас  была очень приятной и интересной,  способствовала не только собственному самообразованию и расширению кругозора, предоставила возможность, поделиться своим знаниями с одноклассниками.

В результате проделанной работы подготовлены мультимедийная презентация и видеофильм,  которые  привлекут   интерес учащихся начальной школы к изучению истории космонавтики и ракетомоделированию. Считаем, что данную работу можно использовать на классном часе, на уроке физики и химии.

Список литературы

1. Детям о космосе. Демонстрационный материал для работы с детьми по пособиям Т.А. Шорыгиной, Е.А. Паниковой,     В.В. Инкиной, 2011.
2. Дошкольникам о российских покорителях космоса. Л. Б. Дерягина, 2013.
3. Мир в картинках: Авиация , 2010.
4. Расскажите детям о космонавтике, Емельянова Э., 2012.
5. Мир в картинках: Космос. 3-7лет, Дорофеева А., 2010.
6. Кротов И.В., Модели ракет: Проектирование. – М.: ДОСААФ,1979.
7. Поливанова К. Н. Проектная деятельность школьников: пособие для   учителя. М.: Просвещение, 2008.
8. Технология. Летающие модели. В.В.Выгонов УМК. 2013 г.