Искусство дарить подарки – одна из отличительных черт человеческого общества. Подарок служит выражением нашего отношения к близким и друзьям. Подарки сделанные своими руками, не потребуют больших материальных затрат, зато в каждом из них отражается щедрость души, трепетное отношение к человеку, для которого с любовью и старанием мы создавали единственный в своем роде сувенир. Как известно, самые благодарные получатели подарков – дети. Сколько восторга доставляют им игрушки, особенно если они необычные, такие, каких нет у других.
Гипотеза: как сделать подарок младшему братишке, не залезая в родительский кошелек?
Климат с. Павлофедоровка.
С. Палофедоровка Кировского района располагается в центральной части Приморского края. Климат умеренно-муссонный, с морозными зимами (в январе ?25?40° C) и жарким влажным летом (в июле +25° +30°). Средняя скорость ветра — 2,9 м. С увеличением высоты скорость ветра возрастает.
Скорость ветра для оптимального запуска воздушного змея:
1–2 м/с: только самые легкие воздушные змеи будут летать;
2–4 м/с: хороший ветер для новичков;
4–8 м/с: превосходные условия для полета воздушного змея любой конструкции;
8–11 м/с: хороший ветер для специалистов. Будьте более внимательны;
11–14 м/с: только для специалистов.
Поэтому в качестве подарка-сюрприза для брата я выбрала воздушного змея.
Цель: изготовить воздушного змея к 12.05.2014. (день рождения брата 20.05.)
Задачи:
- найти в интернете макеты и чертежи самых простых воздушных змеев;
- определить какие материалы нужны для изготовления воздушного змея в домашних условиях;
- заручиться помощью папы для изготовления и запуска змея (выяснить, а сможет ли он вообще летать?);
- изготовить воздушного змея;
- запустить воздушного змея, отрегулировать его полет;
- подарить подарок брату.
Основная часть
1. Конструкция воздушного змея.
Воздушный змей — привязной летательный аппарат тяжелее воздуха. Поддерживается в воздухе давлением ветра на поверхность, поставленную под некоторым углом к направлению движения ветра и удерживаемую леером с земли.
1.1. Классификация
По форме и устройству аэродинамических поверхностей различают:
- одноплоскостные - простейшие конструкции. Обладают невысокой подъёмной силой и малой ветровой устойчивостью. Таким змеям обязательно нужен хвост - шнур с привешенным к нему грузиком.
- многоплоскостные — этажерочные, коробчатые и многоячеечные из отдельных ячеек в форме тетраэдров или параллелепипедов. Важной их особенностью является высокая устойчивость.
- составные или групповые, состоящие из группы воздушных змеев.
1.2. Основные конструктивные элементы воздушного змея:
- натянутая на жёсткий каркас или мягкая, без каркаса, поддерживающая (аэродинамическая) поверхность из материи или бумаги;
- наматываемый на лебёдку или катушку леер (пеньковая верёвка, стальной трос, прочная нить);
- уздечка для крепления к воздушному змею леера и органы устойчивости (хвост).
1.3. Обеспечение устойчивости.
1.3.1. Продольная устойчивость обеспечивается хвостом или формой аэродинамической поверхности;
1.3.2. Поперечная — килевыми плоскостями, устанавливаемыми параллельно привязному канату, или изогнутостью и симметричностью аэродинамической поверхности.
1.3.3. Устойчивость полёта воздушного змея зависит также от положения центра тяжести змея.
1.4. Виды воздушных змеев:
- монах
- плоский змей;
- коробчатый змей.
2. Изготовление воздушного змея “Монах”
Самый простой воздушный змей – “монах”. Его изготавливают из квадратного листа плотной бумаги. “Монах” состоит из корпуса, пут, хвоста и нитки, с помощью которой его можно запустить.
2.1. Порядок изготовления
2.1.1. Из бумаги вырезать квадрат со стороной 15-20 см. Его углы назовем A, B, C, D.
2.1.2. Лист согнуть по диагонали AC. Загиб прогладить с нажимом, чтобы след от него четко обозначился на листе.
2.1.3. Уголок с вершиной B согнуть так, чтобы сторона AB совместилась со стороной AC.
2.1.4. Теперь перевернуть заготовку на другую сторону и таким же образом отогнуть угол листа с вершиной D, при этом сторона AD должна совместиться с линией AC. Все загибы прогладить утюгом.
2.1.5. Уголок листа с вершинами B и D отогнуть и совместить стороны EB и E’B со сторонами AE и AE’.
2.1.6. Еще раз прогладить все загибы утюгом и развернуть лист. Получился корпус “монаха”. Его крылышки BFE и DF’E’ должны быть развернуты в разные стороны.
2.1.7. В точках F и F’ и в точке C на корпусе прорезать небольшие отверстия, чтобы можно было прикрепить путы. Для этого подойдут 2 прочные нитки. Их длина должна быть равна высоте треугольника FAF’.
2.1.8. В отверстии в точке C прикрепить хвост. Его можно сделать из плотной тесьмы или ленты шириной 1,5-2 см. Длина хвоста должна равняться 4-5 длинам стороны AC корпуса “монаха”. Ленту продеть в подготовленное отверстие, загнуть и сшить по кромкам нитками.
2.1.9. Прикрепить прочную нитку для запуска змея. Она привязывается к путам точно по
середине. Нитка должна иметь достаточно большую длину, лучше всего ее намотать на катушку, тогда запускать змея будет гораздо удобнее.
2.1.10. Готового змея расписать или оклеить различными аппликациями, тогда он будет выглядеть еще красивее.
Последовательное изготовление корпуса “Монаха”.
Крепление пут и хвоста “Монах”
2.2. Пробный запуск
2.2.1. Чтобы удостовериться в том, что змей хорошо летает, я сделала пробный запуск. Запускали змея, с папой, на открытом пространстве, где поблизости не было высотных зданий, деревьев и линий электропередач.
2.2.2. Папа держал змея, а отошла против ветра на расстояние 10–15 м, постепенно распуская леер. По моему условному знаку папа подкинул змея вверх. Погода была ветреная, то он сразу взмыл ввысь.
2.2.3. При слабом ветре пришлось пробежать некоторое расстояние, чтобы змей набрал высоту. Когда он стал хорошо держаться в воздухе, нитку постепенно отпустила, и змей взлетая, быстро набирал высоту и устойчиво парил, слегка виляя в полете из стороны в сторону. Значит, мы его сделали правильно.
2.3. Принцип действия
Воздушный змей поднимается в воздух благодаря движению воздуха.
2.3.1. Если ко всем четырем углам змея привязать по нитке и связать их вместе, он не полетит даже при очень сильном ветре. Дело в том, что встречный поток воздуха будет равномерно давить как на поверхность змея, так и на нити, привязанные по углам.
2.3.2. Если связать вместе только три нити из четырех, то при движении змей расположится под небольшим углом к поверхности земли – “углом атаки”. Сила сопротивления воздуха будет оттягивать змея назад и заставит его подняться в воздух. Подъемная сила определяется сразу несколькими величинами: “углом атаки”, давлением встречного воздуха и размером змея.
2.3.3. Центр тяжести змея должен располагаться на оси его симметрии – продольной линии корпуса змея, которая делит его на две равные части.
2.3.4. Путы, или стропы, которые прикрепляются к змею для обеспечения ему “угла атаки”, должны быть тщательно подобраны по длине и прикреплены к корпусу в определенных местах. Если это правило нарушить, он или вообще не поднимется в воздух, или будет плохо летать, виляя из стороны в сторону.
2.3.5. Хвост змея также играет большую роль. Это не столько украшение конструкции, сколько приспособление, предназначенное для ее управления. При неправильно отрегулированном хвосте змей или совсем не взлетит, или будет летать неустойчиво.
2.4. Возможные недостатки
2.4.1. Змей при запуске крутится вправо или влево. Это означает, что нитка прикреплена не в середине.
2.4.2. Если и после устранения этого недостатка “монах” продолжает крутиться, нужно обратите внимание на его хвост – он или слишком мал, или слишком легок. Проверить это очень просто: привязать к нему пучок травы или щепку – если змей выровнял свой ход, значит, хвост нужно удлинить. Иным выходом из ситуации будет прикрепление разных украшений в виде бантиков, бабочек, помпонов.
2.4.3. При слишком тяжелом хвосте змей тоже плохо взлетает и набирает высоту. В этом случае хвост нужно облегчить, отрезав от него небольшой кусочек или убрав украшения.
3. Изготовление плоского воздушного змея
Плоский змей имеет более сложную конструкцию по сравнению с монахом”.По форме различают змеи в виде прямоугольника, равнобедренного треугольника, правильного или вытянутого многоугольника и др.
Основные детали плоского змея: корпус, путы, хвост, нитки (шнур). При желании змей можно снабдить трещоткой.
3.1. Расчет плоского воздушного змея
У змея квадратной формы все стороны его корпуса, естественно, равны. У змея в виде прямоугольника меньшая сторона корпуса должна составлять 3/4 длинны большей его стороны. У змея в виде равнобедренного треугольника, длина его корпуса должна быть примерно в полтора раза больше его ширины (основания этого треугольника). У змеев в виде вытянутых пяти- или шестиугольников боковые стороны по длине должны быть равны ширине корпуса. Длину же корпуса делают в полтора раза больше его ширины.
Формы плоских змеев
Соотношение размеров
3.2. Корпус плоского воздушного змея состоит из легкого деревянного каркаса и обшивки. Материалы для изготовления каркаса: ивовая лаза (прутки), стебли камыша, тонкие рейки из бамбука, дранка из сосны, березы, липы, а лучше всего оконные штапики. Я использовала оконные штапики.
3.3. Я по этим размерам вырезала обшивку и на нее наклеила рейки корпуса. В начале наклеивают рейки по краям обшивки, а затем на перекрещивающиеся рейки. Клей применяла самый разный: столярный, казеиновый, БФ и др. Концы реек должны выступать за края обшивки на 3–4 см. По всем углам корпуса перекрещивающиеся рейки обвязала нитками.
Сборка корпуса
3.4. Когда корпус высох, рейку АВ прогнула, оставляя обшивку на внешней стороне, и зафиксировала этот прогиб с помощью нитки, натянутой между концами прогнутой рейки
3.5. На стягивающую нитку можно установить трещотку. Во время полета змея под воздействием воздушных потоков, трещотка будет быстро вращаться на закрепленной нитке и трещать. По размерам трещотка должна быть изготовлена так, чтобы, вращаясь, она не задевала корпус змея.
3.6. К углам корпуса в местах пересечения реек (точки А и В) привязала нитка такой длинны, чтобы середина нитки при натяжении достигла центра корпуса змея в точке О. Так я получим верхние стропки.
3.7. Затем в точке О корпуса проколола два отверстия (по обе стороны листа пересечения центральных реек), в отверстия продела нитку и прочно завязала вокруг реек. Длина этой нижней стропки равна расстоянию на корпусе от точки О до середины рейки АВ. Привязав, нижнюю стропку по середине верхней, получила путы. В точке соединения стропок привязала шнур для запуска. Путы к корпусу змея крепила со стороны обшивки, чтобы воздушные потоки при полете змея прижимали обшивку к приклеенным рейкам корпуса.
3.8. Изготовление хвоста.
Хвост состоит из собственно хвоста и его подхвостка, для которых потребуется тесьма или полоска хлопчатобумажной ткани шириной 1,5–2 см. Подхвосток привязала нитками к нижним углам корпуса змея (в точках С и D). К подхвостку в его середине пришила хвост. Половины подхвостка СМ и DM должны быть равны, иначе змей в полете будет крутиться.
3.9. Регулировка змея.
- если змей не взлетает или взлетает, но не набирает высоту – значит, тяжел его хвост. Нужно в этом случае хвост укоротить.
- если же после укорачивания хвоста змей все равно не набирает высоту, следует изменить длину нижней стропки пут.
- в случае если при полете змей виляет то вправо, то влево нужно проверить равенство длин верхних стропок и подхвостка. Если здесь все в порядке - значит, мала длина хвоста.
Для проверки привязала к хвосту небольшой пучок сухой травы. Пришла к выводу: если после этого змей начинает лучше набирать высоту и не крутиться в полете, нужно снять этот дополнительный груз и удлинить хвост. При правильной регулировке змей должен хорошо взлетать, быстро набирать высоту и уходить вдаль, по мере распускания нитки, на которой он запускается. При этом он будет парить в высоте, слегка виляя из стороны в сторону. Нитки для изготовления пут должны быть крепкими, иначе под напором ветра змей просто оторвется. Путы и хвост для плоских змеев другой формы делаются аналогично.
Возможное оформление воздушного змея.
Возможное оформление воздушного змея
4. Меры предосторожности
4.1. Никогда не запускать воздушных змеев около линий электропередач.
Электропровода очень опасны для жизни. Электричество, проходящее через наше тело в землю, может привести к смертельному исходу.
4.2. Никогда не запускать воздушных змеев во время грозы.
Воздушный змей, запущенный во время грозы может привлечь к себе молнию и стать молниеотводом. Вряд ли это можно пережить.
4.3. Никогда не запускать воздушных змеев рядом с людьми или животными.
Это может напугать как людей, так и животных. Очень интересно наблюдать за собаками, когда они гоняются за воздушным змеем, но рано или поздно ветер станет слабее и собака, поймав змея, сведет на нет все ваши труды.
4.4. Никогда не запускать воздушных змеев около аэропортов.
Во многих странах, по всему миру, это запрещено делать. В Северной Америке, например, запрещен запуск воздушных змеев ближе, чем 6-10 км до аэропортов.
4.5. Носить солнцезащитные очки в солнечные дни.
Долгое воздействие солнечных лучей может нанести ущерб незащищенным глазам. Всегда носите солнцезащитные очки, когда запускаете в солнечный день, даже если вы не стоите лицом к солнцу. Также не забудьте нанести крем от загара, чтобы защитить вашу кожу.
4.6. Никогда не запускать воздушных змеев над или около шоссе.
Воздушные змеи могут отвлечь водителей автомобилей, что может стать причиной аварии. Дороги для автомобилей, парки и пляжи для воздушных змеев.
5. Немного истории
Воздушные змеи – это, наверное, самые первые летательные аппараты, поднятые в воздух человеком четыре тысячи лет назад. Первыми их научились делать древние китайцы и японцы. Красочные воздушные змеи использовались главным образом для украшения празднеств. Им придавали вид птиц, бабочек или невиданных зверей, но особенно впечатляюще выглядел летающий дракон, считающийся на Востоке символом власти и благополучия.
В России древняя игрушка служила не просто для забавы. Так, например, киевский князь Олег, идя войной на Царьград в 906 г., использовал воздушных змеев для устрашения неприятеля. Вместе с людьми на штурм города двинулись целые полчища воздушных “всадников” и “коней”, так что мужество защитников Царьграда было поколеблено.
В начале двадцатого века воздушные змеи все чаще и чаще использовались для практических целей. Они применялись для поднятия в воздух метеорологических приборов, радиоантенн, аппаратов для аэрофотосъемки. В данном случае на службу человеку были поставлены такие качества воздушных змеев, как простота конструкции, довольно большая грузоподъемность, высота, на которую они способны подниматься.
Воздушные змеи внесли свою лепту в создание радио. А.С. Попов использовал змеи для подъёма антенн на значительную высоту.
Важно отметить использование воздушных змеев при разработке первых самолётов. В частности, А.Ф. Можайский, прежде чем начать строительство своего самолёта, провёл серию испытаний с воздушными змеями, которые тянула упряжка лошадей. На основании результатов этих испытаний были выбраны размеры самолёта, которые должны были обеспечить ему достаточную подъёмную силу.
В 1848 г. К.И. Константинов разработал систему спасения судов, терпящих бедствие вблизи берега, с помощью воздушных змеев. Во время первой мировой войны войска различных стран применяли змеи для подъёма на высоту наблюдателей-корректировщиков артиллерийского огня, разведки вражеских позиций.
С развитием воздухоплавательных и авиационных летательных аппаратов воздушные змеи стали применять исключительно в развлекательных и спортивных целях.
В последние годы развитие получили так называемые пилотажные змеи — воздушные змеи специальной формы, управляемые с помощью двух лееров. Пилотажный змей, в отличие от любого другого, способен к свободному планированию в воздухе, что и обеспечивает его особые свойства. Они предназначены для выполнения комплекса пилотажных фигур различной сложности. Также развивается кайтинг — вид спорта, при котором спортсмен передвигается по местности с помощью воздушного змея.
Применение воздушного змея позволяет использовать недоступные традиционному парусу возможности:
Второе воскресенье октября — Всемирный день воздушных змеев (World Kite Day), в этот день любители воздушных змеев во всем мире запускают своих летающих “питомцев”.
6. Заключение
В ходе работы я узнала много нового о воздушных змеях. Совместно с папой смастерила подарок своему любимому братишке. Все необходимые материала я нашла дома. А когда я увидела радость брата, державшего за нитку змея, который взмывал в облака, я поняла, что трудилась не напрасно. По моим чертежам пятеро одноклассников изготовили змеев и мы устроили воздушные баталии. Во второе воскресенье октября — в нашей семье теперь будет еще один замечательный праздник - Всемирный день воздушных змеев.
7. Литература
- Л.Б.Бернштейн “Наука и жизнь”, №11, стр. 59-64.
- М.И.Блудов. “Беседы по физике”. Просвещение”, 1964.
- Ф.Д. Бублейников “О движении” Детгиз. 1956.
- М.Ивановский “Законы движения”, 1957.
- Н.Я.Виленкин “Математика 6 класс”.
- Я.Н Перельман “Занимательная физика”.
- Н.А.Сарафанова. Подарки к праздникам. Мир книги.2004 год.
- Интернет-ресурсы.