В соответствии с Федеральной рабочей программой основного общего образования тема «Реактивное движение» изучается в 9 классе на базовом и углубленном уровнях в разделе «Механические явления».
В данной статье рассматривается пример учебного занятия, которое можно провести в рамках внеурочной деятельности для развития творческих способностей и умения находить технические решения при выполнении практических заданий.
На этапе мотивации учебной деятельности ученикам предлагается разгадать ребус (рисунок 1), ответ на который укажет принцип работы моделей, которые ученикам предстоит собрать на данном занятии (реактивное движение).
Рисунок 1
На этапе актуализации знаний учащиеся отвечают на вопросы:
- Что такое реактивное движение?
- На каком законе основано реактивное движение?
- Какие примеры демонстрируют проявление реактивного движения в живой природе и технике?
На этапе творческого применения полученных знаний в новой ситуации (проблемные задания) предлагается выполнить следующие задания:
- из предложенного набора элементов соберите модели, работающие по принципу реактивной тяги: машинки, вертолета, аэростата;
- после того, как модель собрана, необходимо провести ее испытание, если модель не едет (не летит), проанализировать ошибки и исправить их;
- предложите варианты усовершенствования моделей.
Приблизительные варианты выполнения заданий*
Модель машинки (рисунок 2)
Оборудование: воздушный шарик; картон (1 лист); трубочки коктейльные (диаметр 10 мм) – 3 шт.; шпажки деревянные – 2 шт.; крышки от пластиковых бутылок – 4 шт.; пластилин (или термопистолет с клеевыми стержнями); скотч; линейка; карандаш; ножницы, шило; подложка для защиты столов.
Рисунок 2
Особенности конструкции модели машинки
Использование коктейльных трубочек диаметра 10 мм в виде аналогов подшипников, используя силу трения качения вместо привычной силы трения скольжения (для уменьшения модуля силы трения). Для большей устойчивости основание машинки нужно сделать в ширину коктейльных трубочек. Крепление всех неподвижных элементов следует производить на пластиковый термоклей. Оси модели должны быть одинаковой длины с небольшим припуском (1-2 мм) больше, чем длина коктейльных трубочек. Если не выполнить выше указанное условие, в траектории движения появятся ненужные не предсказуемые повороты, которые значительно уменьшат длину прямолинейного участка движения.
Во время изготовления колес рекомендуется выполнить геометрические построения для поиска центра окружности.
Реактивный двигатель собирается из воздушного шарика и еще одной коктейльной трубочки, место соединения также необходимо герметизировать. Соответственно длина основания модели так же будет соизмерима с длиной трубочки. Такое длинное сопло обеспечивает равномерное истекание воздуха из двигателя и обеспечивает продольную устойчивость модели.
Модель вертолета (рисунок 4)
Оборудование: воздушный шарик; трубочки коктейльные гофрированные – 3 шт.; сопло, изготовленное на 3D-принтере (рисунок 3, ссылка на файл); пластилин (или термопистолет с клеевыми стержнями); плотная бумага для изготовления лопастей; скотч.
Рисунок 3
Рисунок 4
Особенность конструкции модели вертолета заключается в использовании, заранее смоделированного и распечатанного при помощи 3D печати, сопла. Основной принцип сборки – это обеспечение герметичности в месте соединения двигателя (шарика) и сопла. Для обеспечения принципа реактивного взлета модели вертолета необходимо соединить лопасти вертолета и коктейльные трубочки для выпуска воздуха.
Форму лопасти нужно выбрать таким образом, чтобы оптимально сочетались несколько параметров: длина, ширина, площадь (чем больше площадь, тем больше масса) и обязательно изгиб (обеспечение подъёмной силы при вращении). Обеспечение герметизации соединения сопла и трубочек можно сделать двумя способами: термоклей или пластилин (всегда стоит помнить о массе и ограничении модуля подъёмной силы). Крепление лопастей к коктейльным трубочкам осуществляется с помощью узких полосок канцелярского скотча.
Запуск модели осуществляется в два этапа: надувание шарика (отдельно), укрепление сопла в раструбе шарика (непосредственно запуск).
Модель аэростата (рисунок 5)
Эта задача с открытым набором оборудования и сюда пойдут любые не пошедшее на конструирование предыдущих двух моделей материалы.
Рисунок 5
Особенность конструкции модели аэростата – это лаконичность. Требования к конструкции включают в себя баланс между легкостью конструкции и обеспечением устойчивого положения центра масс. Один из вариантов решения этой задачи, заключается в том, чтобы обрезать бумажный стакан до половины своей глубины, а в дне делать небольшое по размерам отверстие. Размер отверстия должен быть таким, чтобы при истечении воздуха из шара раструб не прошел бы через это отверстие. Если экспериментальным путем подобрать размер отрезаемой части стакана, то не потребуется дополнительного утяжеления, в виде стабилизатора центра масс будет выступать плотное дно.
В конце занятия рекомендуется провести соревнования на дальность движения модели машинки, равномерность подъема и высоту поднятия модели аэростата; высоту подъема модели вертолета.
*Перед проведением практической работы необходимо провести инструктаж по технике безопасности.