Условия долгого планирования бумажного самолета. Научно-исследовательская работа

Для того, чтобы сделать самолетик из бумаги, потребуется прямоугольный бумажный лист, который может быть как белым, так и цветным. По желанию можно использовать тетрадную, ксероксную, газетную или любую другую бумагу, которая имеется в наличии.

Плотность основы для будущего самолета лучше выбирать ближе к средней, чтобы он далеко летал и при этом его было не слишком трудно складывать (на слишком плотной бумаге обычно сложно фиксировать сгибы и они получаются неровными).

Складываем самую простую фигурку самолета

Начинающим любителям оригами лучше начать с самой простой, знакомой всем с детства модели самолетика:

Для тех, кому не удалось сложить самолет по инструкции, приводим видео мастер-класс:

Если этот вариант надоел еще в школе и вы хотите расширить свои навыки бумажного самолетостроения, расскажем как поэтапно выполнить две несложные вариации предыдущей модели.

Самолет-дальнобойщик

Пошаговая фото-инструкция

1. Складываем прямоугольный лист бумаги пополам по большей стороне. Загибаем два верхних угла к середине листа. Отворачиваем получившийся угол «долиной», то есть на себя.

1. Загибаем углы образовавшегося прямоугольника к середине таким образом, чтобы выглядывал небольшой треугольник посередине листа.

1. Отгибаем маленький треугольник кверху - он будет фиксировать крылья будущего самолета.

1. Складываем фигуру по оси симметрии, учитывая, что маленький треугольник должен остаться снаружи.

1. Загибаем крылья с обоих боков к основе.

1. Выставляем под углом 90 градусов оба крыла самолета, чтобы далеко летал.

1. Таким образом, не потратив много времени, получаем далеколетный самолетик!

Схема складывания

1. Складываем бумажный прямоугольный лист вдоль его большей стороны пополам.

1. Загибаем два верхних угла к середине листа.

1. Заворачиваем «долиной» углы по пунктирной линии. В технике оригами «долиной» называется выполнение сгиба участка листа по определенной линии в направлении «на себя».

1. Складываем получившуюся фигуру по оси симметрии таким образом, чтобы уголки оказались снаружи. Обязательно проследите за тем, чтобы контуры обоих половинок будущего самолетика совпали. От этого зависит, как он будет в дальнейшем летать.

1. Загибаем крылья по обоим бокам самолета, как показано на рисунке.

1. Убедитесь, что угол между крылом самолета и его фюзеляжем составляет 90 градусов.

1. Получился вот такой быстрый самолетик!

Как сделать так, чтобы самолетик далеко летал?

Хотите научиться правильно запускать бумажный самолет, который вы только сделали своими руками? Тогда внимательно ознакомьтесь с правилами его управления:

Если все правила соблюдаются, но модель все равно летает не так, как хотелось бы, попробуйте усовершенствовать ее следующим образом:

1. Если самолет постоянно норовит резко взмыть вверх, а затем, совершая мертвую петлю, резко уходит вниз, врезаясь носом в землю, ему требуется апгрейд в виде увеличения плотности (веса) носовой части. Это можно сделать немного загнув нос бумажной модели вовнутрь, как показано на картинке, или прикрепив нему снизу канцелярскую скрепку.
2. В случае, если при полете модель летит не прямо, как нужно, а в сторону, оснастите ее рулем поворота, загнув часть крыла по линии, изображенной на рисунке.
3. Если самолетик уходит в штопор, ему срочно необходим хвост. Вооружившись ножницами, сделайте ему быстрый и функциональный апгрейд.
4. А вот если, модель во время испытаний заваливается набок, скорее всего причиной неудачи служит отсутствие стабилизаторов. Чтобы добавить их к конструкции, достаточно загнуть крылья самолета по краям по указанным пунктиром линиям.

Также предлагаем вашему вниманию видео инструкцию по изготовлению и испытанию интересной модели самолета, который способен не только далеко, но и невероятно долго летать:

Теперь, когда вы уверены в своих силах и уже набили руку на складывании и запуске простых самолетиков, предлагаем инструкции, которые расскажут вам, как сделать самолет из бумаги более сложной модели.

Самолет-невидимка F-117 («Ночной ястреб»)

Самолет-бомбовоз

Схема выполнения

1. Берем прямоугольный листок бумаги. Верхнюю часть прямоугольника складываем двойным треугольником: для этого отгибаем правый верхний угол прямоугольника таким образом, чтобы его верхняя сторона совпала с левой боковой стороной.
2. Затем по аналогии загибаем левый угол, совмещая верхнюю часть прямоугольника с его правой боковой стороной.
3. Через точку пересечения полученных линий выполняем сгиб, который в итоге должен быть параллелен меньшей стороне прямоугольника.
4. По этой линии складываем внутрь получившиеся боковые треугольники. Должна получиться фигура, показанная на рисунке 2. Намечаем линию посередине листа в нижней части по аналогии с рисунком 1.

1. Обозначаем линию, параллельную основанию треугольника.

1. Переворачиваем фигуру на обратную сторону и отгибаем угол по направлению «на себя». Должна получиться следующая бумажная конструкция:

1. Снова перекладываем фигуру на другую сторону и загибаем два уголка вверх, предварительно согнув верхнюю часть вдвое.

1. Переворачиваем фигуру обратно и отгибаем угол вверх.

1. Сворачиваем левый и правый углы, обведенные на рисунке кружком, в соответствии с картинкой 7. Такая схема позволит добиться правильного изгиба угла.

1. Загибаем угол от себя и складываем фигуру по средней линии.

1. Заводим края вовнутрь, вновь складываем фигуру пополам, а потом на себя.

1. В конечном итоге, у вас получится вот такая бумажная игрушка - самолет-бомбовоз!

Бомбардировщик СУ-35

Истребитель «Остроносый ястреб»

Пошаговая схема выполнения

1. Берем листик бумаги прямоугольной формы, сгибаем его пополам вдоль большей стороны и намечаем середину.

1. Отгибаем по направлению «на себя» два угла прямоугольника.

1. Сгибаем углы фигуры по пунктирной линии.

1. Складываем фигуру поперек таким образом, чтобы острый угол оказался на середине противоположной стороны.

1. Переворачиваем полученную фигуру на обратную сторону и формируем две складки, как показано на рисунке. Очень важно, чтобы складки были сложены не к средней линии, а под небольшим углом к ней.

1. Получившийся угол сгибаем на себя и одновременно отворачиваем вперед угол, который после всех манипуляций будет находиться на обратной стороне макета. Должна получиться фигура, как показано на рисунке ниже.

1. Загибаем фигуру пополам от себя.

1. Опускаем крылья самолетика по пунктирной линии.

1. Подгибаем немного концы крыльев для получения так называемых винглетов. Затем расправляем крылья так, чтобы они образовали с фюзеляжем прямой угол.

Бумажный истребитель готов!

Истребитель «Планирующий ястреб»

Инструкция по изготовлению:

1. Берем прямоугольный листок бумаги и намечаем середину, сложив его пополам вдоль большей стороны.

1. Загибаем внутрь к середине два верхних угла прямоугольника.

1. Переворачиваем лист на обратную сторону и загибаем складки по направлению «на себя» к центральной линии. Очень важно, чтобы верхние углы при этом не перегибались. Должна получиться вот такая фигурка.

1. Сворачиваем верхнюю часть квадрата по диагонали к себе.

1. Получившуюся фигуру складываем пополам.

1. Намечаем складочку также, как показано на рисунке.

1. Заправляем внутрь прямоугольную часть фюзеляжа будущего самолетика.

1. Отгибаем крылышки вниз по линии пунктира под прямым углом.

1. Получился вот такой бумажный самолетик! Осталось посмотреть, как он летает.

Истребитель F-15 Eagle

Самолет «Конкорд»

Следуя приведенным фото- и видео-инструкциям вы сможете своими руками за несколько минут сделать самолет из бумаги, игра с которым станет приятным и занимательным времяпрепровождением для вас и ваших детей!

Актуальность: «Человек не птица, а летать стремится» Так уж сложилось, что человека всегда тянуло к небу. Люди пытались сделать себе крылья, позже летательные аппараты. И их старания оправдались, они смогли все-таки взлететь. Появление самолетов ничуть не уменьшило актуальность древнего желания… В современном мире летательные аппараты заняли почетное место, они помогают людям преодолевать большие расстояния, перевозят почту, лекарства, гуманитарную помощь, тушат пожары и спасают людей … Так кто же построил первый в мире самолет и совершил на нем управляемый полет? Кто сделал этот столь важный для человечества шаг, ставший началом новой эры, эры авиации? Изучение данной темы я считаю интересной и актуальной

Задачи исследования: 1.Изучить по научной литературе историю возникновения авиации, историю появления первых бумажных самолетов. 2.Сделать модели самолетов из разных материалов и организовать выставку: «Наши самолеты» 3.Провести испытания в полете для правильного выбора модели самолета и типа бумаги на самую длинную дистанцию и самое долгое планирование в воздухе

Объект исследования: бумажные модели самолетов Проблемный вопрос: Какая модель бумажного самолетика пролетит на самую длинную дистанцию и самое долгое планирование в воздухе? Гипотеза: Мы предполагаем, что самую длинную дистанцию пролетит самолётик « Дротик», а самое долгое планирование в воздухе будет у самолётика «Планера» Методы исследования: 1.Анализ прочитанной литературы; 2.Моделирование; 3.Исследование полетов бумажных самолетиков.

Первым самолётом, который смог самостоятельно оторваться от земли и совершить управляемый горизонтальный полёт, стал «Флайер-1», построенный братьями Орвилом и Уилбуром Райт в США. Первый полёт самолёта в истории был осуществлён 17 декабря 1903 года. «Флайер» продержался в воздухе 12 секунд и пролетел 36,5 метров. Детище Райтов было официально признано первым в мире аппаратом тяжелее воздуха, который совершил пилотируемый полёт с использованием двигателя.

Полет состоялся 20 июля 1882 года в Красном Селе под Петербургом. Испытывал самолет помощник Можайского механик И.Н. Голубев. Аппарат разбежался по специально построенному наклонному деревянному настилу, взлетел, пролетел определенное расстояние и благополучно приземлился. Результат, конечно, скромный. Но возможность полетов на аппарате тяжелее воздуха была очевидно доказана.

История появления первых бумажных самолетиков Наиболее распространённая версия времени изобретения и имени изобретателя 1930 год, Джек Нортроп сооснователь компании Lockheed Corporation. Нортроп использовал бумажные самолётики для тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов.Несмотря на кажущуюся несерьезность этого занятия, оказалось, что пускание самолетиков - целая наука. Родилась она в 1930 году, когда Джек Нортроп - сооснователь компании Lockheed Corporation, использовал бумажные самолётики для тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов1930 годДжек НортропLockheed Corporation

Заключение В заключении хочу сказать, работая над этим проектом мы узнали много нового интересного, много сделали моделей своими руками, стали дружнее. В результате проведенной работы мы поняли: если мы будем серьёзно увлекаться авиамоделированием, то возможно кто-то из нас станет знаменитым авиаконструктором и сконструирует самолет, на котором будут летать люди.

1. http http://ru.wikipedia.org/wiki/Бумажный самолётик...ru.wikipedia.org/wiki/Бумажный самолётик annews.ru/news/detailannews.ru/news/detail opoccuu.com htmopoccuu.com htm 5. poznovatelno.ruavia/8259.htmlpoznovatelno.ruavia/8259.html 6. ru.wikipedia.orgwiki/Братья_Райтru.wikipedia.orgwiki/Братья_Райт 7. locals.md2012/stan-chempionom- mira…samolyotikov/locals.md2012/stan-chempionom- mira…samolyotikov/ 8 stranamasterov.ru из модулей МК самолётstranamasterov.ru из модулейМК самолёт

У самолетиков из бумаги богатая и длинная история. Предполагают, сложить из бумаги своими руками самолет пытались еще в Древнем Китае и в Англии времен Королевы Виктории. Последующим новые поколения любителей бумажных моделей разработали новые варианты. Сделать летающий самолетик из бумаги в состоянии даже ребенок, стоит ему изучить основные принципы складывания макета. Простая схема содержит не более 5-6 операций, инструкция по созданию продвинутых моделей гораздо серьезнее.

Для разных моделей потребуется разная бумага, различающаяся плотностью и толщиной. Определённые модели способны передвигаться только по прямой, некоторые в состоянии выписать крутой вираж. Для изготовления разных моделей потребуется бумага определённой жёсткости. Перед тем как приступить к моделированию, опробуйте разную бумагу, подберите необходимую толщину и плотность. Из мятой бумаги поделки собирать не стоит, они не полетят. Игра с бумажным самолетиком – любимое развлечение большинства мальчишек.

Перед тем как сделать самолетик из бумаги, ребенку понадобится включить всю свою фантазию, сосредоточиться. При проведении детского праздника можно провести соревнования между детворой, пусть они запускают сложенные собственноручно самолётики.

Такой самолетик сможет сложить любой мальчишка. Для его изготовления подойдет любая бумага, даже газетная. После того, как ребёнок сможет изготовить этот вид самолетика, ему под силу будут и более серьезные конструкции.

Рассмотрим все этапы создания летательного аппарата:

1. Приготовьте лист бумаги приблизительно формата А4. Расположите его короткой стороной к себе.
2. Перегните бумагу по длине, нанесите метку в центре. Разверните лист, соедините верхний угол с серединой листа.
3. Эти же манипуляции произведите с противоположным углом.
4. Разверните бумагу. Разместите уголки так, чтобы они не доставали центра листа.
5. Отогните маленький угол, он должен удерживать все остальные углы.
6. Согните макет самолета по осевой линии. Треугольные части расположились сверху, отведите стороны к центральной линии.

Вторая схема классического самолета

Эта распространенный вариант называется планером, можно оставить его с острым носиком, а можно его сделать тупым, загнуть.

Самолет с пропеллером

Существует целое направление оригами, занимающиеся созданием моделей бумажных самолетиков. Она носит название аэрогами. Можно освоить лёгкий способ изготовления оригами самолетика из бумаги. Этот вариант делается очень быстро, он хорошо летает. Это именно то, что заинтересует малыша. Можно оснастить его пропеллером. Приготовьте лист бумаги, ножницы или нож, карандаши, швейную булавку, у которой есть бусинка на верхушке.

Схема изготовления:

1. Разместите лист короткой стороной к себе, сложите его пополам по длине.
2. Верхние уголки загните к центру.
3. Получившиеся боковые уголки также отогните к центру листа.
4. Ещё раз загните боковины к середине. Хорошенько прогладьте все сгибы.
5. Для изготовления пропеллера понадобится квадратный лист размером 6*6см, разметьте обе его диагонали. Сделайте надрезы по этим линиям, отступив от центра чуть меньше сантиметра.
6. Сложите пропеллер, размещая уголки к центру через один. Закрепите середину иголкой с бусиной. Желательно подклеить пропеллер, он не будет расползаться.

Прикрепите пропеллер в хвостовой части макета самолет. Модель готова к запуску.

Самолет-бумеранг

Малыша очень заинтересует необычный самолёт из бумаги, который самостоятельно возвращается назад в руки.

Разберемся, как делаются подобные макеты:

1. Положите перед собой лист бумаги формата А4, чтобы короткая сторона была направлена на вас. Согните пополам по длинной стороне, разверните.
2. Отогните верхние уголки к центру, загладьте. Разверните эту часть книзу. Расправьте получившийся треугольник, разровняйте внутри все складочки.
3. Разверните изделие обратной стороной, согните вторую сторону треугольника в середину. Широкий конец бумаги отправьте в противоположную сторону.
4. Эти же манипуляции произведите со второй половиной изделия.
5. В результате всего этого должен образоваться своеобразный карман. Поднимите его к верху, отогните таким образом, чтобы его край лег ровно по длине бумажного листа. Загните угол в этот кармашек, а верхний отправьте вниз.
6. Таким же образом поступите и с другой стороной самолета.
7. Детали, находящиеся сбоку кармана, отогните кверху.
8. Разверните макет, передний край разместите в середине. Должны появиться выступающие куски бумаги, их необходимо загнуть. Детали, напоминающие плавники, также уберите.
9. Разверните макет. Осталось согнуть пополам и хорошенько прогладить все сгибы.
10. Оформите переднюю часть фюзеляжа, отогните куски крыльев наверх. Проведите руками по передней части крыльев, должен получиться небольшой изгиб.

Самолет готов к эксплуатации, он будет летать дальше и дальше.

Дальность полета зависит от массы самолета и силы ветра. Чем легче бумага, из которой макет сделан, тем легче ему летать. Но при сильном ветре далеко ему лететь не удастся, его попросту сдует. Тяжёлый самолёт легче противостоит потоку ветра, но дальность полёта у него меньше. Чтобы наш бумажный самолет летел по ровной траектории необходимо, чтобы обе его части были абсолютно одинаковые. Если крылья получились разной формы или размера, самолёт тут же уйдет в пике. Желательно не использовать при изготовлении скотч, металлические скобы, клей. Всё это утяжеляет изделие, из-за лишнего веса самолет не полетит.

Сложные виды

Самолет из оригами

Панаиотов Георгий

Цель работы: Сконструировать самолеты, обладающие следующими характеристиками: максимальной дальностью и длительностью полета.

Задачи:

Проанализировать информацию, полученную из первоисточников;

Изучить элементы древнего восточного искусства аэрогами;

Познакомиться с основами аэродинамики, технологии конструирования летательных аппаратов из бумаги;

Провести испытания сконструированных моделей;

Выработать навыки правильного, результативного запуска моделей;

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Исследовательская работа « Исследование летательных свойств различных моделей бумажных самолетов»

Гипотеза: можно предположить, что лётные характеристики самолёта зависят от его формы.

Опыт № 1 « Принцип создания крыла» Воздух, перемещающийся по верхней поверхности полоски, оказывает меньшее давление, чем неподвижный воздух, находящийся под полоской. Он и поднимает полоску вверх.

Опыт № 2 Движущийся воздух оказывает меньшее давление, чем неподвижный воздух, который находится под листом.

Опыт № 3 «Дуновение» Неподвижный воздух по краям полосок оказывает более сильное давление, чем движущийся воздух между ними. Разность давления и толкает полоски друг к другу.

Испытания: Модель № 1 Попытка Дальность №1 6м 40см №2 10м 45см №3 8м

Испытания: Модель № 2 Попытка Дальность №1 10м 20см №2 14м №3 16м 90см

Испытания: Модель № 3 Попытка Дальность №1 13м 50см №2 12м №3 13м

Испытания: Модель № 4 Попытка Дальность № 1 13м 60см № 2 19м 70см № 3 21м 60см

Испытания: Модель № 5 Попытка Дальность № 1 9м 20см № 2 13м 20см № 3 10м 60см

Результаты испытаний: Чемпион в дальности полёта Модель № 4 Чемпион во времени нахождения в воздухе Модель №5

Вывод: Лётные характеристики самолёта зависят от его формы.

Предварительный просмотр:

Введение

Каждый раз, когда я вижу самолет – взмывающую в небо серебряную птицу, – я восхищаюсь мощью, с которой он легко преодолевает земное притяжение и бороздит небесный океан и задаю себе вопросы:

• Как должно быть устроено крыло самолета, чтобы выдержать большой груз?
• Какой должна быть оптимальная форма крыла, рассекающего воздух?
• Какие характеристики ветра помогают самолету в его полете?

• Какую скорость может развивать самолет?

Человек всегда мечтал подняться в небо «как птица» и издревле пытался воплотить свою мечту. В 20 веке авиация начала так быстро развиваться, что человечество не смогло сохранить многие подлинники этой сложной техники. Но многие образцы сохранились в музеях в виде уменьшенных макетов, дающих почти полное представление о реальных машинах.

Я выбрал эту тему, потому, что она помогает в жизни не только развить логическое техническое мышление, но и приобщиться к практическим навыкам работы с бумагой, материаловедением, технологией проектирования и конструирования летательных аппартаов. А самое главное - это создание своего самолёта.

Мы выдвинули гипотезу – можно предположить, что летные характеристики самолета зависят от его формы.

Мы использовали следующие методы исследования:

• Изучение научной литературы;
• Получение информации в сети Интернет;
• Непосредственное наблюдение, экспериментирование;
• Создание экспериментальных пилотных моделей самолетов;

Цель работы: Сконструировать самолеты, обладающие следующими характеристиками: максимальной дальностью и длительностью полета.

Задачи:

Проанализировать информацию, полученную из первоисточников;

Изучить элементы древнего восточного искусства аэрогами;

Познакомиться с основами аэродинамики, технологии конструирования летательных аппаратов из бумаги;

Провести испытания сконструированных моделей;

Выработать навыки правильного, результативного запуска моделей;

В основу моего исследования я взял одно из направлений японского искусства оригами - аэрогами (от яп. «гами» - бумага и лат. «аэро» - воздух).

Аэродинамика (от греческих слов aer – воздух и dinamis – сила) – это наука о силах, возникающих при движении тел в воздухе. Воздух, благодаря своим физическим свойствам, сопротивляется продвижению в нем твердых тел. При этом, между телами и воздухом возникают силы взаимодействия, которые и изучаются аэродинамикой.

Аэродинамика является теоретической основой современной авиации. Любой летательный аппарат, летит, подчиняясь законам аэродинамики. Поэтому для конструктора самолёта, знание основных законов аэродинамики, не только полезно, но и просто необходимо. Изучая законы аэродинамики, я провёл серию наблюдений и опытов: «Выбор формы летательного аппарата», «Принципы создания крыла», «Дуновение» и т. д.

Конструирование.

Сложить бумажный самолетик не так просто, как кажется. Действия должны быть уверенными и точными, сгибы – идеально прямыми и в нужных местах. Простые конструкции прощают ошибки, в сложной же пара неидеальных углов может завести процесс сборки в тупик. Кроме того, есть случаи, когда сгиб необходимо намеренно выполнить не очень точно.

Например, если на одном из последних шагов требуется сложить толстую многослойную конструкцию пополам, сгиб не получится, если не сделать поправку на толщину в самом начале складывания. Такие вещи не описываются в схемах, они приходят с опытом. А от симметрии и точной развесовки модели зависит, насколько хорошо она полетит.

Ключевой момент в «бумажной авиации» – расположение центра тяжести. Создавая различные конструкции, я предлагаю утяжелить нос самолета, разместив в нем больше бумаги, сформировать полноценные крылья, стабилизаторы, киль. Тогда бумажным самолетиком можно управлять, как настоящим.

Например, экспериментальным путём я выяснил, что скорость и траекторию полета можно корректировать, сгибая заднюю часть крыльев подобно настоящим закрылкам, слегка поворачивая бумажный киль. Такое управление лежит в основе «бумажной аэробатики».

Конструкции самолетов существенно различаются в зависимости от цели их постройки. К примеру, самолеты для полетов на большие дистанции по форме напоминают дротик – они такие же узкие, длинные, жесткие, с ярко выраженным смещением центра тяжести к носу. Самолеты для максимально длительных полетов не отличаются жесткостью, зато имеют большой размах крыльев, хорошо сбалансированы. Балансировка крайне важна для самолетов, запускаемых на улице. Они должны сохранять правильное положение, несмотря на дестабилизирующие колебания воздуха. Самолетам, запускаемым в помещении, полезно смещение центра тяжести к носу. Такие модели летают быстрее и стабильнее, их проще запускать.

Испытания

Для того чтобы достичь высоких результатов при запуске, необходимо овладеть правильной техникой броска.

• Чтобы отправить самолет на максимальную дистанцию, нужно как можно сильнее бросить его вперед и вверх под углом 45 градусов.

• В состязаниях на время полета следует забросить самолет на максимальную высоту, чтобы он дольше планировал вниз.

Запуск на открытом воздухе помимо дополнительных проблем (ветер) создает и дополнительные преимущества. Используя восходящие потоки воздуха, можно заставить самолет лететь невероятно далеко и долго. Сильный восходящий поток можно найти, к примеру, около большого многоэтажного дома: ударяясь о стену, ветер меняет направление на вертикальное. Более дружелюбную воздушную подушку можно отыскать в солнечный день на автомобильной парковке. Темный асфальт сильно нагревается, и горячий воздух над ним плавно поднимается вверх.

Основная часть

1.1 Наблюдения и опыты

Наблюдения

Выбор формы летательного аппарата. (Приложение 11)

Являясь отцом практически выпускницы средней школы, был втянут в смешную историю с неожиданным концом. В ней есть познавательная часть и трогательная жизненно–политическая.
Пост накануне дня космонавтики. Физика бумажного самолета.

Незадолго перед новым годом, дочь решила проконтролировать собственную успеваемость и узнала, что физичка при заполнении журнала задним числом, наставила каких–то лишних четверок и полугодовая оценка висит между "5" и "4". Тут надо понимать, что физика в 11 классе - предмет, мягко говоря, непрофильный, все заняты дрессурой для поступления и страшным ЕГЭ, но на общий балл она влияет. Скрипя сердце, из педагогических соображений мною было отказано во вмешательстве - типа разберись сама. Она подсобралась, пришла на выяснение, переписала прямо тут же какую–то самостоятельную и получила полугодовую пятерку. Все бы ничего, но учительница попросила в рамках решения вопроса зарегистрироваться на Поволжскую научную конференцию (Казанский университет) в секцию "физика" и написать какой–нибудь доклад. Участие ученика в этой шняге идет в зачет при ежегодной аттестации учителей, ну и типа "тогда уж точно год закроем". Учительницу можно понять, нормальная, в общем–то, договоренность.

Ребенок подзагрузился, пошел в оргкомитет, взял правила участия. Поскольку девочка довольно ответственная, стала размышлять и придумывать какую–нибудь тему. Естесственно, обратилась за советом ко мне - ближайшему техническому интеллегенту постсоветской эпохи. В интернете нашелся список победителей прошлых конференций (там дают дипломы трех степеней), это нас соориентировало, но не помогло. Доклады представляли собой две разновидности, одна - "нанофильтры в нефтяных инновациях", вторая - "фотографии кристаллов и электронный метроном". По мне, так вторая разновидность нормальна - дети должны резать жабу, а не втирать очки под правительственные гранты, но у нас идей особо не прибавилось. Пришлось руководствоваться правилами, что–то вроде "предпочтение отдается самостоятельным работам и экспериментам."

Решили, что будем делать какой–нибудь смешной доклад, наглядный и прикольный, без зауми и нанотехнологий - развеселим аудиторию, участия нам достаточно. Времени было месяца полтора. Копипаст был принципиально неприемлим. После некоторых размышлений, определились с темой - "Физика бумажного самолетика". Я в свое время провел детство в авиамоделизме, да и дочка любит самолеты, поэтому тема более–менее близкая. Предстояло сделать законченое практическое исследование физической направленности и, собственно, написать работу. Далее я буду постить тезисы этой работы, некоторые комментарии и иллюстрации/фото. В конце будет конец истории, что логично. Если будет интересно, отвечу на вопросы уже развернутыми фрагментами.

Оказалось, что у бумажного самолета есть хитрый срыв потока наверху крыла, который формирует изогнутую зону, похожую на полноценный аэродинамический профиль.

Для опытов взяли три разные модели.

Модель №1. Самая распространенная и общеизвестная конструкция. Как правило, большинство представляет себе именно ее, когда слышит выражение “бумажный самолет”.
Модель №2. “Стрела”, или “Копье”. Характерная модель с острым углом крыла и предполагаемой высокой скоростью.
Модель №3. Модель с крылом большого удлинения. Особенная конструкция, собирается по широкой стороне листа. Предполагается, что она обладает хорошими аэродинамическими данными из–за крыла большого удлинения.
Все самолеты собирались из одинаковых листов бумаги формата А4. Масса каждого самолета - 5 грамм.

Для определения базовых параметров был проделан простейший эксперимент - полет бумажного самолетика фиксировался видеокамерой на фоне стены с нанесенной метрической разметкой. Поскольку известен межкадровый интервал для видеосъемки (1/30 секунды), можно легко вычислить скорость планирования. По падению высоты на соответствующих кадрах находятся угол планирования и аэродинамическое качество самолета.
В среднем, скорость самолетика - 5–6 м/с, что не так у ж и мало.
Аэродинамическое качество - порядка 8.

Чтобы воссоздать условия полета, нам нужен ламинарный поток со скоростью до 8 м/с и возможность измерить подъемную силу и сопротивление. Классический способ таких исследований - аэродинамическая труба. В нашем случае ситуация упрощается тем, что сам самолетик имеет небольшие габариты и скорость и может быть непосредственно помещен в трубу ограниченных размеров.Следовательно, нам не мешает ситуация, когда продуваемая модель существенно отличается по габаритам от оригинала, что, в силу различия чисел Рейнольдса, требует компенсации при измерениях.
При сечении трубы 300x200 мм и скорости потока - до 8 м/с нам понадобится вентилятор с производительностью не менее 1000 куб.м/час. Для изменения скорости потока необходим регулятор скорости двигателя, а для измерения - анемометр с соответствующей точностью. Измеритель скорости не обязательно должен быть цифровым, вполне реально обойтись отклоняемой пластиной с градуировкой по углу или жидкостным анемометром, который имеет большую точность.

Аэродинамическую труба известна достаточно давно, ее применял в исследованиях еще Можайский, а Циолковский и Жуковский уже детально разработали современную технику эксперимента, которая принципиально не изменилась.

Настольная аэродинамическая труба была реализована на основе достаточно мощного промышленного вентилятора. За вентилятором расположены взаимно перпендикулярные пластины, спрямляющие поток перед попаданием в измерительную камеру. Окна в измерительной камеры снабжены стеклами. В нижней стенке прорезано прямоугольное отверстие для держателей. Непосредственно в измерительной камере установлена крыльчатка цифрового анемометра для измерения скорости потока. Труба имеет небольшое сужение на выходе для “подпора” потока, позволяющее снизить турбулентность ценой уменьшения скорости. Частота вращения вентилятора регулируется простейшим бытовым электронным регулятором.

Характеристики трубы оказались хуже расчетных, главным образом из–за несоответствия производительности вентилятора паспортным характеристикам. Подпор потока тоже снизил скорость в зоне измерений на 0.5 м/с. В результате максимальная скорость - чуть выше 5 м/с, что, тем не менее, оказалось достаточным.

Число Рейнольдса для трубы:
Re = VLρ/η = VL/ν
V (скорость) = 5м/c
L (характеристика)= 250мм = 0,25м
ν (коэф (плотность/ вязскость)) = 0,000014 м^2/с
Re = 1,25/ 0,000014 = 89285,7143

Для измерений сил, действующих на самолет использовались элементарные аэродинамические весы с двумя степенями свободы на основе пары электронных ювелирных весов с точностью 0.01 грамм. Самолет фиксировался на двух стойках под нужным углом и устанавливался на платформу первых весов. Те, в свою очередь, размещались на подвижной площадке с рычажной передачей горизонтального усилия на вторые весы.
Измерения показали, что точность вполне достаточна для базовых режимов. Однако, было сложно фиксировать угол, поэтому лучше разработать соответствующую схему крепления с разметкой.

При продувке моделей измерялись два основных параметра - сила сопротивления и подъемная сила в зависимости от скорости потока при заданном угле. Было построено семейство характеристик с достаточно реалистичными значениями, позволяющие описать поведение каждого самолета. Результаты сведены в графики с дальнейшим нормированием масштаба относительно скорости.

Модель №1.
Золотая середина. Конструкция максимально соответствует материалу - бумаге. Прочность крыльев соответствует длине, развесовка оптимальна, поэтому правильно сложенный самолет хорошо выравнивается и плавно летит. Именно сочетание таких качеств и легкость сборки сделало эту конструкцию такой популярной. Скорость меньше, чем у второй модели, но больше, чем у третьей. На больших скоростях уже начинает мешать широкий хвост, до этого прекрасно стабилизирующий модель.
Модель №2.
Модель с наихудшими летными характеристиками. Большая стреловидность и короткие крылья призваны лучше работать на высоких скоростях, что и происходит, но подъемная сила растет недостаточно и самолет действительно летит как копье. Кроме того, он не стабилизируется в полете должным образом.
Модель №3.
Представитель “инженерной” школы - модель специально задумывалась со специальными характеристиками. Крылья большого удлинения действительно работают лучше, но сопротивление растет очень быстро - самолет летает медленно и не терпит ускорений. Для компенсации недостаточной жесткости бумаги используются многочисленные складки в носке крыла, что тоже увеличивает сопротивление. Тем не менее, модель очень показательна и летает хорошо.

Некоторые результаты по визуализации вихрей
Если внести в поток источник дыма, то можно увидеть и сфотографировать потоки, огибающие крыло. В нашем распоряжении не было специальных генераторов дыма, мы использовали палочки благовоний. Для увеличения контраста использовался фильтр для обработки фотографий. Скорость потока также уменьшалась, поскольку плотность дыма была невысока.
Формирование потока на передней кромке крыла.

Турбулентный “хвост”.

Также потоки можно исследовать с помощью коротких нитей, приклеиваемых на крыло, либо тонким щупом с ниткой на конце.

Понятно, что бумажный самолетик - это в первую очередь просто источник радости и прекрасная иллюстрация для первого шага в небо. Сходный принцип парения на практике используют только белки–летяги, не имеющие большого народно–хозяйственного значения, по крайней мере, в нашей полосе.

Более практичным подобием бумажному самолету является “Wing suite” - костюм–крыло для парашютистов, позволяющий осуществлять горизонтальный полет. Кстати, аэродинамическое качество такого костюма меньше, чем у бумажного самолета - не больше 3–х.

Я придумал тему, план - на 70 процентов, редактирование теории, железяки, общее редактирование, план выступления.
Она - всю теорию собрала, вплоть до перевода статей, измерения (весьма трудоемкие, кстати), рисунки/графики, текст, литературу, презентацию, доклад (было много вопросов).

Я пропускаю раздел, где в общем виде рассматриваются задачи анализа и синтеза, позволяющие построить обратную последовательность - конструирование самолетика по заданным характеристикам.

С учетом проведенной работы мы можем нанести на mind map раскраску, индицирующую выполнение поставленных задач. Зелёным цветом здесь обозначены пункты, которые находятся на удовлетворительном уровне, светло–зеленым - вопросы, которые имеют некоторые ограничения, желтым - области затронутые, но не разработанные в должной мере, красным - перспективные, нуждающиеся в дополнительном исследовании (финансирование приветствуется).

Месяц пролетел незаметно - дочь копала интернет, гоняла трубу на столе. Весы косячили, самолетики сдувало мимо теории. На выходе получилось страниц 30 приличного текста с фотографиями и графиками. Работа была отправлена на заочный тур (всего несколько тысяч работ во всех секциях). Еще через месяц, о ужас, вывесили список очных докладов, где наш соседствовал с остальными нанокрокодилами. Ребенок горестно вздохнул и принялся лепить презентацию на 10 минут. Сразу исключили зачитывание - выступать, так живо и осмысленно. Перед мероприятием устроили прогон с хронометражом и протестами. Утром невыспавшаяся докладчица с правильным ощущением "ничего не помню и не знаю" попилила в КГУ.

К концу дня я начал волноваться, ни ответа - ни привета. Появилось такое шаткое состояние, когда не понимаешь - рискованная шутка удалась или нет. Не хотелось, чтобы подростку как–то вышла боком это история. Оказалось, что все затянулось и ее доклад пришелся аж на 4 вечера. Ребенок прислал смс - "все рассказала, жюри смеется". Ну, думаю, ладно, спасибо хоть не ругают. И еще через час примерно - "диплом первой степени". Вот это было совершенно неожиданно.

Мы думали о чем угодно, но на фоне совершенно дикого прессинга лоббированных тем и участников получить первый приз за хорошую, но неформатную работу - это что–то из совсем забытого времени. После уже она рассказала, что жюри (достаточно авторитетное, кстати, не меньше кфмн) молниеносно прибивало зомбированных нанотехнологов. Видать, все так наелись в научных кругах, что безоговорочно выставили негласный заслон мракобесию. Доходило до смешного - бедный ребенок зачитывал какие–то дикие научизмы, но не мог ответить в чем измерялся угол при его экспериментах. Влиятельные научные руководители слегка бледнели (но быстро восстанавливались), для меня загадка - зачем им было устраивать такое позорище, да еще и за счет детей. В итоге, все призовые места раздали славным ребятам с нормальными живыми глазами и хорошими темами. Второй диплом, например, получила девочка с моделью двигателя Стирлинга, которая бойко его запускала на кафедре, шустро меняла режимы и осмысленно комментировала всякие ситуации. Еще один диплом дали парню, который сидел на университетском телескопе и что–то там высматривал под руководством профессора, который однозначно не допускал никаких посторонних "помощей". В меня же эта история вселила некоторую надежду. В то, что есть воля обычных, нормальных людей к нормальному порядку вещей. Не привычка к предрешенной несправедливости, а готовность к усилиям по ее восстановлению.

На следующий день, на награждении, к призерам подошел председатель приемной коммисии и сказал, что все они досрочно зачислены на физфак КГУ. Если они захотят поступить, то просто должны принести документы вне конкурса. Эта льгота, кстати, реально существовала когда–то, но сейчас она официально отменена, также как отменены дополнительные преференции медалистам и олимпиадчикам (кроме, кажется, победителей российских олимпиад). То есть - это была чистая инициатива ученого совета. Понятно, что сейчас кризис абитуриентов и на физику не рвутся, с другой стороны - это один из самых нормальных факультетов с хорошим еще уровнем. Так, исправляя четверку, ребенок оказался в первой строке зачисленных. Уж как она этим распорядится - не представляю, узнаю - отпишу.

А потянула бы дочь такую работу одна?

Она тоже спрашивала - типа пап, я ведь не сама все сделала.
Моя версия такая. Ты все сделала сама, понимаешь что написано на каждой странице и ответишь на любой вопрос - да. Знаешь об области больше присутствующих тут и знакомых - да. Поняла общую технологию научного эксперимента от зарождения идеи до результата + побочные исследования - да. Проделала значительную работу - несомненно. Выдвинула эту работу на общих основаниях без протекции - да. Защитила - ок. Жюри квалифицированное - без сомнения. Тогда это твоя награда за конференцию школьников.

Я - инженер–акустик, небольшая инженерная компания, системотехнику в авиационном заканчивал, еще учился потом.