Почему шарик летает?

Нас окружает прекрасный и загадочный мир. Мы начинаем узнавать об этом мире с самого рождения, но не все тайны раскрываются. Дети любопытны и любят яркие, красочные вещи. Привлечь внимание ребенка легко с помощью таких игрушек, как, например, воздушные шары. С шариками не только весело играть, но и проводить интересные эксперименты. Воздушные шары бесценны. Мы наблюдали за воздушными шарами и пытались объяснить их поведение с точки зрения физики. Мы еще не изучали эту науку, но в будущем наши эксперименты пригодятся на уроках физики. Нам понравилось проводить различные эксперименты, и мы хотим поделиться своими наблюдениями с другими.

Цель исследования: выяснить, почему улетает не завязанный воздушный шарик и от чего зависит дальность его полета.

Задачи исследования:

Изучить, что заставляет воздушные шары двигаться.
Провести эксперименты, чтобы показать, как движутся воздушные шары.
Изучить, как размер воздушного шара и толщина резины влияют на дальность его полета.
Исследовать, есть ли в растительном и животном мире объекты, которые двигаются подобно воздушным шарам.
Изучить, как ученые использовали свои знания об этом движении.

Полученные данные: путем исследования мы выяснили, что воздушные шар летают под действием струи выходящих из него газов или потому что газ, находщийся в нем легче воздуха, а с помощью опроса выяснили, что большинство сверстников знают, почему воздушный шарик летит.

Выводы: мы нашли как подтверждение, так и опровержение гипотез, приведенных в исследовательской работе, выяснили, почему летает шарик и от чего зависит скорость и дальность его полета, а также обнаружили практическое применение данных, приведенных в этом исследовании.

Глава 1 Почему шарик летает?

1.1 Введение

Воздушные шарики изначально были созданы в научных целях для изучения атмосферы и погоды. Однако они стали популярными на праздниках и мероприятиях. Воздушные шарики поднимаются благодаря принципу Архимеда, который гласит, что тело, погруженное в жидкость или газ, испытывает силу поддерживающую, равную весу вытесненного им объема жидкости или газа. Воздушные шарики наполняют гелием или газовой смесью, которая легче по весу, чем воздух. Это позволяет им подниматься. Объем и плотность шарика определяют, насколько высоко он поднимется. Однако шарики подвержены воздействию факторов, которые могут привести к их падению. Изменение температуры и давления воздуха являются основными причинами падения. В холодную погоду газ в шарике сжимается, уменьшая объем и подъемную силу. При повышенной температуре газ расширяется, что может привести к взрыву шарика. Качество материала, из которого изготовлены шарики, также важно. Более качественные шарики имеют плотные стенки и не теряют газ, что увеличивает их срок службы. Воздушные шарики были изобретены в XVIII веке. Братья Монгольфье создали первые шары из натурального каучука и провели первый публичный запуск воздушного шара в 1783 году. Французский изобретатель Мишель Шарлотт улучшил конструкцию шаров и создал парусный воздушный шар в 1824 году. Сейчас воздушные шарики широко используются на мероприятиях и праздниках. Они стали неотъемлемым элементом декора и символом праздничного настроения. Разнообразие форм, цветов и дизайнов позволяет создавать яркие композиции, которые радуют глаз и вызывают положительные эмоции. Исследование воздушных шариков помогло лучше понять принцип их подъема и падения, а также выявить факторы, влияющие на их поведение.

Актуальность исследования: каждый человек хотя бы раз надувает воздушный шарик. В это время шарик улетает, не держась в руках. У него нет двигателя. У него нет крыльев. Поэтому я задумался над вопросом: почему воздушные шары летают и что определяет расстояние их полета? Я читал, наблюдал и экспериментировал со всей информацией по этому вопросу.

Объект исследования: воздушные шарики.

Предмет исследования: полёт шарика и причина дальности его полета.

Задачи исследования:

Изучить, что заставляет воздушные шары двигаться.
Провести эксперименты, чтобы показать, как движутся воздушные шары.
Изучить, как размер воздушного шара и толщина резины влияют на дальность его полета.
Исследовать, есть ли в растительном и животном мире объекты, которые двигаются подобно воздушным шарам.
Изучить, как ученые использовали свои знания об этом движении.

Гипотезы исследования:

Предположим, что воздушному шару помогает ветер.
Предположим, что газ в шаре легче воздуха.
Предположим, что воздушному шару помогает выходящий из него воздух.

Методы исследования.

Обзор литературы.
Поиск информации в Интернете.
Проведение экспериментов.
Наблюдение.
Мнения других людей.
Сравнение и сопоставление фактов.

1.2 История создания воздушных шариков.

Анкетирование обучающихся 2-х классов.

Анкетный опрос второклассников.

Поскольку я понял, что одних моих знаний будет недостаточно, чтобы ответить на все интересующие вопросы, я сначала спросил своих одноклассников - учеников второго класса моей школы. Ниже приведены их ответы.

Вопросы были заданы 42 ученикам второго класса. Результаты анкетирования показали, что часть из них считает, что воздушные шары летают в 60 % случаев потому, что газ в шаре легче воздуха, 33 % не знают, почему они летают, и 7 % считают, что они летают из-за ветра, 47 % считают, что расстояние полета обусловлено силой ветра, 33 % не знают, а 20 % - количеством газа в шаре.

Вывод: мои одноклассники оказались неосведомленными в этих вопросах, и их мнения разошлись.

Листая новых книг страницы…

Когда я понял, что не могу получить четкого ответа, я обратился к книгам. Первым помощником стала «Большая советская энциклопедия» и "Толковый словарь русского языка" под редакцией С.И. Ожегова. Информация в них организована в соответствии с принципами краткости, точности, но не слишком большой ясности. Книги были найдены в библиотеке, а статьи - в "Интернете". Вот что я там прочитал.

Глядя на современные воздушные шары, многие думают, что эта яркая и веселая игрушка появилась совсем недавно. Те, кто знает лучше, считают, что воздушные шары появились примерно в середине прошлого века.

Однако на самом деле это не так! История воздушных шаров началась гораздо раньше. Давным-давно площади, на которых проводились жертвоприношения и праздники римской знати, украшали расписными шарами, сделанными из внутренностей животных. Позже воздушные шары вошли в обиход странствующих артистов, и для привлечения новой публики были созданы украшения из воздушных шаров. Скоморохи, выступавшие перед князем Владимиром, использовали воздушные шары, сделанные из бычьих пузырей.

Первые воздушные шары современного типа были изготовлены знаменитым британским исследователем электричества, профессором Королевского университета Майклом Фарадеем. Однако Фарадей сделал их не для того, чтобы раздавать детям или продавать на ярмарках. Он просто экспериментировал с водородом.

Первый современный латексный воздушный шар был изготовлен Нилом Тайлотсоном в 1931 году. С тех пор воздушные шары наконец-то смогли измениться! До этого воздушные шары могли быть только круглой формы, но с появлением латекса впервые стало возможным делать вытянутые шары. Это новшество вскоре нашло свое применение. Праздничные дизайнеры стали делать воздушные шары в форме собак, жирафов, самолетов, шляп и т. д. Клоуны также стали использовать воздушные шары и придумывать необычные формы.

1.3 Представитель растений и животных, которые двигаются как воздушные шары.

Реактивную локомоцию можно наблюдать у диких животных. Реактивная локомоция используется многими моллюсками.

У осьминогов, кальмаров и каракатиц есть специальные мешочки. Они всасывают в себя воду и выпускают наружу сильную струю воды. Эта струя толкает животное назад. Всасывая воду и с силой выталкивая ее наружу, они скользят по волнам, как живая ракета.

Кальмар может развивать скорость до 60-70 км/ч. При угрозе опасности он выпрыскивает струю черной жидкости.

Гребешок резко расправляет раковину и прыгает вперед, выплескивая из нее струю воды. Прыжки крупных гребешков могут достигать более полуметра в длину.

Сальпы - прозрачнотелые морские существа, которые при движении вбирают воду через передние отверстия и выталкивают ее через задние. Так они двигаются вперед.

Медузы выталкивают воду из-под своего колоколообразного тела и толкаются в противоположном направлении.

Примеры возвратно-поступательного движения можно найти и в растительном мире. На побережье Черного моря растет бешеный огурец. Спелые плоды огурца при малейшем прикосновении к плодоножке отскакивают назад, и из их отверстий с огромной силой вырывается семенная жидкость. Бешеные огурцы вырастают до высоты более 12 метров, распространяя таким образом семена. Также называется взрывающийся огурец.

Как ученые использовали свои знания о реактивной тяге?

Одним из важнейших изобретений человечества в XX веке стало изобретение реактивного двигателя. В течение сотен лет такие ракеты использовались сначала на Востоке, а затем в Европе для фейерверков, сигнальных и боевых ракет. Так родились ракеты, а затем и реактивные самолеты.

Позже инженеры создали двигатель, похожий на кальмара. Они назвали его водометным. Такие двигатели были установлены на некоторых скоростных катерах.

Реактивное движение очень популярно в мультфильмах и художественных фильмах, например, «Ивашка из дворца пионеров», «Ну, погоди!», «Каникулы в Простоквашино», «Усатый нянь».

Наши эксперименты доказывают, что воздушные шары - отличный инструмент для изучения физических и химических явлений и законов. Это исследование можно использовать в школах на уроках физики в старших классах.

Кроме всего прочего, оказалось, что надувать воздушные шары не только весело, но и полезно. Оказалось, что воздушные шарики "дарят" здоровье нашим легким. Надувание шариков положительно влияет на горло. Такая тренировка используется певцами, поскольку помогает им правильно дышать во время пения. Воду в шаре можно заморозить и использовать в качестве украшения сада зимой.

Глава 2 Что заставляет воздушный шарик двигаться?

2.1 Что заставляет летать завязанный шар летать

Опыт 2.1. Допустим, ему помогает ветер.

Надуйте два воздушных шарика. Завяжите один конец ниткой. Выйдите на улицу в ветреный день. Надуйте шарики. Шарики летят. Привязанный шар летит по ветру. Непривязанный шар летит быстрее. Затем оба падают на землю. На ровной поверхности без ветра привязанный шар медленно падает на пол. А непривязанный летит и падает, хотя и медленнее, чем внешний. (Приложение 1)

Вывод: Ветер помогает воздушным шарам летать. Однако они могут летать и без ветра. Это означает, что моя гипотеза лишь частично подтвердилась.

Опыт 2.2. Предположим, что газ в шарике, легче воздуха, и поэтому летит.

Мы знаем, что чем теплее воздух, тем он легче, поэтому воздушный шар поднимается вверх. Углекислый газ также может быть легче воздуха.

Давайте попробуем провести следующий эксперимент. Приготовьте два одинаковых воздушных шара. Наполните один шар углекислым газом, а другой - воздухом с помощью насоса. Свяжите их ниткой и бросьте на палку. Вы увидите, что шарик, надутый углекислым газом, ниже. Вывод: шар, надутый углекислым газом, тяжелее. Справочник показывает, что мой вывод был правильным. Углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха.

Опыт 2.3. Возможно, шарик толкает воздух, выходящий из него.

Когда воздушный шар надувается, резиновая оболочка растягивается, впуская воздух. Когда впускное отверстие отпускается, воздух выталкивается наружу. Воздушный шар сжимается. Воздух в шарике летит в одну сторону, а оболочка шарика - в другую. Они отталкиваются друг от друга. Траектория движения шара непредсказуема. Когда в шаре заканчивается воздух, он останавливается.

Я спросила об этом свою учительницу Ципильму Дашинимаевну. Она рассказала мне, что шарики летают благодаря силе реакции. Движение под действием силы реакции происходит, когда часть тела покидает тело с определенной скоростью.

Вывод: другими словами, воздушный шар толкает воздух, который выходит. На мой воздушный шар действует сила реакции.

2.2 Реактивное движение шарика.

Проведем еще несколько опытов показывающих реактивное движение шарика. (Приложение 2)

Опыт 2.4 Шарик с трубкой.

Надуйте воздушный шар, вставьте в него согнутую трубку и завяжите ее. Прикрепите воздушный шар к маленькой машинке. Трубка должна быть направлена назад. Отпустите трубку. Воздух выходит назад. Автомобиль движется вперед под действием силы реакции.

Опыт 2.5 Шарик в миске.

Поместите тот же шар с трубкой в миску с водой. Трубка отвернута. Отпустите трубку. Шарик начинает вращаться в воде под действием силы реакции.

От чего зависит расстояние между шариками?

Поэкспериментируйте с шариками разных размеров и толщиной резины.

Протяните леску через всю комнату. Прикрепите к леске кусок соломинки. Наполните воздушный шар одинаковым количеством воздуха с помощью насоса (10 раз). Привяжите шарик к соломинке и отпустите его. Воздушный шар летит по леске некоторое время, а затем останавливается. Измерьте пройденное расстояние. Заполните таблицу результатов для наглядности (см. Приложение 1).

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

Заключение.

После этой работы я убедился, что ветер помогает воздушному шару летать. Однако если воздушный шар отвязать, он полетит и без ветра. Другими словами, моя гипотеза о том, что ветер помогает воздушному шару летать, подтвердилась частично.

Вторая гипотеза оказалась неверной. Углекислый газ, который помещается в воздушный шар при его надувании, тяжелее воздуха, поэтому он не помогает шару летать.

Воздушный шар выталкивает воздух из шара. Воздух, выходящий из шара, движется в одну сторону, а оболочка шара - в другую. Эти две стороны отталкиваются друг от друга. Траектория движения воздушного шара непредсказуема. Под действием силы реакции шар улетает. Третья гипотеза полностью обоснована.

Мы также узнали, что на то, как летит шарик, влияют толщина резины и размер шарика. Чем толще резина и чем больше мяч, тем дальше он летит. Для меня это мини-исследование открыло большой мир покорения космоса и поставило дополнительные вопросы, требующие теоретической подготовки и самоанализа.

Новизна данного исследования заключается в том, что оно объясняет, почему летают шары и от чего зависит их дальность полета. Материал данной работы можно использовать на уроках окружающего мира, в кружках юных физиков или для интересного проведения классного часа.

Библиография.

1.Гальперштейн Л.Я. Моя первая энциклопедия.: Науч. -поп. издание для детей/ - М.: ООО «Издательство «Росмэн-Пресс», 2003. – 255 с.

2. Дорогова Е.М., Знаменская Л.Ф., Майоров В.Д. Справочник школьника для начальных классов. Русский язык. Математика. Природоведение. – М.: Стрекоза, 2009. – 520 с.

3. Я познаю мир: Феномены мира: Детская энциклопедия./С.Н.Зигуненко – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 396 с.

4.Ф.Рабиза «Простые опыты» - М. Дет.Лит., 2002

5.Большая детская энциклопедия. Том 2. Физика: МастерМедиа, 2006.

Приложение 1

Таюлица 1. Результаты измерений

№	Цвет шарика	Размер	Толщина резины	Пройденный путь, мм
1	Красный	75,5	тонкая	550
2	Синий	70,45	тонкая	520
3	Жёлтый	65,6	средняя	600
4	Зелёный	70,6	толстая	685
5	Голубой	70,66	толстая	700