Исследовательская работа " Воздушный змей- забава для детей
проект (4 класс) на тему

Введение

Мой любимый город - Геленджик. Его называют «Геленджик - город – праздник». Называют так, не зря. Ведь в Геленджике ежегодно проводятся карнавал, фестивали, шоу- программы и другие праздничные мероприятия. На одном из таких праздников я увидел   шоу воздушных змеев. Это было очень красиво и завораживающе. Я захотел узнать информацию о воздушных змеях и самому сделать его.

Мотив исследования: желание узнать о  воздушных змеях.

Цель моей работы – изучение темы «Воздушный змей» для расширения своего кругозора и применения полученных знаний в изготовлении воздушного змея.

Перед собой я поставил следующие задачи:

1. Найти и изучить информацию по данной теме.
2. Узнать,  где и когда впервые появились воздушные змеи.
3.  Узнать  о видах воздушных змеев.
4.  Узнать о конструкции змея.
5. Узнать, почему  воздушные змеи способны  подниматься и парить в воздухе.
6.  Узнать о применении воздушного змея
7. Узнать о способе изготовления воздушного змея.
8.  Выполнить практическую работу по изготовлению воздушного змея.
9. Провести анализ полученных результатов.
10. Сделать выводы.

      Гипотеза: изучение темы «Воздушный змей»  расширит  мой кругозор  и поможет в изготовлении воздушного змея

      Мною использовались следующие методы исследования:

поисковый, анкетирование, интервьюирование,  наблюдение,  анализ, эксперимент.

 Объект исследования:  окружающий мир

 Предмет исследования:  воздушный змей

Основная часть

           С целью выяснения актуальности данной темы я провел  анкетирование одноклассников (Приложение №1).  В результате анализа анкет я сделал следующие выводы: из 25 опрошенных одноклассников 22 человека предпочитают в свободное время читать, играть в компьютерные игры, 3 человека занимаются спортом, любят играть в подвижные игры. Все дети хотели бы запустить воздушного змея. В подарок хотели бы получить воздушного змея  20 человек. Это же количество детей хотели бы узнать информацию о воздушных змеях и как их сделать. Таким образом,  у моих одноклассников  есть интерес к такой забаве, как запуск воздушного змея. И если дети ещё научатся самостоятельно его изготавливать, то  это увеличит их двигательную активность. Ведь современные школьники так мало двигаются. Таким образом, тема «Воздушный змей» актуальна для учащихся  моего класса.

       Из интернет - источников я узнал, что воздушные змеи относятся к древнейшим летательным аппаратам.  Первые документы о них встречаются еще за несколько веков до начала нового летоисчисления. В китайских рукописях рассказывается, что воздушные змеи в форме птиц, рыб, бабочек, жуков, человеческих фигур  раскрашивали в самые яркие цвета. Наиболее распространенным типом китайского змея был дракон — фантастический крылатый змей. Огромный дракон, поднимаемый в воздух, являлся символом сверхъестественных сил. В ряде местностей Китая до недавнего времени сохранились следы обычая массового запуска воздушных змеев в девятый день девятого месяца — день змея.  Летающий дракон конструктивно сложен. Два-три десятка легких бумажных конусов образовывали длинное круглое тело чудовища, живописно извивающегося в полете. Змей-дракон имел крупную голову с оскаленной пастью. Сквозь пасть ветер проникал в пустое туловище и, надувая его, поддерживал в воздухе. Иногда вместо конусов в конструкцию остова дракона входили постепенно уменьшающиеся круглые диски, которые были связаны между собой шнурами. Каждый диск пересекался тонкой бамбуковой планкой, на конце которой укреплялись большие перья. Для усиления эффекта была придумана специальная «змеиная музыка», напоминающая завывания ветра в дымовой трубе. Приспособление, издающее эти звуки, изготавливали из сухих головок мака, в которые вставляли камышовые свирельки. К пасти дракона прикрепляли леер, а к хвостовой части — две длинные шелковые ленты, которые извивались в воздухе вместе со змеем. На древних японских рисунках также можно встретить изображение воздушных змеев, по форме значительно отличавшихся от китайских. Типичный малайский воздушный змей имеет форму криволинейного симметричного треугольника. Каркас его состоит из трех пересекающихся прутьев, обтяжка — из грубой ткани. Европейские историки изобретение змея приписывают древнегреческому ученому Архиту Тарентскому (IV в. до н. э.).

                   Я узнал, что   воздушные змеи бывают  разные. Одноплоскостные – это простейшие конструкции. Обладают невысокой подъёмной силой и малой ветровой устойчивостью. Многоплоскостные  или коробчатые, которые состоят из отдельных ячеек в форме тетраэдров или параллелепипедов. Важной их особенностью является высокая устойчивость. Составные или групповые, состоящие из группы воздушных змеев. Это как  змейковый поезд ( Приложение №2).

         Я определил основные конструктивные элементы воздушного змея: жёсткий каркас, поверхность из материи или бумаги, покрывающая каркас, наматываемый на лебёдку или катушку леер (пеньковая верёвка, стальной трос, прочная нить); уздечка для крепления к воздушному змею леера и органы устойчивости (хвост).

      Любопытны факты о первых практических применениях воздушных змеев.  В  летописях говорится, что в IX в. византийцы якобы поднимали на воздушном змее воина, который с высоты бросал в неприятельский стан зажигательные вещества. В 906 г. киевский князь Олег воспользовался воздушными змеями при взятии Царьграда. Летопись говорит, что над неприятелем в воздухе появились «кони и люди бумажны, вооружены и позлащены». А в 1066 г. Вильгельм Завоеватель использовал воздушные змеи для военной сигнализации при покорении Англии. Но, к сожалению, о форме древних европейских змеев, об их конструктивных и летных свойствах не сохранилось никаких данных.

        Долгое время ученые Европы недооценивали значение воздушного змея для науки. Только с середины XVIII в. воздушный змей начинает применяться   в работах.

 В 1749 г. А. Вильсоном (Англия) змей  был использован для подъема термометра с целью определения температуры воздуха на высоте. В 1752 г. ученый-физик В. Франклин использовал воздушный змей  для исследования молнии. Открыв при помощи змея электрическую природу молнии, Франклин изобрел молниеотвод. Воздушные змеи применялись для изучения атмосферного электричества великим русским ученым М. В. Ломоносовым и английским физиком И. Ньютоном. Змей начинает оказывать науке ценные услуги. Поэтому неудивительно, что в 1756 г. знаменитый математик Л. Эйлер написал следующие строки: «Воздушный змей, эта игрушка для детей, презираемая учеными, может, однако, заставить глубоко над собой задуматься».

       Значительное усовершенствование змея произвел австралийский ученый Л. Харграв в 90-х гг. прошлого столетия. Воспользовавшись работами первого планериста, немецкого инженера О. Лилиенталя,  Харграв впервые применил в качестве воздушного змея две сквозные коробки, соединенные друг с другом. Лилиенталь, конструируя свои планеры, заметил, что такие аппараты имеют хорошую устойчивость в воздухе. Харграв терпеливо искал выгодные пропорции своих коробок. В конце концов появился первый коробчатый воздушный змей, уже не требующий хвоста для устойчивости в полете. Летающие коробки Харграва явились не только большим толчком для развития змейкового дела, но и, несомненно, помогли при конструировании первых самолетов. Это положение подтверждается сходством с двухкоробчатым воздушным змеем бипланов Вуазена, Сантос-Дюмона, Фармана и аппаратов других первых авиаконструкторов. Первый подъем человека на коробчатых воздушных змеях был осуществлен также Харгравом. Пассажир был поднят на четырех змеях общей площадью 22 м2.

       Начиная с 1894 г., воздушный змей систематически применяется для изучения верхних слоев атмосферы. В 1895 г. при Вашингтонском бюро погоды была организована первая змейковая станция. В 1896 г. в Бостонской обсерватории была достигнута высота подъема коробчатого змея, равная 2000 м, а в 1900 г. там же змей был поднят на высоту 4600 м. В 1897 г. начаты работы с воздушными змеями и в России. Они велись в Павловской магнито-метеорологической обсерватории, где в 1902 г. было открыто специальное змейковое отделение. Широкое применение воздушный змей нашел в метеорологических обсерваториях Германии, Франции и Японии. 3мей поднимался на очень большую высоту. Например, в обсерватории Линдерберга (Германия) добились подъема воздушного змея более чем на 7000 м. Первая радиосвязь через Атлантический океан была налажена с помощью коробчатого воздушного змея. Итальянский инженер Г. Маркони запустил в 1901 г. на острове Нью-Фаундлен большой воздушный змей, который летал на проволоке, служившей приемной антенной. Коробчатым змеем Харграва заинтересовалось английское военное ведомство. Лейтенант английской армии Коди видоизменил змей Харграва. Он увеличил его площадь путем добавления боковых крылышек, размещенных на всех углах коробок, усилил прочность конструкции и ввел совершенно новый принцип сборки и разборки змея. На таких змеях стали подниматься в воздух военные наблюдатели. В начале XX в. работу над змеями Коди продолжил капитан французской армии Сакконей. Он создал еще более совершенную конструкцию воздушного змея, являющуюся одной из лучших и по настоящее время. Сакконей, пользуясь богатыми субсидиями военного ведомства, имел возможность широко поставить свои опыты. Он основательно разработал принцип буксирного подъема змеев: одна группа змеев поднимала в воздух основной леер (трос), другая — буксировала по тросу груз. Сакконей установил первые рекорды высоты и грузоподъемности воздушных змеев. Работы Сакконея нашли своих продолжателей во многих армиях Европы. В России полковником Ульяниным был создан для армии специальный воздушный змей. Ценным и остроумным новшеством в змеях его конструкции были шарнирные крылья, автоматически увеличивающие площадь змея при ослабевании ветра. Кроме Ульянина, змеями увлекались Кузнецов, Прахов и др., создавшие удачные конструкции. Во время русско-японской войны 1904—1905 гг. в русской армии были специальные змейковые подразделения. Параллельно с работами Коди в Европе, главным образом во Франции, проводили свои эксперименты и другие конструкторы. Из них следует упомянуть Поттера, который изменил место крепления уздечки и создал змей с килевыми плоскостями, увеличивающими грузоподъемность. Интересную конструкцию оригинального однокоробчатого змея предложил французский инженер Лекорню. Он создал змей, коробка которого напоминает пчелиные соты. Идею постройки своего змея Лекорню обосновал, наблюдая полет птиц. Если смотреть на летящую птицу, то можно заметить что плоскости корпуса и крыльев образуют некоторый угол. Такой же установочный угол в 30 градусов Лекорню сделал у горизонтальных плоскостей змея. Во время первой мировой войны войска различных стран и особенно Германии применяли для наблюдательных постов привязные воздушные шары, высота подъема которых, в зависимости от условий боя, достигала 2000 м. Они давали возможность наблюдать расположение противника в глубь фронта и через телефонную связь направлять огонь артиллерии. Когда же ветер становился слишком сильным, вместо воздушных шаров применяли коробчатые змеи. В зависимости от силы ветра составлялся поезд из 5—10 больших коробчатых змеев, которые прикрепляли к тросу на определенном расстоянии друг от друга на длинных проволоках. К тросу привязывали корзину для наблюдателя. При сильном, но довольно равномерном ветре наблюдатель поднимался в корзине на высоту до 800 м. Такой способ наблюдения имел то преимущество, что он позволял подойти ближе к передовым позициям противника. Воздушные змеи не так легко расстреливались, как воздушные шары, представлявшие собой очень большую мишень. Кроме того, выход из строя отдельного змея отражался на высоте подъема наблюдателя, но не вызывал его падения. Попадания же в шар одной зажигательной ракеты было достаточно для его гибели, так как он наполнялся легковоспламеняющимся водородом. Воздушные змеи во время первой мировой войны использовали также для защиты важных военных объектов от нападения самолетов противника путем устройства заграждений, состоявших из маленьких привязных воздушных шаров и воздушных змеев, поднимавшихся до высоты 3000 м. С шаров и змеев спускались проволочные тросы, которые создавали для самолета противника большую опасность. Германия применила такие заграждения для защиты верфи подводных лодок и ангаров в Бельгии.Для змейковых заграждений ангаров у Брюсселя были изготовлены змеи больших размеров в виде привязных самолетов. Змеи копировали очертания самолетов различных конструкций (монопланов, бипланов) с целью ввести в заблуждение летчиков противника.

Весной 1915 г. в Германии произошел интересный случай, когда привязной самолет ввел в заблуждение не летчиков противника, а собственную зенитную батарею. Однажды рано утром в воздух был поднят привязной самолет-биплан. Вскоре после подъема он скрылся в облаках. Когда к полудню облака рассеялись, в их разрыве внезапно показался этот самолет. У немецких наблюдателей создалось впечатление, что облака неподвижны, а биплан летит с довольно большой скоростью. Вскоре он исчез в облаке с тем, чтобы тут же снова появиться в следующем разрыве. Посты воздушного наблюдения и связи сообщили: «Вражеский самолет». Зенитные батареи открыли заградительный огонь. Вокруг аэродрома гремели пушки, стараясь уничтожить воздушного врага. Самолет то исчезал в облаках, то снова показывался, и заградительный огонь продолжался до тех пор, пока немцы, наконец, не поняли, что обстреляли собственный привязной самолет. Последний не был сбит лишь потому, что при стрельбе делалась поправка на мнимую скорость движения самолета и снаряды неизменно оказывались впереди неподвижной мишени. Змейковое дело в Европе достигло наивысшего расцвета к концу войны, в 1918 г. После этого интерес к воздушным змеям ослабел. Бурное развитие авиации начало вытеснять змей из военного дела. Многие конструкторы, ранее увлекавшиеся змейковым делом, перешли к работе над самолетами. Но их опыт постройки змеев не прошел бесследно. Он, безусловно, сыграл свою роль в истории авиации на первой стадии развития самолета.

        В настоящее время воздушные змеи применяются исключительно в развлекательных и спортивных целях. В последние годы развитие получили так называемые пилотажные змеи — воздушные змеи специальной формы, управляемые с помощью двух лееров ( кайты). 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.

       Я знаю, чтобы запустить воздушного змея, нужна сила ветра. При сильном ветре в воздухе кружатся листья, бумага, пакеты, но они  не взлетают ввысь.  Но почему же змей взлетает и парит в воздухе? За ответом я обратился к учителю физики Грибцовой Елене Викторовне. Она мне объяснила, что змей поднимается, потому что на него действует подъёмная сила. Появление подъёмной силы связано с разной скоростью движения воздуха, создающей разное давление с нижней и верхней сторон летящего предмета.  В воздухе змей находится в наклонном положении, потому что его удерживает бечёвка. При таком положении давление воздуха в  передней части змея  ниже, поэтому он не только поднимается, но и летит вперёд, набирая скорость (Приложение №3).

       Но какой  воздушный змей  можно сделать самому  и как? За  информационной помощью обратился к Георгию, моему соседу

(Приложение №4).  Он мне рассказал   об особенностях, на которые нужно обратить внимание при изготовлении воздушного змея. Во- первых, змей должен быть достаточно прочным и жестким, так как на поверхность змея воздействует сила ветра. Во- вторых,змей должен быть достаточно легким. В- треьих, центр тяжести корпуса змея должен быть расположен на оси его симметрии, т.е. на продольной линии корпуса змея, делящей корпус на две равные части. При невыполнении этого правила змей не взлетит.  В-четвёртых, стропки, при помощи которых змей прикрепляется к шнуру, служащему для его запуска, следует тщательно подобрать по своей длине и прикрепить к корпусу змея в строго определенных точках. Помощью этих стропок змею придается наивыгоднейший угол наклона его корпуса к потоку воздуха для создания наибольшей подъемной силы. При нарушении этого правила змей или не полетит, или будет летать плохо, не поднимаясь высоко в воздух. В- пятых, особое внимание нужно обратить на хвост, который является столько украшением летающего воздушного змея, сколько выполняет функции руля. Поэтому, если он будет неправильно отрегулирован, то змей либо не взлетит совсем, либо будет летать неустойчиво, вращаясь в разные стороны.

 Георгий мне рассказал, что  желающие запустить змея традиционно делают плоский воздушный змей. Сначала  делают корпус. 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.  Обшивку можно сделать из  лёгкой ткани.   Чтобы сделать каркас, нужно рейки соединить крестом и закрепить их бечёвкой по середине. На концах реек делают надрезы, в которые привязывают бечёвку, чтобы связать рейки со всех сторон. По всем углам корпуса перекрещивающиеся рейки нужно обвязать нитками. По  размерам корпуса  вырезают обшивку и на нее наклеивают рейки корпуса. В начале наклеивают рейки по краям обшивки, а затем на перекрещивающиеся рейки. Клей применяют самый разный: столярный, казеиновый, БФ и др. Далее  делают стропки: верёвки  соответствующих размеров приявязывают к трём углам каркаса соединяют вместе в один общий узел. К узлу прикрепить  бечёвку, намотанную в катушку.  К другому концу прявязывают хвост. Для этого  к верёвке нужно прикрепить 3-4 полоски длиной 30 см. Мне он посоветовал сделать воздушного змея в виде птицы (модель треугольник),так как он  красив в воздухе. Принцип действий схож при изготовлении змея  трационной формы.   Из ткани или плёнки вырезается равносторонний треугольник.  По центру  укрепляется рейка (это туловище).  По краям тоже рейки (крылья).  К этой рейке прикрепляется килер (треугольник), к  которому прикрепляется леер.  К притивопожным  углам прикрепляются ленты- это хвост. Будет ветер, и «птица» готова к полёту.  Георгий меня предупредил о  безопасности при запуске воздушного змея. Никогда не запускай змея вблизи линий электропередач или в грозу –  есть риск получить удар током.  Не запускай змея над скоплением людей, автомобильной или железной дорогой – змеи всё-таки иногда падают и могут сами или своим леером нанести порой достаточно серьёзную травму или просто вызвать законное недовольство. Полезно, а в случае с большим змеем просто необходимо, надевать кожаные перчатки, запуская змея, чтобы не повредить леером собственные руки.

     Я решил воспользоваться советами Георгия и сделать воздушного змея- птицу.

Практическая работа по изготовлению воздушного змея

1.  Сначала я решил сделать  эскиз воздушного змея (Приложение №5 ). На этом этапе  работы  определил внешний вид змея, его размеры, из каких материалов он будет изготовлен.

2. В соответствии с замыслом     начертил  схему  воздушного змея. (Приложение №5)

3. Сделал расчёт денежных средств на приобретение материалов и вместе с мамой  купил  всё необходимое: плёнку, бамбуковые палочки, пластмассовые трубочки, ткань, катушку ниток. (Приложение №6)

4. Составил  технологическую карту по изготовлению воздушного змея. (Приложение №7)

5. Выполнил   технологические операции по изготовлению воздушного змея. (Приложение №8)

6. Проверить качество своей работы решил в ходе эксперимента.

Эксперимент:   «Способность воздушного змея, сделанного в домашних условиях подняться и парить в воздухе»

Гипотеза:  я предположил,  что воздушный змей, сделанный мною, поднимется в воздух и будет парить в воздухе.

        Я вместе с  другом  вышел на открытую местность в  ветреную погоду. Встал так, чтобы ветер  дул в спину. Друг держал змея над головой двумя руками и стоял впереди на расстоянии. Катушку с леером  была у меня в  руках. Отойдя на 15-20 м, крикнул другу: «Отпускай!» ― и рывком потянул леер на себя. Змей  поднялся  вверх, и я радостно наблюдал за его полетом 

Вывод: моя гипотеза подтвердилась, воздушный змей, сделанный мною, поднялся и парил в воздухе. Я  был доволен результатами своей работы

( Приложение №9)

Заключение

     В ходе проведённого исследования цель достигнута, поставленные задачи решены. Гипотеза подтвердилась: изучение темы «Воздушный змей»  расширило  мой кругозор  и помогло  в изготовлении воздушного змея.

Мною были сделаны следующие выводы:

1. Воздушные змеи относятся к древнейшим летательным аппаратам.
2.  Ранее воздушные змеи использовались в проведении научных исследований атмосферы, метеорологических наблюдений, во время военных действий.
3.  В настоящее время воздушные змеи применяются исключительно в развлекательных и спортивных целях. Кайтинг — вид спорта, при котором спортсмен передвигается по местности с помощью воздушного змея.
4. Воздушный змей забава для взрослых и детей. Запуск воздушного змея способствует двигательной активности детей.
5. Второе воскресенье октября — Всемирный день воздушных змеев. В этот день любители воздушных змеев во всем мире запускают своих летающих «питомцев».
6. Воздушные змеи бывают  разные. Одноплоскостные – это простейшие конструкции. Обладают невысокой подъёмной силой и малой ветровой устойчивостью. Многоплоскостные  или коробчатые, которые состоят из отдельных ячеек в форме тетраэдров или параллелепипедов. Важной их особенностью является высокая устойчивость. Составные или групповые, состоящие из группы воздушных змеев. Это как  змейковый поезд.
7.  Основные конструктивные элементы воздушного змея: жёсткий каркас, поверхность из материи или бумаги, покрывающая каркас, наматываемый на лебёдку или катушку леер (пеньковая верёвка, стальной трос, прочная нить); уздечка для крепления к воздушному змею леера и органы устойчивости (хвост).
8. Змей поднимается  и парит в воздухе, потому что на него действует подъёмная сила. Появление подъёмной силы связано с разной скоростью движения воздуха, создающей разное давление с нижней и верхней сторон летящего предмета.  В воздухе змей находится в наклонном положении, потому что его удерживает бечёвка. При таком положении давление воздуха в  передней части змея  ниже, поэтому он не только поднимается, но и летит вперёд, набирая скорость.
9. Воздушного змея можно сделать самому в домашних условиях.
10. Воздушный змей можно использовать в качестве подарка.

           Полученные в результате работы выводы я использовал в подготовке доклада, с которым выступил перед сверстниками (Приложение №10).  Провёл мастер - класс  на тему: «Как изготовить воздушного змея». (Приложение №10). Запустил змея вместе с друзьями.

 Используемая литература:

1. Г. Риджуэй, Как сделать и запустить воздушного змея, Москва, Центрполиграф, 2001.

Интернет – ресурсы:

1.ru.wikipedia.org/wiki/Воздушный_змей

2. sitekd.narod.ru/zmey.html