auka Nauka jako poszukiwanie Fizyka Pozycja i ruch przedmiotów Nauka i technologia

Transkrypt

1 Wiropłatowiec Cele Uczniowie: Stworzą model wiropłatowca. Wykorzystując model zdefiniują relację matematyczną. Standardy i umiejętności auka Nauka jako poszukiwanie Fizyka Pozycja i ruch przedmiotów Nauka i technologia Umiejętności naukowe Obserwacja Tworzenie modeli Kontrolowanie zmiennych Matematyka Rozwiązywanie problemów Szacowanie Dokonywanie pomiarów Tworzenie grafów Wprowadzenie Aby powstała siła nośna powietrze musi poruszać się względem skrzydła. Ptaki i owady unoszą się w powietrzu dzięki temu, że poruszając skrzydłami, powodują ruch powietrza. Skrzydła samolotu są na stałe przymocowane do kadłuba. Siła nośna powstaje w wyniku poruszania się w powietrzu skrzydeł i kadłuba. Helikoptery są wiropłatami - siła nośna wytwarzana jest przez ruch obrotowy skrzydła w powietrzu. Aeronautics: An Educator s Guide/ Aeronautyka: poradnik nauczyciela 69

2 siła nośna siła nośna stałe skrzydł a obracające się skrzydła kierunek ruchu śmigła/skrzydła Siła nośna szybszy ruch powietrza/niższe ciśnienie wolniejszy ruch powietrza/wyższe ciśnienie przekrój skrzydła samolotu albo śmigła śmigła Siła nośna powstaje w wyniku różnicy ciśnień, która powstaje dzięki kształtowi wirującego śmigła; w podobny sposób siła nośna wytwarzana jest przez skrzydła samolotu. Powietrze szybko przesuwające się nad śmigłem wytwarza niskie ciśnienie; powietrze pod śmigłem przesuwa się wolniej, więc wytwarza wyższe ciśnienie. Różnica ciśnień wytwarza siłę nośną, dzięki której statek powietrzny się unosi. Modele z papieru nie mają silnika, więc mogą wykorzystywać tylko jedno źródło siły nośnej. Kiedy model papierowy spada, wpada w ruch obrotowy, imitując obroty śmigła helikoptera. Ponieważ brakuje siły ciągu do wytworzenia ruchu w górę, helikopter nie będzie unosił się, ale ruch obrotowy, który wytwarza siłę nośną, spowolni opadanie, ograniczając wpływ siły ciężkości. model z papieru NASA konstruuje i testuje eksperymentalne helikoptery i samoloty pionowego startu i lądowania aby ograniczyć poziom hałasu i zużycie paliwa. Modele są testowane w tunelach aerodynamicznych w centrach badawczych w Langley, Lewis i Ames. 70 Aeronautyka: poradnik nauczyciela

3 Materiały Czysty, biały papier Papier milimetrowy Arkusz roboczy dla ucznia zawierający szablon i wykres Nożyczki linijka Ołówek albo długopis 3 m cienkiej taśmy papierowej (taśmy magnetofonowej taśmy wideo) Organizacja Aktywność zaplanowana jest na ok minut. Przygotowanie Otwórz kasetę audio albo wideo i pokaż uczniom taśmę, znajdującą się w środku. Taśma zostanie wykorzystana poźniej. Podziel uczniów na pary lub grupy 3-4 osobowe. rób tyle kopii szablonu, żeby każda grupa mogła stworzyć wirnik. Teraz uczniowie wykorzystają szablon do budowy wirników. Działanie 1. Przetnij szablon wzdłuż ciągłych linii. A B Aeronautics: An Educator s Guide/ Aeronautyka: poradnik nauczyciela 71

4 B 2. agnij szablon na liniach przerywanych. Śmigła wirnika należy zagiąć w przeciwne strony. aginamy i do środka, do góry, aby usztywnić konstrukcję i obniżyć środek ciężkości. 3. Wstajemy i upuszczamy wirnik. Uczniowie opisują lub rysują to, co zaobserwowali. A 4. Upuszczamy zwykłą kartkę papieru i wirnik. Co spada szybciej? Kartka papieru spada szybciej, bo nie nabywa siły nośnej. Obracający się wirnik spada wolniej dzięki wytwarzanej przez siebie sile nośnej, która działa odwrotnie niż siła ciężkości. 5. Uczniowie przewidują, jak spadnie papier zgnieciony w kulę. Spadnie szybciej niż kartka papieru i wirnik. Kartka papieru spadnie wolniej, głównie dlatego, że jej powierzchnia stawia większy opór sile ciążenia niż papier zgnieciony w kulę. 6. Czy potraficie dokładnie policzyć ile razy wirnik obrócił się podczas spadania? ie - wirnik obraca się szybko, więc trudno zauważyć ile razy. 7. Aby określić liczbę obrotów (1) przyklej taśmę magnetofonową do wirnika, (2) przydepnij wolny koniec i podnieś wirnik, tak, aby taśma nie była poskręcana, (3) upuść wirnik w ten sam sposób, co poprzednio. W jaki sposób taśma magnetofonowa ułatwia obliczenie ile razy obrócił się wirnik? Każdy skręt taśmy to jeden obrót wirnika. Policzywszy skręty taśmy znamy liczbę obrotów wirnika. 72 Aeronautyka: poradnik nauczyciela

5 Ocena 1. Nauczyciel może obserwować pracę przy tworzeniu wirnika. 2. Uczniowie tworzą regułę, opisującą związek między liczbą obrotów a wysokością, z której upuszczany jest wirnik. Dodatkowe zadania 1. Uczniowie przeprowadzają eksperymenty z wirnikami, wykonanymi z papieru o różnej wadze. Uczniowie tworzą wykresy dla uzyskanych rezultatów. 2. Uczniowie projektują własny wirnik. 3. Uczniowie określają związek między wagą, wysokością, z której został upuszczony wirnik, kształtem i długością śmigieł. 4. Uczniowie określają, czy śmigła obracają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, czy w przeciwnym kierunku. kąt natarcia 5. Uczniowie zwiększają i zmniejszają kąt natarcia (patrz: ilustracja) śmigieł wirnika oraz ustalają, czy nowy kąt padania sprawia, że wirnik obraca się prędzej, czy wolniej oraz czy dłużej spada. 6. Uczniowie porównują spadanie wirników i spadanie nasion klonu lub dmuchawca. 7. W różnych porach roku: zaprojektuj papierowe helikoptery w kształcie zajączka, ducha, albo renifera. 8. Stwórz wykres, pokazujący związek między ilością obrotów i wysokością, z której spada wirnik. Aeronautics: An Educator s Guide/ Aeronautyka: poradnik nauczyciela 73

6 Szablony dla wirnika Śmigło Śmigło A B Śmigło Śmigło A B 74 Aeronautyka: Poradnik nauczyciela

7 Wiropłat B Aeronautyka: poradnik nauczyciela 75