Детская энциклопедия

Меню сайта











КРЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ. Аппараты легче воздуха

Люди издавна мечтали о покорении воздуш­ной стихии. Народная фантазия рисовала ков­ры-самолеты, крылатые колесницы, огромных сказочных птиц, которые переносили человека по воздуху.

Чтобы полететь, надо преодолеть земное притяжение. «Человек,— говорил отец рус­ской авиации Н. Е. Жуковский,— полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума». Наблюдая природу, чело­век постепенно постиг физические законы, осо­знал их и использовал для создания летатель­ных аппаратов разных типов.

Очевидно, по образу и подобию парящих в небе облаков были созданы первые средства полета: летательные аппараты легче воздуха— воздушные шары, дирижабли. Воздушные ша­ры и сейчас используются для изучения атмо­сферы, для решения задач геофизики и метео­рологии.

Птицы опираются в полете на воздух; они подсказали человеку принцип летательных аппаратов тяжелее воздуха — планеров, само­летов и вертолетов. Уже сейчас самолеты ле­тают быстрее звука и превышают скорость артиллерийских снарядов (скорость звука — около 1200 км/час, снаряда —около 2000 км/час). Самолеты могут подниматься на 25 и даже на 40 км. Ни одна птица не летает так бы­стро и так высоко.

Брошенный камень летит по инерции, если ему сообщить достаточную начальную скорость. На этом принципе человек создал ружье, пуш­ку, ракету.

АППАРАТЫ ЛЕГЧЕ ВОЗДУХА

Воздух, как и жидкость, обладает весом и давлением. На уровне моря 1 м3 воздуха весит приблизительно 1,3 кг, а атмосферное давление — около 1 бар. С увеличением высоты плотность воздуха и давление в нем резко уменьшаются:

Высоту в 40—60 км, где плотность и дав­ление воздуха уменьшаются в сотни раз, обыч­но считают практической границей атмосферы.

«Всякое тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость» — этот закон Ар­химеда может быть отнесен и к воздуху. Поэтому для преодоления силы тяжести надо, чтобы летательный аппарат был очень легким и при этом вытеснял бы значительный объем воздуха. Такой аппарат можно себе представить просто в виде пустотелого шара, из которого выкачан воздух. Но на такой шар будет действовать большое атмосферное дав­ление, и оболочка его должна быть очень прочной.

При современном уровне техники нельзя сделать оболочку одновременно и легкую и достаточно прочную. Но если шар заполнить газом более легким, чем воздух (т. е. с мень­шей плотностью), то давление изнутри и сна­ружи шара можно уравновесить. Обычно ис­пользуют водород или гелий: водород в 14, а гелий в 7 раз легче воздуха.

Первые воздушные шары заполнялись на­гретым воздухом: при нагревании воздух рас­ширяется и становится легче. Такие воздушные шары были впервые построены в конце XVIII в. во Франции братьями Монгольфье. Модель такого шара нетрудно сделать самому. Надо склеить его из долек папиросной бумаги и снизу через отверстие наполнить теплым воз­духом, подержав шар, например, над костром. Шар перестанет летать, когда воздух в нем охладится.

Современный воздушный шар с герметиче­ской кабиной для человека называется страто­статом. Чтобы такой шар смог подняться на большую высоту, где плотность воздуха стано­вится все меньше и меньше, он должен вытеснять все больший и больший объем воздуха. Поэтому приходится сначала шар заполнять газом не полностью; по мере того как шар под­нимается, давление в атмосфере становится меньше и шар расширяется сам (рис. 1). Для полетов на большой высоте шар делают очень большим, диаметр его достигает десятков мет­ров. В 1935 г. в СССР и США стратостаты под­нимались на высоту около 22 км. Подъемная сила зависит от разницы между плотностями воздуха и газа, наполняющего стратостат. Каж­дый кубометр водорода на уровне моря облада­ет подъемной силой:

 

 

Чтобы поднять груз с массой в 1 кг, нужно приложить силу в 9,81 н. На каждый килограмм груза объем воздушного шара, наполненного водородом, должен быть:

на уровне моря — 0,84 м3,

на высоте 20 км 11,5 м3,

на высоте 30 км 57 м3,

на высоте 40 км — 260 м3.

Оболочка воздушных шаров должна быть сделана из очень легкого и прочного материа­ла. Современная химическая промышленность изготовляет специальные пленки, 1 м2 которых весит 30—50 г (30 лет назад материал для оболочки стратостатов весил 100—150 г/м2).

Воздушные шары почти неуправляемы и ле­тят, куда дует ветер. Поэтому сейчас они ис­пользуются только для научных исследований атмосферы Земли, для разведки погоды, а иног­да и для военной разведки. На таких шарах установлена специальная аппаратура, которая передает полученные сведения по радио. В годы второй мировой войны на привязанных воздуш­ных шарах (аэростатах) поднимались прово­лочные противоавиационные заграждения.

Аппарат легче воздуха можно снабдить дви­гателем и рулями, и тогда он летит в нужную человеку сторону. Такой управляемый аппарат называется дирижаблем. Чтобы сопро­тивление воздуха было как можно меньше, ди­рижаблю придают вытянутую сигарообразную форму (рис. 2). Для жесткости его оболочка натянута на металлический каркас. Строились и цельнометаллические дирижабли, внутри ко­торых были расположены резервуары с легким газом.

Понятно, что дирижабль не может летать так же высоко, как стратостат, потому что объем его почти постоянен. Обычно дирижабли достигают высоты не более 6 км, а максималь­ная скорость их — около 150 км/час.

Строительство дирижаблей развернулось после первой мировой войны. Сначала дирижаб­ли были построены в Германии, затем в США и СССР.

Но широкого распространения они не получили. Водород, которым их наполняли, легко воспламеняется (были случаи, когда ди­рижабли сгорали в воздухе), дирижабли боль­шого размера могут сломаться, попав в силь­ный ветер. Наконец, дирижабли оказались непригодными для военных действий: их легко сбить из-за большого размера, малой ско­рости и малой высоты полета. Но дирижабли не похоронены. Во многих странах проектируют и начинают строить дирижабли-гиганты для перевозки очень больших грузов.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016