Рисунок 173. Готовая модель
Воздушные шары из бумаги – прекрасная игрушка
Многие из нас в детстве мечтали полетать на воздушном шаре. И многих интересовал вопрос о том, как же он парит в воздухе. Зная историю создания летательных аппаратов и устройство воздушного шара, ответить на этот вопрос не сложно. Соблюдая принципы конструкции этого удивительного летального средства, можно даже сделать его своими руками. Такая игрушка заинтересует многих.
Конструкция воздушного шара
Традиционный воздушный шар состоит из оболочки, клапана, веревочной сетки с подвесным обручем и корзины (рис. 174). Оболочку воздушного шара изготавливают из различных материалов. Это могут быть бумага, резина, хлопковая или шелковая ткани. У настоящих воздушных шаров, предназначенных для полета людей, оболочку покрывают лаком, чтобы не выходил наполняющий ее газ. При изготовлении игрушечных воздушных шаров можно обойтись без этого.
Рисунок 174. Воздушный шар
Нижняя часть оболочки шара сильно сужена и вытянута. В этом месте устанавливают клапан, который препятствует выходу наполняющего шар газа или горячего воздуха. На шар сверху накидывают сетку из прочных веревок с крупными ячейками. К ней снизу, под шаром прикрепляют обруч, на который, в свою очередь, подвешивают корзину для участников полета. К обручу также прикрепляли канат с якорем и гайдроп (длинную веревку). Традиционно корзины для воздушных шаров плели из камыша или ивовых прутьев. В них складывали мешки с песком. Этот балласт, сначала, позволял удерживать шар при наполнении горячим воздухом над землей. Затем мешки с песком постепенно выбрасывали, и шар поднимался все выше и выше.Несмотря на примитивность устройства этого летательного объекта, им можно было в некоторой степени управлять. Например, сбрасывание балласта позволяло подняться выше, а открывание клапана и выпуск газа – спуститься ниже. Во время спуска выбрасывали канат с якорем и использовали гайдроп, чтобы закрепиться на земле и ослабить движение.Самодельные воздушные шары сохранили свое изначальное устройство.
История появления воздушного шара
Изобретателями воздушного шара являются братья Этьен и Жозеф Монгольфье. Именно они в 1783 году во Франции сконструировали первый воздушный шар, на котором позже смог полететь человек.
Этот шар по виду напоминал мешок, сшитый из холстины и обклеенный для прочности бумагой. В диаметре он достигал 12 метров. К шару прикреплялся матерчатый пояс, на котором находились веревки для его удержания. В нижней части шара находилась рама из деревянных реек. К ней прикреплялась корзина, над которой располагалась топка. При сжигании в топке шерсти и соломы образовывался горячий дым. Он наполнял шар и приподнимал вверх, но веревки не позволяли пока ему взлететь. В таком состоянии шар выглядел огромным, как трехэтажный дом, а его вес превышал 200 кг. После того, как один из братьев Монгольфье дал команду, веревки отвязали, и шар начал подниматься в небо. Этот первый воздушный шар пролетел около 1 км. По мере остывания воздуха, находящегося в нем, он медленно снижался.
Оболочка воздушного шара братьев Монгольфье была непрочной и иногда загоралась от топки. Однако они продолжали свои опыты, и вскоре на воздушном шаре поднялись в небо живые существа. Это были петух, утка и баран. За этим событием наблюдал даже король Франции Людовик XVI. Путешествие первых воздухоплавателей продолжалось 8 мин. За это время шар пролетел почти 3 км. Непродолжительность парения воздушного шара объяснялась тем, что горячие дым и пар, наполняющие его, быстро остывали. В результате, на оболочке шара оседали капли воды. От этого новый летательный аппарат становился очень тяжелым и оседал вниз.
Братья Монгольфье продолжали совершенствовать свое изобретение, и вскоре на нем полетели два пассажира. Таким образом маркиз Д`Арланд и Франсуа Пилатр де Розье тоже вошли в историю воздухоплавания.
...
Почти одновременно с братьями Монгольфье воздушный шар создал профессор Жак Шарль из Парижа. Он использовал для его запуска иной наполнитель – водород. Этот газ легче воздуха и потому поднимается вверх.
С тех пор воздушные шары приобрели еще одно название – монгольфьеры. На их основе были разработаны аэростаты, которые поднимаются вверх не за счет горячего воздуха и присутствующих в нем дыма и пара, а за счет газа (водорода, пропана, а теперь гелия).
Воздушным шарам в дальнейшем пытались придать различную форму. Их делали грушеобразными, округло-продолговатыми, но в целом их конструкция осталась изначальной.
Воздухоплавательные игрушки привлекают внимание многих людей. В американском городе Альбукерке штата Нью-Мексико ежегодно осенью проводят фестиваль воздушных шаров. Появилась эта традиция в 1972 году, когда производился командный запуск 13 подобных летательных аппаратов. В настоящее время, в небо одновременно запускают огромное число ярких разноцветных объектов (до 1000 и более), которые представляют собой незабываемое зрелище.
Развлечения с воздушными шарами
Воздушные шары можно сделать и запустить в небо своими руками. Это может быть, как самостоятельный процесс, после которого остается только наблюдать за летящим объектом, так и этап праздничного мероприятия. Например, запуск воздушного шара можно совместить с походом на природу. Наполнить шар горячим воздухом можно над костром, после чего всей компанией осуществить его запуск.
К воздушному шару перед запуском можно прикрепить различные флажки, лозунги, плакаты, фонарики, вместилище (корзину, коробку) для чего-либо. Эти предметы можно также изготовить своими руками. Например, лозунг с приветствием или поздравлением можно написать красками или тушью на вертикальной полосе тонкой бумаги. Эту полосу сверху и снизу укрепляют тоненькими реечками и на нижнюю из них прикрепляют грузики (мешочки с песком или любые другие подвески). Главное, чтобы они были достаточно весомыми – примерно 60 г. Если вы решили показать всем плакат собственного изготовления, то принцип его обрамления и крепления тот же самый.
На воздушном шаре можно запустить светящийся фонарик. Его устройство напоминает китайские фонарики. Для их создания, сначала, делают заготовки – 2 круга из картона диаметром 12–15 см и деревянные реечки длиной 15–16 см. Круги соединяют между собой с помощью реек. Затем на нижнем круге укрепляют лампочку, соединенную с батарейкой. К верхнему кругу приделайте 4 веревочки. Они необходимы для подвязывания фонарика к воздушному шару. Далее, обтяните каркас фонарика легкой тканью или цветной бумагой. Если воздушный шар уже готов, можно запускать его вместе с фонариком.
Красиво смотрится парящий воздушный шар, за которым тянется гирлянда разноцветных флажков. Их можно изготовить из тонкой цветной бумаги и нанизать на две длинные крепкие нити. Если в увлечении воздушными шарами у вас есть единомышленники, то можно сделать несколько воздушных шаров и соединить их между собой гирляндами из флажков. Запуск таких самоделок принесет всей команде много радости, и зрелище получится превосходное.
Для разнообразия можно прикрепить к воздушному шару небольшую картонную коробку. Можно взять готовую или сделать ее из плотной бумаги. В коробку можно положить что-либо (предметы, записки с посланиями и др.). Главное, чтобы воздушный шар смог поднять этот вес.
Можно провести конкурс по созданию воздушных шаров и определить победителя. Приз присуждается тому, кто сделает самый красивый или оригинально оформленный воздушный шар и при этом способный к полету.
Игры с воздушными шарами
С воздушными шарами можно устраивать интересные групповые игры. Особенно пригодится это на отдыхе в сельской местности или летнем оздоровительном лагере. Многие ребята любят играть в военные игры, участвовать в походах, когда есть необходимость сообщить другим о своем местонахождении или подать какой-либо сигнал. Это можно сделать с помощью воздушного шара. Чтобы место для сбора всей команды или прибытия пополнения было обозначено, воздушный шар необходимо запустить на длинной веревке. Тогда он будет парить в определенном месте и не улетит далеко. Для сигнализации каждый из участников может использовать воздушный шар «своего» цвета.
Большой коллектив может разделиться на группы и заняться поиском воздушных шаров, которые предварительно запущены в лесу. При этом участники не должны видеть запуска моделей. В такой игре можно ввести различные дополнительные условия. Например, задать определенное время поиска или назначить приз той группе, которая найдет наибольшее количество воздушных шаров, и продолжать поиск до самого конца. Эту игру можно разнообразить дополнительными попутными заданиями. Например, отправить группу разведчиков в направлении поиска команды-соперника, возможно, она раньше обнаружит воздушный шар и добавит очков своей команде.
Поисковую игру можно видоизменить. Например, можно всем наблюдать за запуском воздушных шаров из разных точек в лесу или поле, а после их падения разбиться на команды и отправиться на поиски.
Воздушные шары можно использовать в эстафетах. Например, команды участников могут запускать их на время – кто быстрее, чей улетит дальше, какой дольше продержится в воздухе, кто сможет запустить наибольшее число шаров за единицу времени и т. д. При этом у каждой команды воздушные шары должны отличаться по цвету.
Условия для запуска воздушного шара
Запускать воздушный шар следует при тихой погоде. Лучше всего, если она будет безветренной или со слабым ветром (менее 3 м/с). Определить скорость ветра можно, понаблюдав за природой. В безветренную погоду (скорость движения воздуха 0–0,5 м/с) дым из трубы или от костра идет всегда вверх, трава не колышется, а листья спокойно висят на ветках деревьев и не шелестят. В такую погоду все водоемы имеют зеркальную поверхность.
Движение воздуха со скоростью 1–3 м/с можно ощутить на себе. При таком ветре флаги на зданиях колышатся. Можно заметить также колыхание травы и шелест листьев на деревьях. На поверхности водоемов при слабом ветре появляется легкая рябь.
Построение различных моделей воздушных шаров
Самодельные воздушные шары по своей конструкции напоминают настоящие, на которых осуществляются полеты людей. Для того, чтобы воздушный шар, сделанный своими руками, смог полететь и выдержал некий груз, необходимо при его создании учесть несколько физических параметров.
Воздушный шар поднимается при запуске вверх в том случае, если он наполнен газом, который легче воздуха. При этом масса самого воздушного шара также не должна быть выше определенных значений. Также разница между массой вытесняемого воздушным шаром воздуха и заполняющего воздушный шар воздуха должна превышать массу оболочки этого летательного аппарата. Такая разница соответствует подъемной силе воздушного шара. По этому значению определяют массу груза, который сможет поднять воздушный шар.
Для того чтобы рассчитать параметры воздушного шара, достаточно школьных знаний по физике.
Всем известно, что теплый воздух весит больше, чем холодный. Масса 1 м2 воздуха температурой 60 °C составляет 1040 г, а температурой 10 °C – 1240 г. разница между этими показателями составляет 200 г. Значит воздушный шар объемом 1 м2 имеет подъемную силу (Р 1 м2) при температуре атмосферного воздуха 10 °C равную 200 г. Для расчета объема (V) воздушного шара используется формула:
...
Vш = 4 × 3,14 × R3/3,
где R – радиус шара.
При упрощении эта формула приобретает вид:
...
Vш = 4R3.
Если допустить, что радиус шара равен 1 м, получиться, что его объем соответствует 4 м2.
Далее, по формуле можно рассчитать подъемную силу определенного воздушного шара:
...
Рш = Vш × Р 1 м2 = 4 × 200 = 800 (г).
По известным формулам рассчитывают и массу оболочки воздушного шара. Для этого необходимо знать площадь (S) поверхности шара:
...
Sш = 4 × 3,14 R2.
В данном случае, площадь поверхности равна 12 м2. Известно, что 1 м2 папиросной бумаги и масса клея, необходимая для склеивания деталей соответствуют 55 г. Значит можно рассчитать массу оболочки воздушного шара (Роб).
...
Роб = Sш × Р 1кв. м = 12 × 55 = 660 (г).
Теперь можно вычислить полезную подъемную силу воздушного шара:
...
Pпол = Рш – Роб = 800–660 = 140 (г).
По этому результату можно сделать вывод, что воздушный шар с радиусом 1 м при наполнении теплым воздухом полетит.
Для того чтобы сделать выкройку оболочки воздушного шара, нужно определить длину деталей. Для этого нужно знать радиус и длину окружности воздушного шара и число деталей, составляющих оболочку. Число деталей в оболочке воздушного шара может быть различным.
Длина окружности определяется по формуле:
...
Lокр = 2 × 3,14 × R.
При радиусе воздушного шара 1 м окружность равна 6,28 м. Значит можно высчитать длину детали оболочки воздушного шара:
...
Lдет = 6,28/2 = 3,14 м.
Таким образом можно просчитать параметры воздушного шара с любыми размерами, определить массу груза, который выдержит наполненная теплым воздухом оболочка, и составить ее выкройки.
Если вы решили смастерить воздушный шар с большим диаметром, то длина и число деталей должны увеличиться. Однако не рекомендуется делать заготовки шире 40 см. Для создания воздушного шара с диаметром 3 м лучше выкроить 24 детали с длиной 4,8 м, а при диаметре воздушного шара 5 м – 40 деталей длиной 8 м.