327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
23.03.2017


Кейс - урок "Крыло"
Кейс - урок: "Крыло"

Раздел: Общечеловеческие ценности

Уровень (класс): 7-9

Тема: История открытий и прогресса

Цель: Обобщить и систематизировать знания о таком понятии как крыло и крылья. Расширить

знания о их видах, формах и использовании.

Какая информация меня здесь ждет?

  • Какие бывают крылья?
  • Почему люди не летают самостоятельно?
  • Что такое подъемная сила и зачем она нужна?
  • Что такое сила сопротивления и как ее преодолевать?
  • Почему некоторые птицы летают, а некоторые – нет?
  • Почему часть здания, отдаленную от его центра, называют крылом?
6 разверток по предметам, явлениям и практикам:
Вступление

Что вам приходит в голову, когда вы слышите слово «крыло»? Нежные крылышки бабочки или размашистые крылья орла? Крылья самолета или парашют-крыло? А может покрытые над колесом велосипеда или автомобиля? Словом «крыло» можно описать множество различных объектов, от крыла предназначенного для полета, будь то птица или самолет, до крыла здания или элемента доспеха.

Физика

Вы когда-нибудь задумывались, почему люди не летают? Имеется ввиду не на самолете или воздушном шаре, а самостоятельно? Ведь мы много веков наблюдаем за птицами и, на первый взгляд все, казалось бы, так легко – скопировал клиновидную форму крыла, прикрепил к рукам, подпрыгнул и полетел. Почему же тогда человек все еще не летает?

На этот вопрос ответил еще в 1505 году Леонардо да Винчи, акцентируя внимание на том, что птица может держаться в воздухе и без взмахов крыльями, поскольку движущийся воздух выполняет ту же роль, что и взмахи крыльев при неподвижном воздухе. Иными словами, чтобы полететь, не нужно махать крыльями, а необходимо их вынудить двигаться относительно воздуха, и для этого крылу всего-навсего надо сообщить горизонтальную скорость. И вот тут-то и возникнет подъёмная сила благодаря взаимодействию крыла с воздухом, и, как только величина этой силы окажется больше величины веса самого крыла и всего, что с ним связано, тогда-то и начнётся полёт.

 

Для начала давайте разберёмся, что же такое подъемная сила и сила сопротивления.

Сопротивление воздуха

При движении твердого тела в воздухе на тело действует сила сопротивления воздуха, направленная противоположно движению тела. Такая же сила возникает, если на неподвижное тело набегает поток воздуха; она направлена по движению потока. Сила сопротивления вызывается, во-первых, трением воздуха о поверхность тела и, во-вторых, изменением движения потока, вызванным телом.

 

 

Первые эксперименты проводились с крыльями плоской формы. Выяснили, что если на плоскую пластину под небольшим углом действует набегающий поток воздуха, то возникают две силы: сила сопротивления и подъёмная сила. Сила сопротивления пытается «сдуть» пластину назад, а подъёмная сила — поднять. При этом возникает угол атаки – это угол, под которым воздух дует на крыло. Чем больше угол атаки, то есть чем круче к потоку наклонена пластина, тем больше подъёмная сила, но вырастает и сила сопротивления.

Чтобы преодолеть силу сопротивления, необходимо было придать крылу более выгнутую форму, ведь у птиц крылья тоже не плоские. После экспериментов было доказано, что аэродинамическое качество выпуклой пластины значительно больше, чем плоской, а чем выше аэродинамическое качество, тем меньше энергии тратит летательный аппарат на преодоление сопротивления воздуха.

 

При обтекании потоком воздуха выгнутого крыла давление на его нижней поверхности будет выше, чем на верхней. Разница в давлениях даёт подъёмную силу. Поток воздуха, набегающий на переднюю кромку крыла, делится на две части: одна обтекает крыло снизу, другая — сверху. Т.е. при движении в воздушном потоке над крылом давление меньше, чем под ним. Из-за этой разницы возникает подъемная сила. Она выталкивает крыло самолета и, соответственно, сам самолет вверх. Чем скорость выше, тем подъемная сила больше. А если она равна весу, то самолет летит горизонтально. Ну а скорость зависит от работы двигателя самолета.

 

Давайте посмотрим, как летает самолет, и почему возникает подъемная сила:

Техника

Как мы уже знаем, важнейшей частью самолета является крыло. И служит оно для создания подъемной силы. Помимо этого, крыло также обеспечивает поперечную, а на самолетах бесхвостовой схемы еще и продольную, устойчивость и управляемость самолета. Зачастую к крылу крепятся стойки шасси, также могут крепиться двигатели, ну а внутренние его объемы используют для размещения топлива.

Вид крыла в плане и спереди называют его внешней формой, также в это понятие вкладывают форму поперечного сечения крыла (профиль). В современных самолетах используются крылья абсолютно различных внешних форм.

Внешние формы крыла важны тем, что они оказывают влияние на характеристики всего самолета в целом, в том числе и на аэродинамические, весовые и прочностные характеристики крыла.

 

Под профилем крыла подразумевают форму сечения его плоскостью по набегающему потоку воздуха. Самые популярные и повсеместно распространённые – двояковыпуклые несимметричные профили. Сейчас для крыльев принято применять более тонкие профили, с меньшим радиусом закругления носка (rН), меньшей кривизной и наименьшей толщиной.

Хорда профиля (b) – это отрезок прямой, который соединяет две наиболее удалённые точки профиля, а расстояние между хордой и средней линией профиля называется кривизной профиля (fmax). Xcmax – расстояние максимальной толщины от носка профиля.

Относительная максимальная толщина профиля определяется формулой:

 

 

На виде спереди крыло характеризуется углом, который называется углом поперечного V и образуется плоскостью хорд консоли крыла и перпендикуляром к плоскости симметрии самолета. Этот угол оказывает влияние на поперечную устойчивость и может меняться в пределах от –7 до +7°.

 

Придание крылу положительного V увеличивает его поперечную устойчивость, отрицательного – уменьшает.

Технология/Наука

Крыло в самолете выполняет роль подъемной силы, но с увеличение массы самолетов, их назначения, дальности полета и т.д. возникла необходимость повышать подъемную силу. Для этого была придумана «механизация крыла» - перечень устройств, которые устанавливаются на крыло самолета для изменения его характеристик на протяжении разных стадий полета. Мы уже знаем, что процесс создания подъемной силы зависит от нескольких параметров – скорости движения самолета, плотности воздуха, площади крыла и его коэффициента подъемной силы.

 

Механизация крыла непосредственно влияет на площадь крыла и на его коэффициент подъемной силы, а также косвенно на его скорость. Коэффициент подъемной силы зависит от кривизны крыла и его толщины. Соответственно можно сделать вывод, что механизация крыла кроме площади крыла еще и увеличивает его кривизну профиля.

Как же работает механизация крыла:

 

 

 

Давайте посмотрим видео потрясающего взлета нового Боинга 737:

Новый Боинг 737 взлетает почти вертикально, потом следует короткое снижение высоты и за счет этого достигается невесомость в салоне самолёта.

Биология

Крылья птиц и крылья самолета только отдаленно схожи, где-то также, как передние конечности четвероногих позвоночных и птиц. Передняя конечность птицы, т.е. крыло, состоит из плечевого отдела, локтевого сгиба, предплечья и слаборазвитой кисти.

 

Но почему же птицы не падают, когда летают, ведь гравитация, или сила притяжения, действующая на все, что находится на нашей планете, конечно, распространяется и на птиц. Да потому что на птиц действуют те же физические законы, которые мы уже рассмотрели выше, потому что при полете возникает подъемная сила, которая противодействует силе тяжести. Мощность подъемной силы зависит от формы и размера крыла. Имеют значение также скорость встречного потока воздуха и угол, под которым этот поток достигает переднего края крыла.

 

Птица могут регулировать подъемную силу, изменяя угол наклона крыла. Например, чтобы приземлиться, птице необходимо повернуть крыло как можно круче по отношению к встречному потоку воздуха.

Огромное значение имеют для полета перья. Крыло птицы состоит из двух групп перьев: первостепенных, которые расположены на тыльной стороне кисти, и второстепенных, которые прикрепленных к локтевой кости. Первостепенные крылья создают тягу во время полета, эти перья крупные, а второстепенные мельче и составляют несущую поверхность.

Второстепенные маховые перья расположены ближе к телу, и они лишь немного двигаются вверх и вниз. А длинные первостепенные перья своей формой напоминают пропеллер и двигаются с большой амплитудой.

 

Перья во время полета придают телу птицы обтекаемую форму, делая его максимально гладким, чтобы потоки воздуха беспрепятственно обтекали его со всех сторон. Именно они являются в крыле инструментом для создания воздушной тяги и эффекта подъемной силы.

В зависимости от формы и размера крыла различаются и летные качества птиц. Например, для очень быстрого и стремительного полета хищных птиц необходим острые и узкие крылья, а для долгого парения в слабых потоках воздуха необходимы большие и широкие, закругленные спереди крылья, как у аистов или журавлей.

 

Но не все птицы умеют летать. Давайте узнаем какие это птицы, и почему они не летают:

Это интересно знать

Известно ли вам, что в отличии от всех остальных птиц, совы летают бесшумно. Ученые, проанализировав структуру крыльев сов, их аэродинамику и акустические свойства с точки зрения физики и математики, пришли к выводу, что секрет бесшумности заключается в том, что у сов имеется гребень из жестких перьев на передней кромке, мягкий пух в верхней части, а также эластичные и пористые перья на задней кромке крыла.

 

У сов особенные эластичные и пористые кончики перьев на задней кромке крыльев, способны поглощать и подавлять большую часть звуковых колебаний, которые возникают во время полета. Это помогает ночным хищникам быть бесшумными во время охоты.

Исследователи уверенны, что если им удастся скопировать звукопоглощающий механизм, который присущ совам, то, в дальнейшем они смогут создать новые покрытия, которые смогут использовать для обшивки крыльев и фюзеляжа самолетов и бортов кораблей.

Вопрос:


Бывают ли крылья у рыб и животных? Если да, то у каких?
Архитектура

Вы когда-нибудь задумывались, почему часть здания, отдаленную от центра, называют крылом? И ведь не только в нашем языке, wing (англ.), например, secure wing – охраняемое крыло, Flügel (нем.), aile (франц.) – все эти слова, если заглянуть в словарь имеют два значение – крыло птицы, самолета и пристройка, часть здания, флигель.

На самом деле все очень просто, крыло здания на плане напоминает своим расположением крыло птицы. Часть здания, которая расположена слева/справа от центральной части постройки или центрального входа и носит название - крыло. Да и вообще, не только в архитектуре что-то, отклоняющееся от центра, называют крыльями - например, у политической партии может быть радикальное крыло.

 

Не всегда говорят правое или левое крыло. Часто в силу каких-то местных особенностей использую термин западное или восточное крыло, это очень распространено в США, например, в Белом Доме крылья западное и восточное.

План Белого Дома

А иногда используют какое-то конкретное слово, характеризующее то или иное крыло здания, например, в нем расположена часовня, тогда так и говорят – крыло часовни, это популярно в Европе.

 

Задание:


определите на фотографиях ниже правое и левое крыло зданий.

 

Спорт

В XXI веке становятся очень популярными экстремальные виды спорта, связанные с покорением неба. С 1997 года Международная авиационная федерация стала регулярно организовывать Всемирные воздушные игры. В программу этих соревнований входят такие интересные дисциплины, как парашютный спорт, кайтинг, парапланеризм, дельтапланеризм, авиамодельный спорт, соревнования самодельных летательных аппаратов и т.д.

Испытать ощущение полета спортсмены могут с помощью прыжков с парашютом.

 

Обычный десантный парашют не позволит свободно летать и маневрировать в воздухе, а вот парашют типа «крыло» дает такую возможность. Что же такое парашют-крыло и легко ли научиться им управлять:

Изначально парашют-крыло (планирующий парашют) создавался для повышения точности приземления десантируемых грузов, поскольку за счет формы купола 1 он обладает достаточно высоким аэродинамическим качеством.

 

С помощью стропов 2 можно изменять углы атаки и скольжения при обтекании купола потоком воздуха и таким образом управлять положением спускаемого объекта по тангажу, крену и рысканию. Изменение натяжения стропов может осуществляться электромеханическими или гидравлическими приводами 3 по радиокомандам с земли или с самолета, сбросившего груз.

 

С помощью такого универсального спортивного снаряда, как кайтвинг, любители острых ощущений могут покорять землю, водные и воздушные пространства, а также снежные вершины гор.

 

Что же собой представляет кайтвинг? Это небольшое универсальное крыло можно применять везде, где есть возможность разогнаться или оторваться от земли под действием силы ветра.

 

С помощью такого крыла спортсмен-экстримал способен быстрее ездить и выше прыгать.

 

Человек способен самостоятельно осуществлять взлет и посадку на дельтаплане. Это такой летательный аппарат, который имеет фиксированное крыло, и спортсмен взлетает и приземляется за счет мускульной силы своих ног.

 

Вопрос:


Какие еще вам известны экстремальные виды спорта, где используется крыло?
Подведение итогов урока-кейса

Наименование

Содержание

1

Результаты урока-кейса можно дополнить такими находками учеников

 

2

Какие 3 сайта помогли найти важную информацию?

http://edufuture.biz/

https://www.nkj.ru/archive/articles/14898/

http://avia.pro/blog/mehanizaciya-kryla-samoleta-opisanie-foto-video

 

 

3

В помощь ученику и коучу:

http://edufuture.biz/

http://avia-simply.ru/mehanizacija-krila/

http://www.vseznaika.org/biology/pochemu-pticy-letayut-i-ne-padayut/

http://100-000-pochemu.info/id/367

http://don-sky.org.ua/index.php?dn=article&to=art&id=12

http://www.airclub.odessa.ua/htmls/teaching_metodichka.htm

 

4

Где брать информацию для кейса:

http://edufuture.biz/

http://sernam.ru/book_phis_t1.php?id=193

http://kvs-vm.narod.ru/uchob/kvs-spas.html

http://www.5zaklepok.ru/pages/658.htm

https://ptici.info/stroenie.html

http://old.as-club.ru/kurs3/aero/html/media_537.html

http://www.nexplorer.ru/print/news__11910.htm

 

5

Локация проведения урока-кейса

Урок – кейс проходит в классе. Возможно проведение в музее, библиотеке.

6

Соревновательность:

Команды мальчиков и девочек.

Счет составил:….

Задания для них:

  1.      Мяч массой m=5кг падает без начальной скорости с высоты h=20м и в момент падения на землю имеет скорость V=15м/с. Определить работу силы тяжести и работу силы сопротивления воздуха при движении мяча. Ускорение свободного падения g=9,8м/с^2
  2.      Определите подъемную силу, действующую на шар-зонд, находящийся на высоте 10 км, если сила тяжести, действующая на него, равна 20Н. Плотность воздуха на данной высоте 0,41 кг/м3. Объем шара 20 м3.

 

7

Домашнее задание

  1.      Почему не все виды птиц умеют летать?
  2.      Назовите все виды механизации крыла.
  3.      Назовите все виды закрылок и предкрылок.
  4.      Почему часть здания, отдаленную от центра, называют крылом?
  5.      Какая форма крыльев должна быть у птиц, развивающих большую скорость, и птиц, длительное время парящих в воздухе?

8

Продолжительность:

90 мин (спаренный урок)

 

9

Возможность схемы проведения с учеником-дублером

 

возможно.

10

Полученные знания и наработанные компетенции:

  •   Обобщить и систематизировать знания о таком понятии как крыло и крылья. Расширить знания о их видах, формах и использовании.
  •   Умение быстро найти необходимую информацию по теме.
  •   Получение практических навыков применения полученной информации.
  •   Получение конкретных знаний по физике, технологии, биологии и других разделов (приведены в развертках).

 

11

Теги:

Крыло, самолет, птица, сила сопротивления, подъемная сила, аэродинамика, свойства крыльев, звуковые колебания, дельтаплан, параплан, кайтинг, парашютный спорт, подъемная сила крыла, сила тяжести.

12

Авторы:

Паутинка Светлана Анатольевна.

13

Принимали участие в апгрейде кейса:

 

The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середнього розміру.

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!