327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
23.03.2017


Кейс-урок "Крило"
Кейс-урок: "Крило"

Розділ: Загальнолюдські цінності

Рівень (клас): 7-9

Тема: Історія відкриттів і прогресу

Мета: Узагальнити і систематизувати знання про таке поняття як крило і крила. Розширити знання про їх види, форми та використання.

Яка інформація мене тут чекає?

  • Які бувають крила?
  • Чому люди не літають самостійно?
  • Що таке підйомна сила і навіщо вона потрібна?
  • Які фундаментальні і практичні знання мені знадобляться?
  • Що таке сила опору і як її подолати?
  • Чому деякі птахи літають, а деякі - ні?
  • Чому частину будівлі, віддалену від його центру, називають крилом?
6 розгорток з предметів, явищ та практик:
Вступ

Що вам спадає на думку, коли ви чуєте слово «крило»? Ніжні крильця метелика або розмашисті крила орла? Крила літака або парашут-крило? А, можливо, покриті над колесом велосипеда або автомобіля? Словом «крило» можна описати безліч різних об'єктів — від крила, призначеного для польоту, будь то птах або літак, до крила будівлі або елемента обладунку.

Фізика

Ви коли-небудь замислювалися, чому люди не літають? Мається на увазі не на літаку або повітряній кулі, а самостійно? Адже ми багато століть спостерігаємо за птахами і, на перший погляд, все, здавалося б, так легко — скопіював клиноподібну форму крила, прикріпив до рук, підстрибнув і полетів. Чому ж тоді людина все ще не літає?

На це питання відповів ще 1505 році Леонардо да Вінчі, акцентувавши увагу на тому, що птах може триматися в повітрі і без помахів крилами, оскільки рухоме повітря виконує ту ж саму роль, що і помахи крил при нерухомому повітрі. Іншими словами, щоб полетіти, не потрібно махати крилами, а необхідно їх змусити рухатися щодо повітря, і для цього крилам потрібно лише повідомити горизонтальну швидкість. І ось тут і виникне підйомна сила завдяки взаємодії крила з повітрям і як тільки величина цієї сили виявиться більшою величини ваги самого крила і всього, що з ним пов'язано, тоді і почнеться політ.

 

Для початку давайте розберемося, що ж таке підйомна сила і сила опору.

Опір повітря

Під час руху твердого тіла в повітрі на тіло діє сила опору повітря, спрямована протилежно руху тіла. Така ж сила виникає, якщо на нерухоме тіло набігає потік повітря; вона спрямована за рухом потоку. Сила опору викликана, по-перше, тертям повітря об поверхню тіла і, по-друге, зміною руху потоку, викликаного тілом.

 

 

Перші експерименти проводилися з крилами плоскої форми. З'ясували, що, якщо на плоску пластину під невеликим кутом діє набігаючий потік повітря, то виникають дві сили: сила опору і підйомна сила. Сила опору намагається «здути» пластину назад, а підйомна сила — підняти. При цьому виникає кут атаки — це кут, під яким повітря дме на крило. Чим більший кут атаки, тобто чим крутіше до потоку нахилена пластина, тим більша підйомна сила, але виростає і сила опору.

Щоб подолати силу опору, необхідно було надати крилу більш вигнуту форму, адже у птахів крила теж не плоскі. Після експериментів було доведено, що аеродинамічна якість опуклої пластини значно більша, ніж плоскої, а чим вище аеродинамічна якість, тим менше енергії витрачає літальний апарат для подолання опору повітря.

 

При обтіканні потоком повітря вигнутого крила тиск на його нижній поверхні буде вищим, ніж на верхній. Різниця в тисках дає підйомну силу. Потік повітря, що набігає на передню кромку крила, розподіляється на дві частини: одна обтікає крило знизу, інша — зверху. Тобто під час руху в повітряному потоці над крилом тиск менший, ніж під ним. Через цю різниці виникає підйомна сила. Вона виштовхує крило літака і, відповідно, сам літак вгору. Чим вища швидкість, тим підйомна сила більша. А якщо вона дорівнює вазі, то літак летить горизонтально. Ну, а швидкість залежить від роботи двигуна літака.

 

Давайте подивимося, як літає літак, і чому виникає підйомна сила:

Техніка

Як ми вже знаємо, найважливішою частиною літака є крило. І слугує воно для створення підйомної сили. Крім цього, крило також забезпечує поперечну, а на літаках безхвостової схеми ще й поздовжню стійкість і керованість літака. Найчастіше до крила кріпляться стійки шасі, також можуть кріпитися двигуни, ну, а внутрішні його обсяги використовують для розміщення палива.

Вид крила в плані спереду називають його зовнішньою формою, також у це поняття вкладають форму поперечного перерізу крила (профіль). У сучасних літаках використовуються крила абсолютно різних зовнішніх форм.

Зовнішні форми крила важливі тим, що вони впливають на характеристики всього літака в цілому, в тому числі і на аеродинамічні, вагові та міцністні характеристики крила.

 

Під профілем крила мають на увазі форму перетину його площиною по набігаючому потоку повітря. Найпопулярніші і повсюди поширені — двоопуклі несиметричні профілі. Зараз для крил прийнято застосовувати більш тонкі профілі, з меншим радіусом заокруглення носка (Rн), меншою кривизною і найменшою товщиною.

Хорда профілю (б) — це відрізок прямої, який з'єднує дві найбільш віддалені точки профілю, а відстань між хордою і середньою лінією профілю називається кривизною профілю (Fmax). Xcmax — відстань максимальної товщини від носка профілю.

Відносна максимальна товщина профілю визначається формулою:

 

 

На вигляді спереду крило характеризується кутом, який називається кутом поперечного V і утворюється площиною хорд консолі крила і перпендикуляром до площини симетрії літака. Цей кут впливає на поперечну стійкість і може змінюватися в межах від -7 до +7 °.

 

Додання крилу позитивного V збільшує його поперечну стійкість, негативного — зменшує.

Технологія/Наука

Крило в літаку виконує роль підйомної сили, але зі збільшення маси літаків, їх призначення, дальності польоту і т.д., виникла необхідність підвищувати підйомну силу. Для цього була придумана «механізація крила» — перелік пристроїв, які встановлюються на крило літака для зміни його характеристик протягом різних стадій польоту. Ми вже знаємо, що процес створення підйомної сили залежить від декількох параметрів — швидкості руху літака, щільності повітря, площі крила і його коефіцієнта підйомної сили.

 

Механізація крила безпосередньо впливає на площу крила і на його коефіцієнт підйомної сили, а також побічно на його швидкість. Коефіцієнт підйомної сили залежить від кривизни крила і його товщини. Відповідно, можемо зробити висновок, що механізація крила крім площі крила ще й збільшує його кривизну профілю.

Як же працює механізація крила:

 

 

 

Давайте подивимося відео приголомшливого зльоту нового Боїнга 737:

Новий Боїнг 737 злітає майже вертикально, потім слідує коротке зниження висоти і, за рахунок цього, досягається невагомість в салоні літака.

Біологія

Крила птахів і крила літака тільки віддалено схожі, десь так само, як передні кінцівки чотириногих хребетних і птахів. Передня кінцівка птаха, тобто крило, складається з плечового відділу, ліктьового згину, передпліччя і слаборозвиненою кисті.

 

Але чому ж птахи не падають, коли літають, адже гравітація, або сила тяжіння, що діє на все, що знаходиться на нашій планеті, звичайно, поширюється і на птахів. Та тому що на птахів діють ті ж фізичні закони, які ми вже розглянули вище, тому що під час польоту виникає підйомна сила, яка протидіє силі тяжіння. Потужність підйомної сили залежить від форми і розміру крила. Мають значення також швидкість зустрічного потоку повітря і кут, під яким цей потік досягає переднього краю крила.

 

Птахи можуть регулювати підйомну силу, змінюючи кут нахилу крила. Наприклад, щоб приземлитися, птаху необхідно повернути крило якомога крутіше по відношенню до зустрічного потоку повітря.

Величезне значення мають для польоту пір'я. Крило птаха складається з двох груп пір'я: першорядних, які розташовані на тильній стороні кисті, і другорядних, які прикріплені до ліктьової кістки. Першорядні крила створюють тягу під час польоту, ці пір'їни великі, а другорядні дрібніші і складають несучу поверхню.

Другорядні махові пера розташовані ближче до тіла, і вони лише трохи рухаються вгору і вниз. А довгі першорядні пір'я своєю формою нагадують пропелер і рухаються з великою амплітудою.

 

Пір'я під час польоту надають тілу птаха обтічної форми, роблячи його максимально гладким, щоб потоки повітря безперешкодно обтікали його з усіх боків. Саме вони є в крилі інструментом для створення повітряної тяги і ефекту підйомної сили.

Залежно від форми і розміру крила розрізняються і льотні якості птахів. Наприклад, для дуже швидкого і стрімкого польоту хижих птахів необхідні гострі і вузькі крила, а для довгого ширяння в слабких потоках повітря необхідні великі і широкі, заокруглені спереду крила, як у лелек або журавлів.

 

Але не всі птахи вміють літати. Давайте дізнаємося, які це птахи, і чому вони не літають:

Це цікаво знати

Чи відомо вам, що на відміну від всіх інших птахів, сови літають безшумно? Вчені, проаналізувавши структуру крил сов, їх аеродинаміку та акустичні властивості з точки зору фізики і математики, прийшли до висновку, що секрет безшумності полягає в тому, що у сов є гребінь з жорсткого пір'я на передній кромці, м'який пух у верхній частині, а також еластичні і пористі пір'я на задній кромці крила.

 

У сов особливі еластичні і пористі кінчики пір'я на задній кромці крил, здатні поглинати більшу частину звукових коливань, які виникають під час польоту. Це допомагає нічним хижакам бути безшумними під час полювання.

Дослідники впевнені, що якщо їм вдасться скопіювати звуковбирний механізм, який притаманний совам, то в подальшому вони зможуть створити нові покриття, які зможуть використовувати для обшивки крил і фюзеляжу літаків і бортів кораблів.

Питання:


Чи бувають крила у риб і тварин? Якщо так, то у яких?
Архітектура

Ви коли-небудь замислювалися, чому частину будівлі, віддалену від центру, називають крилом? Адже і не тільки в нашій мові крило (Англ), наприклад, безпечне крило — охороняється крило, Flügel (нім.), AILE (франц.). Всі ці слова, якщо заглянути в словник, мають два значення — крило птаха, літака і прибудова, частина будівлі, флігель.

Насправді все дуже просто, крило будівлі на плані нагадує своїм розташуванням крило птиці. Частина будівлі, яка розташована зліва/справа від центральної частини споруди або центрального входу і носить назву — крило. Та й взагалі, не тільки в архітектурі щось, що відхиляється від центру, називають крилами — наприклад, у політичній партії може бути радикальне крило.

 

Не завжди говорять праве або ліве крило. Часто в силу якихось місцевих особливостей використовую термін західне або східне крило, це дуже поширене в США, наприклад, в Білому Домі є крила західне і східне.

План Білого Дому

А іноді використовують якесь конкретне слово, що характеризує те чи інше крило будівлі, наприклад, в ньому розташована каплиця, тоді так і кажуть — крило каплиці, це популярно в Європі.

 

Завдання:


Визначте на фотографіях праве та ліве крила будівель.

 

Спорт

У XXI столітті набувають популярності екстремальні види спорту, пов'язані з підкоренням неба. З 1997 року Міжнародна авіаційна федерація почала регулярно організовувати Всесвітні повітряні ігри. У програму цих змагань входять такі цікаві дисципліни, як парашутний спорт, кайтінг, парапланеризм, дельтапланеризм, авіамодельний спорт, змагання саморобних літальних апаратів і т.д.

Випробувати відчуття польоту спортсмени можуть за допомогою стрибків з парашутом.

 

Звичайний десантний парашут не дозволить вільно літати і маневрувати в повітрі, а ось парашут типу «крило» надає таку можливість. Що ж таке парашут-крило і чи легко навчитися ним керувати:

Спочатку парашут-крило (який планує парашут) створювався для підвищення точності приземлення десантних вантажів, оскільки за рахунок форми купола 1 він має досить високі аеродинамічні якості.

 

За допомогою стропів 2 можна змінювати кути атаки і ковзання при обтіканні купола потоком повітря і таким чином управляти положенням об'єкту по тангажу, крену і рисканню. Зміна натягу стропів може здійснюватися електромеханічними або гідравлічними приводами 3 по радіокомандах з землі або з літака, який скидав вантаж.

Конструкція парашуту типу «КРИЛО»

За допомогою такого універсального спортивного снаряду, як кайтвінг, любителі гострих відчуттів можуть підкорювати землю, водні та повітряні простори, а також снігові вершини гір.

 

Що ж собою являє кайтвінг? Це невелике універсальне крило можна застосовувати скрізь, де є можливість розігнатися або відірватися від землі під дією сили вітру.

 

За допомогою такого крила спортсмен-екстремал здатний швидше їздити і вище стрибати.

 

Людина здатна самостійно здійснювати зліт і посадку на дельтаплані. Це такий літальний апарат, який має фіксоване крило, і спортсмен злітає і приземляється за рахунок мускульної сили своїх ніг.

 

Питання:


Які ще вам відомі екстремальні види спорту, де використовується крило?
Підведення підсумків уроку-кейсу

Найменування

Зміст

1

Результати уроку-кейсу можна доповнити такими знахідками учнів

 

2

Які 3 сайти допомогли знайти важливу інформацію?

http://edufuture.biz/

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

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

3

На допомогу учневі і 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

Де брати інформацію для кейсу:

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

Локація проведення уроку-кейсу

Урок-кейс проходить у класі. Можливе проведення в музеї, бібліотеці.

6

Участь в змаганнях:

Команди хлопчиків і дівчаток.

Рахунок склав: ....

Завдання для них:

  1. М'яч масою м = 5 кг падає без початкової швидкості з висоти Н = 20м і в момент падіння на землю має швидкість V = 15м / с. Визначити роботу сили тяжіння і роботу сили опору повітря при русі м'яча. Прискорення вільного падіння г = 9,8 / с ^ 2
  2. Визначте підйомну силу, що діє на кулю-зонд, що знаходиться на висоті 10 км, якщо сила тяжіння, що діє на нього, дорівнює 20Н. Щільність повітря на даній висоті 0,41 кг / м3. Обсяг Шара 20 м3.

 

7

Домашнє завдання:

1. Чому не всі види птахів вміють літати?

2. Назвіть всі види механізації крила.

3. Назвіть всі види закрилок і предкрилок.

4. Чому частина будівлі, віддалену від центру, називають крилом?

5. Яка форма крил повинна бути у птахів, щоб розвивати більшу швидкість, і більш тривалий час ширяти у повітрі?

 

8

Тривалість:

 

90 хв. (спарений урок)

 

9

Можливість схеми проведення з учнем-дублером

Можливо.

10

Отримані знання та напрацьовані компетенції:

  •   Узагальнити і систематизувати знання про таке поняття як крило і крила. Розширити знання про їх види, форми та використання.
  •   Знання про значення особистості в історичних процесах.
  •   Уміння швидко знайти необхідну інформацію за темою.
  •   Отримання практичних навичок та застосування отриманої інформації.
  •   Отримання конкретних знань з філософії, літератури, технології та інших розділів (наведені в розгортках).

 

11

Теги:

Крило, літак, птиця, сила опору, підйомна сила, аеродинаміка, властивості крил, звукові коливання, дельтаплан, параплан, кайтінг, парашутний спорт, підйомна сила крила, сила тяжіння.

 

12

Автори:

Паутинка Світлана Анатоліївна

13

Брали участь у апгрейді кейсу:

 

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!