Что такое парашют и сила сопротивления воздуха?

Парашют (от греч. «para» — «против» и фр. «chute» — «падать») — это устройство для замедления скорости падения объекта за счет сопротивления атмосферы. Основным его элементом является матерчатый купол, к которому крепится парашютная веревка особой прочности или стропы. Конструкция крепится к ранцу или подвесной системе, удерживающей груз.

Для того, чтобы вытянуть купол из ранца и раскрыть его, необходимо потянуть за парашютный трос или, как его еще называют, вытяжной трос. Полотнище купола распахивается и натягивается под действием воздушного потока. Раскрытый купол имеет значительную площадь, которая создает сопротивление при движении в воздухе и тормозит падение. В зависимости от типа парашюта его раскрытый купол может достигать от 9 до 30 м в поперечнике.

На сегодняшний день различают следующие виды парашютов по цели использования:

• для десантирования людей – используются для десантирования с воздуха в военных и спасательных целях или в парашютном спорте;
• грузовые – используются для приземления машин и грузов;
• тормозные – применяются для сокращения тормозного пути на самолётах, а также для остановки гоночных машин;
• для космических аппаратов – используются для снижения скорости при посадке на небесное тело, во время движения в атмосфере.

С помощью следующих проектов мы разберем более детально, что такое парашют и как он работает, а также подумаем над его улучшением.

Проект «Игрушка-парашютист»

Ищете, чем заняться на открытом воздухе? Сделайте эту игрушку-парашютиста! У вас, вероятно, есть все необходимые материалы дома, не придется даже идти за ними в магазин. Также это очень интересно. Игры с парашютом для детей дают им повод исследовать и экспериментировать. Это является основой развития в детском возрасте.

Что нам понадобится:

• проволока;
• бандана или небольшой кусок ткани;
• пуговица с четырьмя отверстиями;
• ершик, камушек, любая фигурка или другие мелкие предметы.

Ход эксперимента:

1. Смастерите парашют для игры с детьми: отрежьте четыре равных куска проволоки длиной около 7-9 см. Проденьте каждую проволоку через отдельное отверстие в пуговице, затем свяжите их вместе, оставив пару см внизу.
2. Разложите бандану или ткань, сделайте в углах ткани по одному отверстию и протяните свободные концы проволоки в каждое из них. Закрутите проволоку. Ваша конструкция готова к полету!
3. Проанализируйте вместе: спросите вашего ребенка, что, по его мнению, произойдет, когда вы запустите эту конструкцию в полет. Пусть ваш ребенок подумает. Возьмите парашют и начните экспериментировать! Прикрепите фигуру, или любой другой предмет к оставшимся частям проволоки под пуговицей. Далее завяжите на что-нибудь более тяжелое. Сбрасывайте конструкцию с разных высот и углов. Что происходит? Это отличный способ научить детей исследовать и экспериментировать, ключевые элементы ранней науки… и много веселья!

Вывод:

После того, как вы создадите парашют для детей своими руками, не торопитесь сразу выпустить его. Пусть ваш ребенок придумает гипотезу. Что произойдет после проведения эксперимента? Будет ли разница, если уронить его с большой высоты или с маленькой? Будет ли иметь значение наличие грузика под пуговицей? Повлияет ли что-нибудь на скорость его падения или на траекторию, по которой он будет падать?

Проект «Влияние размера парашюта на скорость его падения»

Парашют позволяет человеку или объекту упасть с самолета на землю с безопасной скоростью. Гравитация – это сила, которая тянет все к земле. Сопротивление воздуха – это сила, которая препятствует тому, чтобы что-то было притянуто к земле, или замедляет скорость того, что притягивается к земле. Сила сопротивления воздуха вычисляется по формуле:

Pv = c_х · S · v² · ρ/2,

где S – площадь объекта, м²; v – скорость движения объекта относительно воздуха, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м³; c_х – коэффициент сопротивления воздуха.

Формула сопротивления воздуха применима для объектов, движущихся в любой плоскости – как для парашютиста, так и для гоночного автомобиля.

Парашют – это устройство, которое создает сопротивление воздуху, также оно сопротивляется гравитации, замедляя падение человека или объекта с высоты. При этом, сила сопротивления от него меньше силы притяжения. После открытия парашюта парашютист под действием силы тяжести и силы сопротивления снижает свою скорость падения и в результате остается невредимым.

Цель – определить, повлияет ли размер парашюта на скорость его падения.

Что нам понадобится:

• 4 одинаковых носовых платка;
• линейка;
• ножницы;
• 5 одинаковых грузиков;
• длинная веревка;
• балкон, возвышение на спортивной площадке, лестница, или другая безопасная поверхность, высотой около 3 метров;
• земля;
• бумага;
• карандаш.

Ход эксперимента:

1. Из четырех носовых платков сделайте четыре парашюта разных размеров. Измерьте и отрежьте 2 см по одной стороне первого носового платка, 3 см – от второго носового платка и 4 см – от третьего носового платка, 4 платок не обрезайте.
2. Отрежьте 16 штук 30-сантиметровых отрезков веревки.
3. Привяжите кусок веревки к каждому углу каждого из носовых платков. Затем привяжите к каждому из них по грузику.
4. Сравните скорость падения каждой из четырех конструкций только с грузиками. Для этого возьмите парашюты разных размеров с одинаковыми грузиками и одновременно сбросьте их с одной высоты. Запишите результаты.
5. Повторите этот эксперимент с конструкциями разных размеров и с разными грузиками. Запишите все результаты.
6. Проанализируйте полученные данные. Сделайте выводы.

Вывод:

Как размер парашюта влияет на силу притяжения? Большие парашюты падают медленнее, чем маленькие? Решите задачу, в которой человек спускается на парашюте, двигаясь равномерно, при этом, сила его тяжести вместе со снаряжением составляет 700 Н. Чему равна сила сопротивления? Для расчета используйте Третий закон Ньютона.

Проект «Влияние различных материалов на сопротивление воздуха»

В этом проекте изучается взаимосвязь между материалами и сопротивлением воздуха.

Что нам понадобится:

• большой пластиковый пакет;
• бумага;
• носовой платок;
• веревка;
• глина;
• дырокол;
• стул или лестница;
• таймер;
• линейка;
• ножницы;
• помощник.

Ход эксперимента:

1. Вырежьте квадрат из пластикового пакета и квадрат из бумаги того же размера, что и носовой платок.
2. Отрежьте двенадцать 15-сантиметровых отрезков веревки.
3. Привяжите по одному отрезку к каждому углу пластикового квадрата.
4. Пробейте отверстие в каждом углу бумаги и привяжите к каждому из углов по отрезку веревки.
5. Прикрепите шарик из глины к нижней части пластикового квадрата, бумажного квадрата и платка.
6. Встаньте на стул или лестницу.
7. Бросьте каждый парашют с одинаковой высоты.
8. Попросите другого человека записать время с момента их запуска до падения на землю.
9. Проанализируйте свои данные, чтобы определить, парашют из какого материала упал быстрее всего. Какой материал больше влияет на сопротивление воздуха? Из какого материала лучше всего делать парашют?

Вывод:

Действительно ли разные типы материалов по-разному влияют на сопротивление воздуха? Какие типы материалов оказывают наибольшее влияние на сопротивление воздуха? Является ли сопротивление воздуха решающим фактором при разработке парашюта? Узнайте, какой материал лучше всего подойдет для его создания.

Проект «Приводные парашюты. Альтернативные способы использования парашютов»

Полет на парашюте с двигателем лучше всего можно описать как картинг в воздухе. Звучит круто? Но такая конструкция – это не просто захватывающий способ увидеть мир. У них есть и другие важные сферы применения. В проекте исследуются возможности применения этого экологически чистого, относительно безопасного и чрезвычайно приятного вида транспорта.

В этом проекте рассматривается концепция парашютов с электроприводом как транспорта будущего.

Цели проекта:

1. Изучить возможные варианты использования электропривода.
2. Улучшить существующие конструкции.

Что нам понадобится:

• компьютер с доступом в интернет;
• цифровая камера;
• типичные канцтовары / товары для рукоделия (например, бумага, ручки и картон);
• маленький мотор (спросите в хозяйственном магазине или в магазине поделок);

Ход эксперимента:

1. Если речь идет о парашюте с электроприводом, необходимо соблюдать меры безопасности.
2. Прочитайте материалы на соответствующие темы.
3. Изучите основную конструкцию парашюта с двигателем с помощью онлайн-поиска и (если возможно) посетите аэродромы, где взлетают парапланы.
4. Спроектируйте и постройте свою небольшую модель. Если возможно, улучшите существующую конструкцию.
5. Опишите свой метод в подробном отчете.
6. Покажите свои рабочие модели на научной ярмарке.
7. Возьмите с собой любые интересные фотографии, сделанные на протяжении всего эксперимента.

Вывод:

Что именно представляет собой парашют с двигателем? Каковы важные современные способы использования такой конструкции с электроприводом? Каковы возможные варианты использования такого парашюта в будущем? Почему на данный момент он не получил широкое распространение? Как можно улучшить это изобретение для более широкого использования?

Заключение

Надеемся, после проведения всех проектов, вы стали лучше разбираться в парашютах и в том, как они работают. Подумайте, как еще можно сделать парашюты своими руками. Это могут быть небольшие модели. Главное, чтобы они могли обеспечивать эффективное замедление при падении. Также вы можете придумать игры с парашютом для детей.

Если эта тема показалась вам интересной, вы можете ее расширить и изучить, что такое параплан и какие принципы его действия. Это точно будет увлекательно!