Модели и приборы (2)

Воздушный змей

Пионеры младшего возраста охотно запускают воздушные змеи, но не всегда умеют правильно сделать их. Этому же следует научить в кружке.

Плоские воздушные змеи делают разной формы и разных размеров. Хорошо летают, например, змеи размером 40×60 сантиметров.

Для каркаса змея ножом выстрагивают сосновые рейки (дранки) шириной 8—10 миллиметров и толщиной около 2 миллиметров. Для змея указанных размеров нужны рейки: две длиной около 75 сантиметров и две 40 сантиметров. Длинные рейки складывают по диагоналям крест-накрест и в центре связывают нитками. Короткие рейки привязывают к верхним и нижним концам длинных реек. Для облегчения змея других реек можно не делать, а вместо них с трех сторон каркаса натянуть нитки, привязанные к концам реек. Чтобы нитки лучше держались, на концах реек делают зарубки, а места соединения смазывают клеем.

Рис. 141. Плоский воздушный змей с трещоткой.

Связанные рейки смазывают с одной стороны клеем и накладывают на лист бумаги немного большего размера, чем каркас, так, чтобы по сторонам остались свободные полоски шириной приблизительно в 1 сантиметр. Эти полоски загибают по ниткам и приклеивают с обратной стороны. Нитки оказываются заклеенными в сгибах.

Пока клей сохнет, змей укладывают между двумя листами фанеры и прижимают каким-нибудь грузом. Затем, для лучшей устойчивости в полете, верхнюю рейку немного сгибают и связывают в таком положении прочной ниткой. На этой нитке можно закрепить трещотку — двойной бумажный язычок. Его надевают сгибом на нитку и склеивают, но не приклеивая к нитке. Трещотка должна свободно качаться.

Из прочных ниток делают уздечку змея. Одну нить привязывают концами к верхним углам каркаса. Получается петля, вершина которой, оттянутая вниз, должна доходить до середины змея. Другую, короткую, нить одним концом привязывают к перекрещивающимся в центре рейкам, проколов отверстия в бумаге, а другим концом — к середине петли. Эта нитка должна быть такой длины, чтобы, оттянутая вверх, она касалась середины верхней рейки. Уздечка получается косая. Поэтому змей в воздухе держится наклонно, что необходимо для полета.

К узлу уздечки привязывают леер — длинную нить для запуска змея.

К нижним углам каркаса привязывают концы бечевки, чтобы получилась петля для хвоста. Он представляет собой длинную бечевку, прикрепленную к середине петли. Хвост подбирают такой, чтобы змей устойчиво держался в воздухе и не опускался от тяжести вниз. Слишком длинный хвост делать не следует. Если требуется хвост утяжелить, к концу его привязывают комок бумаги.

Запускают змей вдвоем. Запускающий с леером в руках уходит вперед против ветра. Его помощник держит змей в руках выше головы и выпускает по сигналу запускающего, который, подав сигнал, бежит. Змей поднимается кверху.

Посильно для кружка построить коробчатый воздушный змей, который летает гораздо лучше плоского: поднимается высоко и держится в воздухе более устойчиво.

Коробчатые змеи бывают разных конструкций и размеров. Описываем здесь одну из наиболее простых конструкций небольшого коробчатого змея.

Каркас змея собирают из четырех вертикальных реек длиною по 80 сантиметров, четырех горизонтальных реек (распорок): двух длиною по 75 сантиметров и двух — по 50 сантиметров. Все рейки выстрагивают одинакового сечения — 8×8 миллиметров.

Из листов плотной бумаги склеивают две полосы, каждая длиной 188 сантиметров и шириной 26 сантиметров. По краям со всех четырех сторон отгибают небольшие полоски — припуски — шириной в 1 сантиметр. Следовательно, размеры полосы без припусков получаются 186×24 сантиметра.

Каждую полосу по длине размечают на четыре равные части, по 46,5 сантиметра, и сгибают в размеченных местах. На сгибах в припусках вырезают уголки. Затем в сгибы всех припусков по длине полосы вкладывают прочные нитки такой длины, чтобы концы их выходили в срезанные уголки с обеих сторон на 6—8 сантиметров. После этого припуски приклеивают к полосе. Если бумага для змея взята недостаточно плотной, то для прочности посредине полос также следует уложить нитку, заклеив ее узкой полоской бумаги.

Узкие края каждой полосы оклеивают боковыми припусками. Получаются две коробки без дна. Внутрь коробок по углам кладут длинные рейки и, сделав в нужных местах легкие зарубки, обвязывают свободными концами ниток, заклеенных в края полос. Коробки располагаются по концам длинных реек.

Рис. 142. Коробчатый воздушный змей.

На концах распорок делают лапки для длинных реек: нитками и клеем прикрепляют к двум противоположным ребрам две тонкие реечки и на торцах вырезают углубление по рисунку. В каждую коробку вставляют две распорки, упирая их лапками в длинные рейки. Сперва устанавливают длинные распорки, потом короткие. В местах перекрещивания обе распорки связывают ниткой. Растянутые распорками, коробки змея принимают ромбовидную форму.

Уздечка змея делается из тонкого шпагата длиной в 130 сантиметров. Один конец уздечки привязывают к одной из длинных реек над верхней коробкой, а другой — к той же рейке над нижней коробкой. Запускают коробчатый змей на леере из тонкого шпагата или очень прочных суровых ниток. Леер привязывают к уздечке так, чтобы длина верхней части ее получилась равной 55 сантиметрам, нижней — 75 сантиметрам. Хвост для коробчатого змея не нужен.

Запускают змей так же, как и плоский, — вдвоем.

Члены кружка с интересом прослушают рассказ руководителя об истории воздушного змея. О том, как около четырех тысяч лет тому назад в Китае на празднествах запускали огромные змеи в виде драконов (отсюда и название «змей»); как киевский князь Олег применил воздушные змеи при осаде Царьграда; как конструктор первого в мире самолета А. Ф. Можайский поднимался в воздух на большом змее, который летал на привязи у тройки лошадей.

В беседе руководитель также популярно объясняет кружковцам, какое влияние оказывает сопротивление воздуха на полет воздушного змея. Процесс образования подъемной силы будет членам кружка еще непонятен, поэтому останавливаться на нем не следует.

Воздушный змей запускают против ветра. Встречный поток воздуха давит на змей, оказывает ему сопротивление. Ветер уносит змей вперед. Но в то же время у змея возникает подъемная сила. Этому помогает то обстоятельство, что уздечка у змея косая, он держится в воздухе под углом, наклонно. Такой наклон в авиации называют углом атаки. Под углом атаки, с небольшим наклоном к встречному потоку воздуха, устанавливают также крылья планеров и самолетов.

Если уздечку змея сделать прямую, из ниток одинаковой длины, то такой змей, не имея угла атаки, не поднимется вверх даже при ветре.

В безветренную, тихую погоду змей можно заставить летать, если бежать с ним вперед. Движение змея создает встречный поток воздуха, необходимый для полета. При запуске змея, чтобы заставить его подняться с земли, запускающий тоже бежит вперед. Вверху же змей летает сам, хотя запускающий стоит на месте. Это объясняется тем, что вверху потоки воздуха всегда сильнее. На поверхности земли воздух может быть спокойным, а вверху в это время дует ветер.

Самолет не нуждается в том, чтобы дул ветер. Благодаря мотору и воздушному винту самолет сам передвигается в воздухе. При этом получаются сильные встречные потоки воздуха. Они набегают на крыло самолета, как ветер набегает на змей.

Парашют

Модель парашюта может служить дополнительным наглядным пособием для демонстрации сопротивления воздуха на уроках естествознания в 4-м классе.

Простейшую модель парашюта складывают из квадратного листка бумаги, как указано на рисунке 143. В центре купола прокалывают небольшое отверстие для устойчивости при спуске. К отогнутым уголкам купола привязывают четыре стропы из ниток, а к концам их — легкий груз (например, маленький гвоздик и т. д.).

Рис. 143. Модель парашюта.

Из папиросной или тонкой писчей бумаги можно сделать более сложную и интересную модель парашюта с самопуском.

Лист бумаги размером 50×50 сантиметров складывают так, как показано на рисунке 144: сначала под прямым углом вчетверо, а затем наискосок в 32 слоя. Вершину получившегося треугольника обрезают примерно на 2 миллиметра. Отрезают также противоположный острый угол. После этого лист бумаги снова развертывают. Он имеет круглую форму с отверстием в центре и с зубчатыми краями.

Рис. 144. Модель парашюта с самопуском.

Заготовку для купола складывают гармошкой: по сгибам укладывают ребра поочередно внутрь и наружу.

Затем нарезают восемь прочных нитей, длиной примерно по 60 сантиметров каждая. Их складывают вместе и посредине привязывают к проволочному колечку диаметром около 7 миллиметров.

На листе фанеры прорезают отверстие, в которое продевают колечко. С обратной стороны его закрепляют спичкой. Купол раскладывают на фанере, в отверстие его продевают стропы, укладывают их на равном расстоянии друг от друга в каждый четвертый сгиб и прижимают какими-нибудь грузиками. Потом поочередно поднимают каждую стропу, смазывают ее клеем и укладывают на место, приклеивая к куполу.

Рис. 145. Воздушный шар: разметка шаблонов полос шара: А — для шара диаметром 1,5 метра нужно 12 полос; Б — для шара диаметром 2 метра полос нужно 16.

Свободные концы приклеенных строп связывают узлом. Из проволоки сгибают крючок самопуска и привязывают к нему резиновую нить или ленточку длиной около 12 сантиметров. Вырезают пластинку мягкой жести (а еще лучше — расплющивают молотком в пластинку кусочек свинца). На нее укладывают с одной стороны связанные концы строп, а с другой — крючок с резиной. Конец крючка выходит наружу. Все это закрепляют, согнув несколько раз полоску жести или свинца и сжав ее плоскогубцами. Модель готова.

Чтобы запустить ее, сложенный купол парашюта берут левой рукой за вершину, а правой зацепляют крючок самопуска за кольцо строп и растягивают резину примерно вдвое. С легким толчком выпускают вверх купол и сейчас же отпускают резину. Модель взлетает вверх, раскрывает там купол и начинает плавно опускаться.

Модели парашютиков можно сделать разноцветными.

Воздушный шар

В 4-м классе пионеры узнают, что нагретый воздух легче холодного и поэтому поднимается вверх. Прекрасной иллюстрацией этому будет сделанный в кружке воздушный шар, который ребята могут запустить на прогулке или в пионерском лагере. Опишем, как делается шар диаметром 1,5 метра. Он состоит из 12 полос.

Рис. 147. Наполнение шара дымом.

Сначала делают шаблон полосы. Из больших листов печатной бумаги склеивают полосу длиной 240 сантиметров и шириной 40 или больше сантиметров. На этой полосе, на расстоянии в 200 миллиметров друг от друга, чертят 13 поперечных линий такой длины, как указано на рисунке 145 (А): самая нижняя — 70 миллиметров, затем 150, 230 миллиметров и т. д. Концы их соединяют кривыми продольными линиями, а по ним вырезают шаблон.

Затем склеивают 12 таких же полос из папиросной бумаги, складывают их стопкой, сверху накладывают шаблон и по нему обрезают сразу все полосы ножницами. По краям вырезанных полос отгибают припуск для склейки шириной приблизительно 10 миллиметров.

Этими припусками склеивают сначала по две полосы попарно. Получается шесть сегментов шара, имеющих вид лодок. Парные сегменты начинают склеивать вместе. Перед склейкой последнего шва шар выворачивают, чтобы швы оказались внутри него.

Нижнее отверстие шара оклеивают плотной бумагой: полосу бумаги шириной приблизительно 16 сантиметров складывают по длине пополам, в сгиб вкладывают края шара и приклеивают плотную бумагу с обеих сторон. Верхнее небольшое отверстие заклеивают кругом из папиросной бумаги — шляпкой. Шар готов.

Разводят небольшой костер. Придерживая с боков оболочку шара руками, наполняют ее сквозь нижнее отверстие дымом и теплым воздухом. Когда шар надуется, его внимательно осматривают. Обнаруженные отверстия на швах или случайные проколы заклеивают кусочками папиросной бумаги.

Для запуска шара разводят небольшой костер из сухих щепочек или из бумаги и прикрывают его согнутой из жести трубой или старым ведром без дна. К верхнему отверстию трубы подносят горловину шара. Ее держат за бумажную полосу двое запускающих, а двое или трое других стоя поддерживают оболочку по сторонам. Когда шар заполнится теплым воздухом и начнет вырываться из рук, его, по команде, одновременно отпускают.

Рис. 146. Воздушный шар: 1 — вырезывание полос шара; 2 — склеивание оболочки шара; 3 — оклейка горловины бумажным кольцом; 4 — наклейка шляпки.

Шар запускают на открытой местности в тихую, безветренную погоду, лучше под вечер. Он может подняться на высоту до 200 метров и летать несколько минут. Постепенно воздух внутри шара охлаждается, шар начинает медленно опускаться.

Руководитель рассказывает кружковцам, что первый в мире полет на воздушном шаре, наполненном теплым воздухом, совершил в 1731 году в Рязани подьячий Крякутный. Он поднялся на высоту колокольни.

Теперь воздушные шары (аэростаты) наполняют не нагретым воздухом, который быстро охлаждается, а легким газом — водородом или гелием. Эти газы легче воздуха.