Το ελικόπτερο

 

Πειραματισμός

Α. Μελέτη των φυσικών αρχών λειτουργίας του Ελικόπτερου

Από το εκπαιδευτικό λογισμικό "Ανακαλύπτω τις Μηχανές" μεταφερθείτε στην ενότητα  και επιλέξτε την υποενότητα . Μελετήστε προσεκτικά τις πληροφορίες ξεκινώντας από το και συνεχίζοντας με τα και .

  Ακολουθώντας τις παρακάτω οδηγίες, μελετήστε τις φυσικές αρχές λειτουργίας του αερόπλοιου μέσα από το λογισμικό

 

Δημιουργία φόντου εργασίας

  1. Στην επιλογή    , κάντε κλικ στο      ,  και ενεργοποιείστε τις Γραμμές πλέγματος και ’ξονες Χ,Υ  

     

Δημιουργία ελικοπτέρου

 

  1. Το ελικόπτερο

Δημιουργήστε ένα ορθογώνιο που να καταλαμβάνει 3 τετραγωνάκια κατά μήκος και 1 κατά πλάτος , επιλέγοντας από το μενού που έχει στο πλάι το εικονίδιο     .

 

Οι δυνάμεις που ασκούνται στο ελικόπτερο

Σημείωση :

Οι δυνάμεις που ασκούνται σε ένα υλικό σημείο, ως διανυσματικά μεγέθη, είναι δυνατό να σχεδιασθούν με δύο διαφορετικούς τρόπους: είτε στο υλικό σημείο εφαρμόζεται η αρχή του διανύσματος, είτε εφαρμόζεται το πέρας του. Και οι δύο τρόποι είναι ισοδύναμοι.

Οι προγραμματιστές του Interactive Physics έχουν επιλέξει οι δυνάμεις που εφαρμόζονται από εμάς, δηλαδή από το χρήστη, να εμφανίζονται με το πέρας του διανύσματος επάνω στο υλικό σημείο. Ωστόσο, η συνισταμένη δύναμη μπορεί να εμφανίζεται και με τους δύο τρόπους, με προεπιλογή όμως να εμφανίζεται με την αρχή του διανύσματος πάνω στο υλικό σημείο.

Για να σχεδιάσετε μια δύναμη, κάντε κλικ στο σημείο που θέλετε να εφαρμοσθεί και μετακινήστε το ποντίκι και κάντε ξανά κλικ για να σημειώσετε το μέγεθός της.

  1. Η δύναμη του Βάρους

Πηγαίνετε στον κατάλογο  .

Επιλέξτε     και κάντε τις εξής ρυθμίσεις:

 

Αφού επιλέξετε με κλικ το σχήμα, πηγαίνετε        και επιλέξτε το  και επιλέξτε να σας δίνει σχηματικά το   κατά τη διάρκεια της κίνησης του.

 

  1. Η αντίσταση του αέρα

Πηγαίνετε στον καταλογο  .

Επιλέξτε   και κάντε τις εξης ρυθμίσεις:

 

  1. Η Δυναμική ’νωση

Στη συνέχεια από το πλαϊνό μενού επιλέξτε το κουμπί της δύναμης    και ξεκινώντας από το κέντρο βάρους του σώματος σύρετέ το προς τα κάτω, ώστε να σχηματίσετε το παρακάτω:

 

 

  1. Η συνισταμένη δύναμη

Μπορείτε επίσης να δείτε το διάνυσμα της συνισταμένης δύναμης επιλέγοντας από τη γραμμή εργαλείων

 

 

 

Κατά τη διάρκεια εκτέλεση της προσομοίωσης στο ελικόπτερο εμφανίζεται η Συνισταμένη Δύναμη του Βάρους και της Δυναμικής ’νωσης.

 

 

 

  1. Ονοματοδοσία των επιλογών

Αφού κάνετε κλικ στο αντικείμενό σας, από την γραμμή εργαλείων επιλέξτε  στη συνέχεια . Στην επιλογή ορθογώνιο γράψτε έλικας ελικοπτέρου και κάντε τις παρακάτω ρυθμίσεις. Εδώ μπορείτε να αλλάξετε και το χρώμα του ελικόπτερου.

 

 

Στις δύναμη Δυναμική ’νωση

 

 

  1. Προσδιορισμός των χαρακτηριστικών κάθε επιλογής

 

      Κάντε διπλό αριστερό κλικ πάνω στο σχήμα και επιλέξτε για υλικό το πλαστικό.

 

 

 

Διατύπωση υποθέσεων

Πως θα κινηθεί το ελικόπτερο;

Η ταχύτητα του θα παραμείνει σταθερή;

 

Μπορείτε πατώντας εδώ να ανοίξετε το "Σημειωματάριο", να καταγράψετε τις απόψεις σας για τα παραπάνω θέματα και να αποθηκεύσετε το αρχείο σας στον υπολογιστή.

 

Ρυθμίσεις για την κίνηση του ελικοπτέρου

  1. Καθορισμός διανύσματος ταχύτητας

Για να δείτε το διάνυσμα της ταχύτητας κατά την κίνηση επιλέξτε από τη γραμμή εργαλείων   

 

 

  1. Καθορισμός μεταβολής της δύναμης

Αφού επιλέξετε τη δύναμη με κλικ, επιλέξτε     και μετά  .

Στη συνέχεια  επιλέξτε το  το οποίο θα σας δίνει τη δυνατότητα να κινείτε το αντικείμενο προς τα δεξιά ή τα αριστερά.

Και στο τέλος επιλέξτε το  το οποίο θα σας δίνει τη δυνατότητα να κινείτε το αντικείμενο προς τα πάνω ή κάτω.

 

 

  1. Ρύθμιση τιμών της δύναμης στους άξονες Χ και Υ

 

Αφού κάνετε κλικ στη δύναμη,  επιλέξτε από τη γραμμή εργαλείων   και στη συνέχεια επιλέξτε .

 

Στην επιλογή  κάντε τις εξής ρυθμίσεις:

 

 

 

 

 

Κάνετε ξανά κλικ στη δύναμη  και κάντε τις εξής ρυθμίσεις:

 

 

 

Μεταβάλλοντας τις δύο συνιστώσες μπορείτε να δείτε πως κινείται, πάνω, κάτω, δεξιά, αριστερά.

 

 

 

  1. Ρύθμιση διάρκειας της προσομοίωσης

Από τον κατάλογο   επιλέξτε . Με αυτό τον τρόπο μπορείτε να ρυθμίσετε και το χρόνο που διαρκεί η προσομοίωση σας.

 

 

Διατύπωση προβλέψεων

 

Πως θα κινηθεί το ελικόπτερο όταν η τιμή της δύναμης Χ είναι «0» και της Y διάφορη του μηδενός:

Τι προβλέπετε ότι θα συμβεί στο ελικόπτερο όταν οι τιμές των δυνάμεων Υ και Χ είναι διάφορες του μηδενός :

Διατηρείται η μηχανική ενέργεια; Αιτιολογείστε την απάντηση σας.

 

 

 

Μπορείτε πατώντας εδώ να ανοίξετε το "Σημειωματάριο", να καταγράψετε τις απόψεις σας για τα παραπάνω θέματα και να αποθηκεύσετε το αρχείο σας στον υπολογιστή.

 

Η κίνηση του ελικοπτέρου

 

 

  1. Πραγματοποίηση της προσομοίωσης

Για να πραγματοποιήσετε την προσομοίωση επιλέξτε  και για να την σταματήσετε όποτε εσείς επιθυμείτε  παύση   .

 

 

 

Αναπαραστάσεις μεγεθών ελικοπτέρου

 

  1. Τρόποι προβολής της συνισταμένης δύναμης

Θα απεικονίσετε με μαθηματικά βοηθήματα (αριθμητική τιμή, γραφική παράσταση, ραβδόγραμμα) τις Χ και Υ συνιστώσες της συνολικής δύναμης.

 

 

 

 

Αφού κάνετε κλικ πάνω στο ελικόπτερο επιλέξτε από την γραμμή εργαλείων    και .

 

 

 

  1. Τρόποι προβολής της ταχύτητας

Θα απεικονίσετε γραφικά την ταχύτητα, αφού κάνετε  Αφού κάνετε κλικ πάνω στο ελικόπτερο επιλέξτε από την γραμμή εργαλείων    και στη συνέχεια  

 

 

 

 

 

  1. Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας

 

Επίσης από την ίδια γραμμή εργαλείων Μέτρηση μπορείτε να προβάλετε στην οθόνη τη μεταβολή της κινητικής ενέργειας.

 

 

 

Επιλέξτε  και .

 

 

  1. Μεταβολή του δυναμικού βαρύτητας

Επίσης από την ίδια γραμμή εργαλείων Μέτρηση μπορείτε να προβάλετε στην οθόνη τη μεταβολή της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας.

 

Επιλέξτε  και .

 

 

 

 

Καταγραφή των παρατηρήσεων

 

Πως θα κινηθεί το ελικόπτερο όταν η τιμή της δύναμης Χ είναι «0» και της Y διάφορη του μηδενός;

Τι προβλέπετε ότι θα συμβεί στο ελικόπτερο όταν οι τιμές των δυνάμεων Υ και Χ είναι διάφορες του μηδενός :

Διατηρείται η μηχανική ενέργεια; Αιτιολογείστε την απάντηση σας.

Διεξαγωγή συμπερασμάτων

Συγκρίνετε τα αποτελέσματα με τις αρχικές σας προβλέψεις και συζητήστε στην ομάδα σας αν ήταν ή όχι τα αναμενόμενα και γιατί.

 

Μπορείτε πατώντας εδώ να ανοίξετε το "Σημειωματάριο", να καταγράψετε τις απόψεις σας για τα παραπάνω θέματα και να αποθηκεύσετε το αρχείο σας στον υπολογιστή.

 

 

 

 

 

Β. Κατασκευή μοντέλου ελικόπτερου

 

Κατασκευάστε ένα ρότορα ελικοπτέρου με τη βοήθεια του βίντεο (1, 2) .

 

Υλικά

  • τετράγωνο χαρτόνι πλευράς 22,5cm
  • χαρτόνι 2,5 x 64 cm
  • κουβαρίστρα
  • ξύλινο κυλινδρικό μολύβι  (να χωράει μέσα στην κουβαρίστρα)
  • σπάγκος περίπου 60cm
  • κόλλα
  • αυτοκόλλητη ταινία διπλής όψης
  • χάρακας
  • ψαλίδι

 

 

 

Διαδικασία

 

Κόψτε το χαρτόνι σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα.

 

 

 Διπλώστε στις διακεκομμένες γραμμές και κολλήστε τις μύτες στη λωρίδα από χαρτόνι.

                       

  

α πό το κάτω μέρος κολλήστε την κουβαρίστρα με την ταινία διπλής όψης.

Τυλίξτε στην κουβαρίστρα τον σπάγκο αντίθετα προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού.

 

 

Στη συνέχεια περάστε το μολύβι στο καρούλι.

Κρατώντας το μολύβι κατακόρυφα προς τα επάνω τραβήξτε το σχοινί απότομα, ώστε να θέσετε σε κίνηση το ρότορα.

 

 

 

 

Στη συνέχεια αναφέρετε τις ενεργειακές μετατροπές που συμβαίνουν όταν ο έλικας πετάει. Ποιες μετατροπές κινητικής και δυναμικής ενέργειας συμβαίνουν;

Γιατί το ελικόπτερο τελικά πέφτει;

 

Μπορείτε πατώντας εδώ να ανοίξετε το "Σημειωματάριο", να καταγράψετε τις απόψεις σας για τα παραπάνω θέματα και να αποθηκεύσετε το αρχείο σας στον υπολογιστή.