Το αεροσκάφος κάθετης απογείωσης

Πειραματισμός

Μελέτη των φυσικών αρχών λειτουργίας του αεροσκάφους κάθετης απογείωσης

Από το εκπαιδευτικό λογισμικό "Ανακαλύπτω τις μηχανές" μεταφερθείτε στην ενότητα    και  επιλέξτε την υποενότητα «Αεροσκάφος κάθετης απογείωσης». Μελετήστε προσεκτικά τις πληροφορίες που αναφέρονται και ιδιαίτερα σχετικά με το «πώς λειτουργεί» και «ακροφύσια ουράς».

Ακολουθώντας τις παρακάτω οδηγίες, μελετήστε τις φυσικές αρχές λειτουργίας του αεροσκάφους κάθετης απογείωσης μέσα από το λογισμικό .

Προετοιμασία χώρου εργασίας

1. Επιλογή χώρου εργασίας

Στην επιλογή   , κάντε κλικ στο     ,  και ενεργοποιείστε τις Γραμμές πλέγματος και Άξονες Χ,Υ 

  .

2. Επιλογή κατακόρυφης βαρύτητας

Πηγαίνετε στον κατάλογο  .  Επιλέξτε    και κάντε τις εξής ρυθμίσεις:

Σχεδιασμός αεροσκάφους κάθετης απογείωσης

3. Δημιουργία αεροσκάφους

Δημιουργήστε ένα ορθογώνιο που να καταλαμβάνει 10 τετραγωνάκια κατά μήκος και 1 κατά πλάτος , επιλέγοντας το εικονίδιο     από το μενού που βρίσκεται αριστερά.  Αυτό το ορθογώνιο παραλληλόγραμμο αντιπροσωπεύει το αεροσκάφος κάθετης απογείωσης. Το δεξί μέρος του παραλληλογράμμου  αντιπροσωπεύει τη μύτη του αεροσκάφους και το αριστερό την ουρά του.

4. Επιλογές εμφάνισης       

Αφού κάνετε κλικ στο ορθογώνιο, επιλέξτε Παράθυρο à Εμφάνιση και αλλάξτε το όνομά του σε Αεροσκάφος.

5. Επιλογή μάζας

Κάντε διπλό αριστερό κλικ πάνω στο σχήμα και επιλέξτε η μάζα του να είναι ίση με 4kg (η επιλογή αυτής της τιμής διευκολύνει της διαδικασία της προσομοίωσης και δεν αντιπροσωπεύει το πραγματικό βάρος του αεροσκάφους).

6. Επιλογή εμφάνισης βαρυτικής δύναμης

Επιλέξτε το παραλληλόγραμμο, πηγαίνετε     , επιλέξτε το  και επιλέξτε το .  Με αυτή την εντολή, όταν ξεκινήσει η προσομοίωση, θα φαίνεται σχηματικά η δύναμη της βαρύτητας.

Εισαγωγή δυνάμεων

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.

7. Εισαγωγή δύναμης ακροφύσιων ουράς

Στη συνέχεια επιλέξτε το  , το οποίο βρίσκεται στο μενού στο αριστερό μέρος της οθόνης. Το βελάκι αυτό αντιστοιχεί στην εισαγωγή δύναμης. Για να προσομοιώσετε τη δύναμη προς τα πάνω που δέχεται το αεροσκάφος από τα ακροφύσια της ουράς του, επιλέξτε το σημείο του αεροσκάφους που βρίσκεται μισό τετραγωνάκι δεξιά από την ουρά και σύρετε το ποντίκι με πατημένο το αριστερό κουμπί, ενάμισι τετραγωνάκι προς τα κάτω, όπως φαίνεται στο σχήμα:

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

8. Εισαγωγή δύναμης ατράκτου

Για να προσομοιώσετε τη δύναμη προς τα πάνω που δέχεται το αεροσκάφος από τα ακροφύσια της ατράκτου, επιλέξτε το  και στη συνέχεια επιλέξτε το σημείο του αεροσκάφους που βρίσκεται ένα τετραγωνάκι δεξιά του κέντρου μάζας και σύρετε το ποντίκι με πατημένο το αριστερό κουμπί, ενάμισι τετραγωνάκι προς τα κάτω, όπως προηγουμένως.

9. Μεταβολή των δυνάμεων

Επιλέξτε με κλικ τη δύναμη ακροφύσιων ουράς και κατόπιν επιλέξτε Ορισμός à Νέο εργαλείο ελέγχου à Δύναμη Υ. Επαναλάβετε τη διαδικασία και για τη δύναμη της ατράκτου.

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

Προσπαθήστε κάνοντας δοκιμές να δώσετε το κατάλληλο μέγεθος σε αυτή τη δύναμη, ώστε το αεροσκάφος να απογειωθεί κάθετα.

(Στην προσομοίωση αυτή δεν εμφανίζονται οι δυνάμεις από τα ακροφύσια των φτερών) 

Εκτέλεση προσομοίωσης

10. Επιλογή διάρκειας προσομοίωσης

Από την επιλογή Μικρόκοσμος, Έλεγχος παύσης επιλέξτε Νέα συνθήκη και στη συνέχεια Επαναρρύθμιση όταν, επιλέξτε πόσο χρόνο θέλετε να διαρκεί κάθε προσομοίωση.

Αλλάξτε κάθε φορά την τιμή κάθε δύναμης και παρακολουθείστε την κίνηση του αεροσκάφους

11. Εκτέλεση προσομοίωσης

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

12. Επιλογές πλάνου

Για να βλέπετε καλύτερα, χρησιμοποιήστε το εργαλείο , ώστε να βλέπετε το αεροσκάφος πιο μικρό. Αν μπερδευτείτε και δε βρίσκετε το αεροσκάφος, επιλέξτε το εργαλείο  για να το βρείτε.

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

B. Κατασκευή μοντέλου αεροσκάφους κάθετης απογείωσης

Υλικά

• τέσσερα μπαλόνια μεσαίου μεγέθους

• τέσσερις λεπτοί κρίκοι κλειδιών από μπρελόκ

• σελοτέιπ

• σπάγκος

• ψαλίδι

• κοπίδι

• στυλό   

• καρφίτσα

• χάρακας

• λεπτό χαρτόνι (στη φωτογραφία βρίσκεται κάτω από τα μπαλόνια, τους κρίκους, το σελοτέιπ...)

• μακετόχαρτο τύπου σάντουιτς (στη φωτογραφία βρίσκεται κάτω από το σπάγκο, το ψαλίδι, το κοπίδι...)

Διαδικασία

Κατασκευή αεροσκάφους από χαρτόνι

1.Σχεδιάστε μισό αεροσκάφος στο χαρτόνι. Τόσο η άτρακτος, όσο και τα φτερά του αεροσκάφους

πρέπει να είναι λεπτά.

2.Ονομάζουμε σημείο Α την κορυφή του αεροσκάφους και σημείο Β το ακραίο σημείο της ουράς του.

Φέρτε το ευθύγραμμο τμήμα ΑΒ.

3.Διπλώστε το χαρτόνι κατά μήκος του ΑΒ.

4.Κόψτε το διπλωμένο χαρτόνι ακολουθώντας το περίγραμμα του μισού αεροσκάφους.

Κατασκευή αεροσκάφους από μακετόχαρτο

5.Απλώστε το χαρτονένιο αεροσκάφος πάνω στο μακετόχαρτο.

6.Σχεδιάστε το περίγραμμα του αεροσκάφους στο

μακετόχαρτο.

7.Χρησιμοποιώντας το κοπίδι, κόψτε το σχηματισμένο

αεροσκάφος.

Άνοιγμα τρυπών στο αεροσκάφος

8.Τρυπήστε το αεροσκάφος με την καρφίτσα σε ένα σημείο του. Ονομάστε το σημείο αυτό Γ.

9.Κόψτε ένα κομμάτι σπάγκο και κρεμάστε στην άκρη του ένα αντικείμενο.

10.Ο σπάγκος ορίζει τώρα μια ευθεία που διέρχεται

από το σημείο Γ. Σημειώστε πάνω στο αεροσκάφος την

ευθεία αυτή και ονομάστε την ε1.

11.Κρεμάστε το αεροσκάφος από άλλο ένα σημείο Δ και επαναλάβετε. Την ευθεία που σχηματίζει

τώρα ο σπάγκος, ονομάστε την ε2.

12.Το κέντρο βάρους του αεροσκάφους βρίσκεται στην τομή των ευθειών ε1 και ε2. Ονομάστε το

Κ.

13.Χρησιμοποιώντας το κοπίδι, ανοίξτε μια τρύπα στο αεροσκάφος. Το κέντρο της τρύπας πρέπει

να είναι πάνω στο ευθύγραμμο τμήμα ΑΚ και να απέχει τρία εκατοστά από το Κ.

14.Μεγαλώστε την τρύπα χρησιμοποιώντας το στυλό, ένα μαρκαδόρο ή όποιο άλλο αντικείμενο

βρείτε κατάλληλο.

15.Με τον ίδιο τρόπο ανοίξτε άλλες τρεις τρύπες. Μία σε κάθε φτερό στο ύψος του Κ και μία στο

μέσο της ουράς, όπως στη διπλανή φωτογραφία. Ονομάστε το κέντρο της τρύπας της ουράς Λ, και

τα κέντρα των τρυπών του αριστερού και του δεξιού φτερού Μ και Ν αντίστοιχα. Το Μ και το Ν

πρέπει να είναι συμμετρικά ως προς το ευθύγραμμο τμήμα ΑΒ.

Προετοιμασία μπαλονιών

16.Περάστε έναν κρίκο σε κάθε μπαλόνι και περάστε τα μπαλόνια μέσα από τις τρύπες που κάνατε.

17.Όταν περάσετε και  τα τέσσερα μπαλόνια, το αεροσκάφος σας είναι έτοιμο για απογείωση. Αν

θέλετε μπορείτε να το διακοσμήσετε.

18.Φουσκώστε τα μπαλόνια και κρατήστε το αεροσκάφος παράλληλα με το έδαφος. Αφήστε συγχρόνως και τα τέσσερα μπαλόνια και δείτε το

αεροσκάφος να ανεβαίνει.

Παρακολουθήστε την απογείωση του μοντέλου του αεροσκάφους κάθετης απογείωσης σε βίντεο.

Ποιες δυνάμεις ασκούνται στο κατασκευασμένο αεροσκάφος σας  : α) κατά την απογείωσή του, β) όταν μένει ακίνητο στον αέρα και γ) κατά την προσγείωσή του;

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

Σχεδιάστε το μοντέλο του αεροσκάφους για καθεμία από τις τρεις περιπτώσεις και σημειώστε τις δυνάμεις που ασκούνται σ΄ αυτό, καθώς και τη συνισταμένη δύναμη.

Μπορείτε πατώντας εδώ να ανοίξετε τη "Ζωγραφική", να σχεδιάσετε τα μοντέλα σας και να αποθηκεύσετε το αρχείο σας στον υπολογιστή.