Применение уравнения Бернулли. Подъемная сила крыла

Занятие элективного курса в 10 классе

физико-математического профиля

Цели и задачи:

Закрепить знания о закономерностях движения жидкости (газа).

Изучить принципы работы устройств, в которых используется закон Бернулли. Ввести понятие подъемной силы крыла самолета

Развивать умения применять знания для объяснения природных явлений, принципов работы некоторых технических устройств. Развивать аналитическое и конструкторское мышление.

Воспитывать культуру коллективного труда. Формировать готовить к осознанному выбору профессии

В кабинете заранее расставляем парты таким образом, чтобы обеспечить места для работы групп.

На партах раскладываем приборы и материалы для проведения опытов, карточки с заданиями для каждой группы.

До начала урока предлагаем учащимся объединиться в группы по 4 человека.

I. Вступительное слово учителя.

«Кто изведал непостижимое страстное самозабвение полета, тот заново перечитал историю человечества»

«Полет приобщает человека к вечным вопросам»

Антуан де Сент-Экзюпери «Планета людей»

Человек издавна пытался подняться в небо, взлететь над Землей как птица.

Сегодня мы попытаемся выяснить, какие принципы лежат в основе полета.

Для этого необходимо повторить закономерности движения жидкостей и газов.

II. Фронтальный опрос: (актуализация опорных знаний)

1. Как называется раздел механики, который изучает движение жидкости и газа?

2. Почему важно знать особенности движения жидкостей и газов?

Слайд с уравнением Бернулли:

p₁ + ρgh₁ + ρv₁²/2 = p₂ + ρgh₂ + ρv₂²/2

4. В каком сечении трубы скорость течения больше? Почему?

5. Как связано давление в жидкости со скоростью ее течения?

6. Можно ли применять уравнение Бернулли для газов? При каких условиях?

Объявляем тему и цель занятия. Тема на экране.

III. Работа в группах

Цель работы: используя знания уравнения Бернулли, объяснить некоторые опыты и принципы работы некоторых технических устройств. Обязательно регламентируем время работы над опытами и вопросами, время для ответов и демонстраций.

Приведем примеры некоторых опытов и вопросов, которые можно предложить для обсуждения в группах. Можно подготовить одного консультанта из числа учащихся либо воспользоваться помощью лаборанта при выполнении опытов.

Опыт № 1. Для опыта используйте стеклянную воронку и по ее размерам бумажный конус. Вложите конус в воронку. Продувайте воздух через трубку воронки. Вы ждете, что конус вылетит из воронки? Ничего подобного! Почему?

Опыт № 2. Поместите шарик для пинг-понга в струю воздуха от фена. Почему шарик парит в струе воздуха?

Опыт № 3. Объясните, используя схему, принцип работы пульверизатора?

Опыт № 4. Объясните принцип работы водоструйного насоса.

Опыт № 5. Объясните по схеме, как получают бензиново-воздушную смесь в двигателе внутреннего сгорания.

Учащиеся демонстрируют опыты и объясняют работу технических устройств на основе знаний закона Бернулли. Схемы всех устройств вынесены на экран.

После выступления представителей всех групп подводим итоги, оцениваем работу каждой группы.

Вывод: Там, где скорость газа больше, давление - меньше, в результате возникает перепад давлений, следовательно, появляется сила давления.

IV. Изложение нового материала

Предлагаем учащимся фронтальный эксперимент: Возьмите в руку лист бумаги и подуйте на него. Почему лист поднимается вверх?

Ученики объясняют причину подъема листа возникновением перепада давлений над листом и под листом.

Введем определение подъемной силы крыла:

Равнодействующая сил давления над крылом и под ним называется подъемной силой крыла. Эта сила направлена вверх.

Именно эта сила поднимает тяжелый самолет в воздух.

Демонстрация видеоклипа «Взлет самолета» на экране.

Проблема: как же создается перепад давлений при взлете самолета?

Переходим к изложению нового материала о возникновении подъемной силы крыла самолета при обтекании его воздушным потоком.

Проведем приближенный расчет этой силы.

Учащиеся самостоятельно проводят вывод формулы для расчета подъемной силы крыла самолета, используя уравнение Бернулли.

Слайд:

p₁ + ρv₁²/2 = p₂ + ρv₂²/2

v₁= v - u скорость воздушного потока под крылом

v₂ = v + u скорость потока над крылом

p₁ и p₂ давление под крылом и над крылом

Проводим проверку, сравнивая результаты расчетов учащихся со слайдом на доске:

Слайд:

Δp = 2ρυu

F = ΔpS

F = 2ρυuS

Подводим итог: От каких параметров зависит подъемная сила крыла самолета?

Учащиеся делают вывод:

Подъемная сила крыла определяется скоростью движения самолета, скоростью обтекания воздухом крыла, плотностью воздуха на данной высоте и площадью крыльев самолета.

V. Закрепление: (Мозговой штурм)

1. Какие реальные параметры мы не учли при расчете подъемной силы крыла?

Как они влияют на величину подъемной силы крыла самолета?

(скорость и направление ветра, сопротивление воздуха, зависимость плотности воздуха от температуры и т.д.)

2. Предложите способы увеличения подъемной силы крыла самолета.

(увеличить площадь крыльев, увеличить скорость разбега, уменьшить массу самолета и т.д.)

Итак, мы убедились, что построить самолет и поднять его в воздух является сложной инженерной задачей, которая требует совместной работы специалистов из разных отраслей науки.

На следующем занятии мы с вами будем решать расчетные задачи на применение уравнения Бернулли и расчет подъемной силы крыла.

Домашнее задание: учебник Г.Я.Мякишев, А.З.Синяков «Физика 10» т. «Механика» § 9.12, 9.14

Для тех, кто захочет связать свою будущую профессию с авиацией приводим список ВУЗов России, в которых готовят специалистов для авиации.

Завершаем урок слайдом: «Я бы в летчики пошел. Пусть меня научат»

Перечисление ВУЗов России с авиационной направленностью.