Урок проводять у формі семінару. З учнів класу, залежно від їхніх інтересів, формують 4 команди: історики, філологи, теоретики, експериментатори. Кожна з команд заздалегідь отримує завдання: завдання історикам — підготувати повідомлення про історію повітроплавання, повітроплавальні апарати різного призначення, про перших повітроплавців; завдання філологам — виконати огляд літературних творів, герої яких здійснювали польоти на повітряних кулях; завдання теоретикам — коротко викласти відповідний матеріал із підручника; завдання експериментаторам — підготувати кілька експериментів, що ілюструють повідомлення теоретиків.
Тип уроку: урок закріплення вивченого матеріалу.
Вид уроку: урок-семінар.
Мета уроку:
- навчальна: закріпити знання учнів із теми «Плавання тіл», показати зв’язок фізики з технікою, розглянути взаємозв’язок фізики та інших наук (природознавство, історія, література), розглянути етапи розвитку повітроплавання;
- розвивальна: продовжити розвиток умінь учнів вибирати необхідну інформацію з першоджерел для підготовки повідомлень, умінь аналізувати навчальну інформацію й використовувати її для підготовки проектів, складати опорні конспекти;
- виховна: продовжити формування комунікативних навичок учнів через використання методу проектів під час організації вивчення цього навчального матеріалу, продовжити формування пізнавального інтересу учнів до вивчення фізики, продовжити формування наукового світогляду.
Технічні засоби навчання, демонстраційні матеріали:
- мультимедійний проектор;
- комп’ютер;
- відео «Історія повітроплавання», «Повітроплавання в літературі», «Фізика у повітрі», «Запрошуємо до польоту»;
- повітряні кульки, наповнені гелієм і повітрям;
- повітряний ліхтарик;
- плакат «Кросворд».
Нові поняття:
- учні наводять приклади: повітроплавання, плавання тіл, застосування повітроплавання в техніці й житті;
- учні пояснюють: умови плавання тіл, поняття підйомної сили, причину виникнення виштовхувальної сили.
Міжпредметні зв’язки: природознавство, історія, література.
- Проектне завдання за групами:
- Історики — презентація «Історія повітроплавання».
- Філологи — презентація «Повітроплавання в літературі».
- Експериментатори — підготовка й демонстрація експериментів.
- Теоретики — презентація «Фізика в повітрі».
Перебіг уроку
І. Організаційний момент
Стимулювання діяльності учнів, забезпечення загальної готовності класу, забезпечення своєчасного початку уроку. Концентрація уваги на навчальній діяльності. Створення позитивного емоційного настрою для роботи учнів під час уроку.
ІІ. Актуалізація опорних знань учнів
Учитель. Вам уже відомо про те, як діють рідина й газ на занурене в них тіло. Також ми вже вивчили умови плавання тіл. А тему уроку сьогодні ви дізнаєтеся, розгадавши кросворд.
Після розгадування кросворда учні спільно з учителем формулюють тему й завдання уроку.
Кросворд (додаток )
Відповіді:
1. Паскаль. 2. Атмосфера. 3. Вага. 4. Літак. 5. Ньютон. 6. Архімед. 7. Барометр. 8. Пароплав. 9. Літр. 10. Кілограм. 11. Довжина. 12. Фізика. 13. Густина. 14. Секунда. 15. Повітря.
ІІІ. Пояснення нового навчального матеріалу
Представники груп презентують підготовлені проекти. Решта учнів конспектують матеріал у робочих зошитах. Учитель коментує презентації, акцентує увагу учнів на важливих моментах теми, організовує діяльність учнів з оцінювання проектів.
Виступ істориків: «Історія повітроплавання»
Повітряні кулі, що використовують з давніх часів для повітроплавання, інакше називають аеростатами. У перекладі з грецької слово «аеростат» означає «нерухомий у повітрі». Некеровані аеростати називають «монгольф’єрами» або «шальєрами» за іменами їхніх винахідників.
Для дослідження висотних шарів атмосфери використовують стратостати. Крім того, існують керовані аеростати — дирижаблі.
У Перу під час археологічної експедиції вчені знайшли малюнок на стіні однієї з гробниць. На ньому зобразили апарат у вигляді гігантської чотиригранної піраміди, яка летить у повітрі, а внизу до неї прив’язали кошик з людьми. Малюнок ретельно виміряли й розрахували приблизні розміри зображеного на ньому літального апарата. Після цього побудували каркас піраміди й гондолу, застосовуючи матеріали, які зазвичай використовували перуанські індіанці для будівництва. Після того як апарат обтягнули тканиною, отримали величезну споруду заввишки майже 10 м і до 30 м біля основи. Під пірамідою запалили багаття, і через деякий час піраміда піднялася в небо й потягнула за собою кошик!
Відомий проект літального апарата, легшого, ніж повітря, у 1670 році запропонував священик Франческо де Лана-Терці. Аеростат повинен був складатися з дерев’яного човна, тросів, чотирьох мідних порожнистих кульок, з яких викачане повітря, вітрила й ручного весла. Винахідник вважав, що кулі з тонкої міді з вакуумом всередині піднімуть всю конструкцію в повітря. Однак як зробити такі тонкі, але міцні сфери? На це запитання відповіді не знайшлося, тому проект Франческо де Лана-Терці й залишився нереалізованим.
Імовірно, перший успішний політ на повітряній кулі зробив священик-єзуїт, Бартоломео Лоренцо де Гусмао. Сталася ця урочиста подія в 1709 р. у присутності королівських осіб і знаті. Повітряна куля була паперовою оболонкою, заповненою нагрітим повітрям. Нагріте повітря надходило з глиняного горщика, установленого на підвішеному знизу кулі піддоні. У горщику розпалювали багаття. Куля швидко набирала висоту.
У Франції першу повітряну кулю, наповнену теплим повітрям, винайшли й підняли в повітря 1783 року брат Етьєн і Жозеф Монгольф’є. На їхню честь такі повітряні кулі назвали «монгольф’єрами».
Сучасні теплові аеростати — це теж повітряні кулі, що піднімаються за рахунок нагрітого повітря. Оболонка зшита з термостійких полотнищ, основним матеріалом є синтетична тканина зі спеціальним покриттям, що забезпечує повітронепроникність.
Аеростат оснащений блоком пальників, що працюють на пропан-бутановій суміші, яка призначена для нагрівання повітря в оболонці аеростата, і комплектом балонів для зберігання пального. Крім того, на борту є барометричні прилади й вентилятор для попереднього постачання холодного повітря в оболонку.
У 1766 році англієць Генрі Кавендіш здобув «горюче повітря» — водень. Професор Кавалло почав наповнювати воднем паперові кулі й мильні бульбашки і спостерігати за їхнім польотом у повітрі. І зовсім небагато часу знадобилося для того, щоб у небо піднявся аеростат, наповнений воднем.
У 1785 році француз Жан-П’єр Бланшар і американець Джон Джеффріс стали першими людьми, що перелетіли Ла-Манш на повітряній кулі. Вони стартували з британського міста Дувр і приземлилися вфранцузькому Кале. У польоті в них виникли проблеми — куля почала втрачати підйомну силу. Спочатку вони скинули баласт, потім абсолютно все, що було в кошику, потім навіть валсний одяг…
У 1804 році на честь коронації Наполеона відбувся урочистий запуск аеростатів. Один із них опускається на могилу Нерона в Римі, що спричиняє величезний скандал. У вересні 1804 р. відомий хімік і фізик Ж. Л. Гей-Люссак за дорученням Паризької академії наук сам здійснив наукову повітряну подорож, пролетівши 160 верст. Політ тривав 6 годин. Гей-Люссак сягнув висоти близько 7 верст.
17 серпня 1859 р. з американського штату Індіана стартувала повітряна куля з незвичайним для того часу вантажем — поштою. Цей день вважають днем виникнення авіапошти. Так листи вперше були надіслані через повітря. У 1859 році в битві біля Сольферіно французький повітроплавець Ф. Надар із прив’язного аеростата виконав розвідку розташування австрійських військ, зробивши фотознімки позицій противника. Прив’язні аеростати для розвідки й коректування артилерійського вогню застосовували також у США під час Громадянської війни 1861—1865 років.
У 1861 р. у США військові вперше передали телеграфне повідомлення з аеростата «Ентерпрайз» на Землю. Поступово повітряні кулі почали застосовувати і як військову техніку. У 1849 р. під час боротьби Італії за незалежність австрійські війська організували за допомогою невеликих (об’ємом 82 м3) вільних аеростатів бомбардування Венеції запалювальними й розривними бомбами.
У франко-пруській війні 1871 року за допомогою вільних аеростатів налагодили зв’язок оточеного німцями Парижа з країною. За 4 місяці на 65 аероста тах переправили 3 млн. листів і депеш загальною вагою 16 675 кг, а також 150 пасажирів. Однак пруські військові почали застосовувати зенітні снаряди для знищення аеростатів. Паризькі комунари користувалися аеростатами для розкидання листівок революційного змісту.
Схожі аеростати з успіхом застосовували й під час Першої світової війни — для розвідки і коригування вогню артилерії, і під час Другої світової — як аеростати загородження (це спеціальні аеростати, які використовують для пошкодження літаків під час зіткнення з тросами, оболонками або підвішеною на тросах вибуховою речовиною). Військове використання аеростатів тривало й в роки «холодної війни». Аеростати-розвідники безперешкодно перетинали кордон у товщі хмар, засікти їх локаторами було майже неможливо.
У липні 1897 року пілот Соломон Огюст Андре здійснив перший політ на повітряній кулі в Арктику. У 1997 році, на честь 100-річчя цієї події спортсмени-повітроплавці на Північному полюсі провели Перше свято повітряних куль. Відтоді щорічно найсміливіші команди повітроплавців прилітають на полюс, щоб наповнити гарячим повітрям свою кулю і піднятися в небо над верхівкою нашої планети.
У 1900 році в Парижі відкрився перший Міжнародний повітроплавальний конгрес. У жовтні 1905 року у Франції створено Міжнародну Авіаційну Федерацію аеронавтів.
Кінець ХІХ — початок ХХ століття ознаменувався піком повітроплавання. Різноманітні польоти на повітряних кулях відбувалися з науковою й розважальною метою. Удосконалювали конструкції повітряних куль, їхнє оснащення, установлювали рекорди висоти й дальності польоту. Поступово розвивалася інша літальна техніка, і польоти на повітряних кулях залишилися привілеєм спортсменів. У різних країнах почали з’являтися аероклуби, які об’єднували спортсменів-повітроплавців.
У 1973 р. створено аеростат нової конструкції — сонячний аеростат. Порівняно з усіма літальними апаратами в нього найбільша підйомна сила. Його балон наповнений повітрям, на ньому немає пальника, проте він здатний підніматися в повітря. Якщо випускний клапан відмовить, він не впаде, а необмежено підніматиметься, поки не лусне. Його оболонка — чорного кольору, вона добре поглинає сонячні промені. Підйомну силу створює повітря, нагріте сонячними променями. Отже, у сонячному аеростаті повітря нагрівається не за допомогою пальника, а від Сонця.
У 1978 році троє американців Бен Абруццо, Максі Андерсон і Ларрі Ньюмен вперше перетнули Атлантику на повітряній кулі. Під час підльоту до Франції куля почала втрачати висоту. Баласт вони скинули ще над Ісландією. Довелося викидати за борт усі речі — балони з киснем, дорогі прилади, фотоапарати і кінокамеру, одяг, бортовий журнал, рацію.
У 1981 році повітроплавці японець Асукі й американці Андерсон, Кларк і Ньюмен на кулі «Дабл Ігл V» перелетіли Тихий океан.
У 1995 році пілот Bill Arras здійснив перший політ аеростата над Антарктидою.
У березні 1999 року після завершення польоту навколо Земної кулі тривалістю в 19 днів 21 год
і 55 хв на аеростаті «Breitling Orbiter 3» встановлено абсолютний світовий рекорд дальності польоту — 40814 км. Цей рекорд встановили повітроплавці Бертран Піккар (Швейцарія) і Браян Джонс (Великобританія).
У липні 2002 року другий в історії переліт навколо Землі на повітряній кулі здійснив американський пілот Стів Фоссет. На аеростаті «Bud Light Spirit of Freedom» він подолав 34 242 км за 320 год 33 хв.
Зараз Усесвітня федерація повітроплавання проводить чемпіонати світу: у парні роки — для монгольф’єрів, у непарні — для газових аеростатів.
Виступ філологів:
Представник групи філологів зачитує уривки з художніх творів, ілюструючи їх слайдами презентації. Учні класу обговорюють події, описані авторами.
«Пригоди Незнайка та його друзів» Миколи Носова
«Дехто думає, що якщо вище піднятися над землею, то стає тепліше, але це неправда. Що вище, то холодніше. Саме це і відчули коротуни, коли піднялися на своїй повітряній кулі на велику висоту. Їм стало так холодно, що почервоніли і носи, і щоки… Від холоду повітряна куля покрилася інеєм і виблискувала над головами маленьких чоловічків, немов була зроблена з чистого срібла. Поступово повітря знову охололо в оболонці, і куля почала опускатися. Через кілька хвилин вона вже стрімко падала. Запас мішків із піском скінчився, і уникнути падіння було неможливо…».
«П’ять тижнів на повітряній кулі» Жюля Верна
Доктор Фергюссон пояснює своїм товаришам механізм керування повітряною кулею: «Мій спосіб підйому й зниження повітряної кулі ґрунтується на розширенні і стисненні газу в оболонці зі зміною його температури… Щоб піднятися, я за допомогою пальника нагріваю газ у кулі до температури вищої, ніж температура навколишнього повітря. Від нагрівання газ розширюється, об’єм кулі збільшується і вона піднімається вище зі збільшенням нагрівання… Опускання відбувається природно: температура пальника зменшується, газ всередині кулі поступово охолоджується».
«Таємничий острів» Жюля Верна
«Куля знову почала спускатися, повільно, але безперервно. Від витоку газу вона стискалась, і оболонка її з круглої перетворювалася на овальну… Необхідно будь-що призупинити спускання… Викинувши з гондоли всі предмети, що були в ній, повітроплавці на кілька годин відстрочили падіння. Але тепер катастрофа була невідворотною, і якщо до темряви не з’явиться на горизонті земля, і люди, і куля безслідно зникнуть у хвилях… Цієї миті у гондолі пролунав мужній голос:
— Що можна ще викинути?
— Нічого!
— А гондола? Гондолу в море! Всім вчепитися за сітку!
І, дійсно, це був єдиний і останній засіб полегшити аеростат. Мандрівники перерубали канати, що підтримували гондолу, і куля піднялася на дві тисячі футів угору…».
«Викрадення Тесея» Кіра Буличова
Агент галактичної поліції Кора Орват опиняється в Давній Греції, де пояснює майстру Дедалу принцип повітроплавання: «Кора намалювала коло. Під ним щось на кшталт світильника.
— Уяви собі, Дедал, — сказала вона, — ти пошиєш або склеїш зі шкіри або тонкого матеріалу, крізь який не може проникнути повітря, велику кулю.
— Наскільки велику?
— Може, як цей храм. Якщо в нижній її частині зробити отвір, а під ним помістити потужний світильник, який випромінює багато тепла, то ця куля почне надуватися. Коли куля почне рватися вгору, ти повинен обмотати її мотузками і прив’язати знизу кошик.»
«Степ» Антона Чехова
«Юрась… розбігся і полетів з півторасажневої висоти. Описавши у повітрі дугу, він упав у воду, глибоко занурився, але дна не дістав; якась сила, холодна і приємна, підхопила його і понесла назад вверх. Він пірнув і… знову пірнув… Знову та ж сила, не даючи йому торкнутися дна і побути в прохолоді, понесла його на поверхню води».
«Правда про Пайкрафта» Герберта Веллса
«Смішний товстун Пайкрафт, який хотів позбутися зайвої ваги, випив чарівне зілля і повністю втратив вагу, у буквальному сенсі! Цілими днями він літав під стелею власного кабінету, не виходячи на вулицю, щоб не злетіти вгору, як повітряна куля. Він літав по своїй кімнаті доти, поки йому не порадили замовити спеціальний костюм зі свинцевими прокладками. У такому костюмі, у важких свинцевих черевиках і з повним портфелем свинцю в руках він, нарешті, отримав можливість знову ходити вулицями, як всі люди».
«Розповідь аеронавта» Льва Толстого
«Я подивився на барометр. Тепер я вже був на висоті п’ять верст над землею і відчував, що мені мало повітря, я почав часто дихати. Потім потягнув за мотузку, щоб випустити газ і почати спускатися, але або я ослаб, або щось зламалося, — клапан не відкривався… Якщо я не зупиню кулю, — подумав я, — то вона лусне, і я пропав… Я з усіх сил ухопився за мотузку і потягнув. Слава Богу, — клапан відкрився, щось засвистіло».
Виступ експериментаторів: демонстраційні експерименти
1. Політ повітряного ліхтарика від тепла запаленої свічки.
2. Повітряні кульки, наповнені повітрям і гелієм.
3. Модель повітряної кулі з кошиком.
Виступ теоретиків: презентація «Фізика в повітрі»
IV. Підбиття підсумків
Учитель організовує оцінювання проектів учнями. Учні оцінюють проекти свої і своїх друзів, виставляють бали кожному учаснику групи залежно від їхнього внеску в підготовку проекту.
V. Домашнє завдання
Учитель виділяє для вивчення й відпрацювання вдома матеріал, розглянутий на уроці, визначає прийоми роботи учнів, якими їм варто скористатися під час виконання домашнього завдання, виділяє обсяг роботи, обов’язковий для кожного учня.
VІ. Релаксація
Учитель пропонує учням подивитися презентацію «Запрошуємо в політ».
Зняття психологічного напруження, створення позитивного емоційного настрою.
Використані джерела
- Генденштейн Л.Е. Фізика. 8 клас. Підручник. Харків. Гімназія, 2008.
- Коршак Є. В., Ляшенко О. І., Савченко В. Ф. Фізика. 8 клас. Підручник. Київ. Генеза, 2008.
- Навчальний курс «Методика навчання фізики» // Вікі ЦДПУ. URL: https://bit.ly/2sEhR4U (дата звернення 23.04.2018).
- Історія першопрохідців повітроплавання. URL: http://istoriya.in.ua/istoriya-pershoprohidciv-povitroplavannya-v2.html
- Повітроплавання і авіація. Ідеї дослідження космосу реактивними приладами. URL: http://bibliograph.com.ua/istoria-tehniki/9.htm (дата звернення 23.04.2018)
- Презентація — проект «Плавання суден. Повітроплавання», 7 клас // Всеосвіта. URL: https://vseosvita.ua/library/prezentacia-proekt-plavanna-suden-povitroplavanna-7-klas-6739.html (дата звернення 23.04.2018).
- Сокирко О., Харук А. Перші королі повітря: дирижаблі були певною ілюзією людства у намірах опанувати повітряний простір. URL: http://tyzhden.ua/History/52949 (дата звернення 23.04.2018)
- Судноплавство. Повітроплавання // school.home-task.com. URL: http://school.home-task.com/sudnoplavstvo-povitroplavannya/ (дата звернення 23.04.2018).
- Судноплавство та повітроплавання. URL: https://predmety.in.ua/sudnoplavstvo-ta-povitroplavannya/ (дата звернення 23.04.2018)
- Путешествие на воздушном шаре // Myshared. URL: http://www.myshared.ru/slide/400594/ (дата звернення 23.04.2018).
Людмила Шиманська, учитель фізики
Маріупольського технічного ліцею, Донецька обл.
газета “Фізика”, № 6 червень 2018
