Повітряний змій

Задовго до польотів повітряних куль і дирижаблів, планерів і літаків, ще дві тисячі років тому люди піднімали в повітря дивовижні споруди у вигляді птахів, метеликів, драконів. Їх яскраво розфарбовували і з ними проводилися і зараз проводяться свята, змагання і навіть чемпіонати світу. Через довгий хвіст, необхідний для стійкого польоту, їх називають повітряними зміями.

Цікаві старовинні записи про те, як тисячу років тому (у 906 році) київський князь Олег використовував повітряні змії на війні при взятті міста Константинополь. Літопис говорить, що над ворогом в повітрі з'явилися «коні і люди паперові, озброєні і позолочені», вороги злякалися небаченого видовища і розбіглися.

У 18 столітті повітряні змії починають використовувати в наукових цілях. Так, в 1749 році англієць Вільсон підняв на змії термометр і зміряв температуру купчастих хмар. Американський вчений Бенджамин Франклін за допомогою повітряних зміїв дослідив блискавку і визначив її електричну природу. Він же винайшов громовідвід. Блискавку вивчав і великий вчений Михайло Ломоносов. У 1873 році на повітряному змії піднімався винахідник літака Можайський, а до нього - французький моряк Ле-Брі. Через 20 років австралієць Харгрейв створив змія без хвоста у вигляді коробки. Коробчаті повітряні змії використовувалися для вивчення атмосфери на великій висоті. Винахідник радіо Олександр Попов на змії піднімав антену. Військові відомства різних країн теж цікавилися коробчатими зміями. У 1899 році на маневрах Київського військового округу піднявся в повітря потяг з декількох зміїв з кабіною для спостерігача. Під час війни 1914 року спостерігачі коректували вогонь артилерії, піднімаючись при сильному вітрі на висоту до 800 метрів. У далекій холодній Антарктиді повітряні змії піднімали різні наукові прилади до 1000 метрів.

Чому літає повітряний змій? Що і як піднімає на значну висоту його разом з великим вантажем? На ці і безліч інших складних і цікавих питань відповідає наука аеродинаміка. Назва походить від двох грецьких слів: «аер» - повітря, і «динаміс» - сила. Аеродинаміка вивчає сили, що виникають при русі тіл в повітрі. І ми, як і всі учені, конструктори, винахідники, що працюють над створенням літаків, вивчатимемо ці сили.

Зробимо простий повітряний змій. Аркуш зошита розмітимо, як на рис.1. З розміченої заготівки виріжемо крило змія. У місці перетину діагоналей одержаного чотирикутника приклеїмо тонку нитку – леєр, завдовжки близько 1 метра, а до заднього гострого кута крила - стрічку хвоста, розміром 600х15 мм, склеєну із смужок такого ж паперу.

Пройдемо по кімнаті, тримаючи леєр в піднятій руці. Змій злетів! Збільшимо швидкість - змій піднявся вище. Що підняло змія? Адже ми тягнемо його тільки вперед, а він ще і піднімається! Учені давно зрозуміли, що це діють аеродинамічні сили. Крило нашого змія - плоска пластина. Спостерігаючи за польотом змія збоку, відмітимо, що площина летить з підведеним носом під деяким кутом до напряму руху. Цей кут називається кутом атаки. Похила площина відкидає з деякою силою вниз повітря, що зустрілося на її шляху. Але і повітря, чинячи опір, з такою ж силою штовхає крило вгору. Ця сила називається підйомною силою крила.

Величина підйомної сили залежить від кута атаки, від розмірів крила, від швидкості потоку повітря, обтікаючого поверхню. Чим більші площа крила і швидкість потоку, тим більше підйомна сила. Ця аеродинамічна сила протидіє вазі змія, тобто силі, з якою наша планета Земля притягає до свого центру абсолютно всі тіла. Якщо змій летить стійко на одній висоті, то це означає, що він зроблений правильно, що всі сили, що діють на нього, урівноважені і підйомна сила по величині рівна вазі змія з хвостом і леєром. Легко помітити, що неміцне паперове крило у польоті згинається. Із збільшенням швидкості росте підйомна сила, що відгортає вгору кінці крила. Щоб змій не «склав крила» і міг піднятися вище, збільшимо жорсткість крила, приклеївши поперек крила зверху тонку соломинку (від віника) або вузьку смужку пінопласту завдовжки близько 120 мм. Ця деталь називається лонжерон.

Наступний повітряний змій зробимо у вигляді птаха і замість стрічки приклеїмо на пташиний хвіст киль, потрібний для прямолінійного польоту.

Повітряні змії роблять з різних матеріалів, різних розмірів і конструкцій, від простих до складних з безліччю різних деталей. Зміям надають будь-які контури від простих квадратів і кругів до птахів і фантастичних звірів і навіть кораблів і будинків. Їх сполучають в довгий потяг і піднімають прилади і фотоапарати. З ними просто розважаються і ними прикрашають свята. Але якість змія, його політ залежать не від фантазії винахідника, а від знання властивостей матеріалів і законів фізики, частиною якої є наука аеродинаміка, що дозволила людині підкорити повітряний океан.