PBL ataskaita. Roziere balionas

Ištrauka

Fizika 1 Roziere balionas
P190B101 Fizika 1 probleminė užduotis 3

Turinys
Santrauka 3
Įvadas 4
1. Tvarkaraštis 5
2. Problemos sprendimo būdų ir metodų apžvalga 6
3. Fizikinių dėsnių taikomų problemos sprendimui aprašymas 9
4. Laboratoriniai darbai: fizikinių dėsnių iliustracija 10
4.1 Pirmas laboratorinis darbas. “Kietojo kūno temperatūrinio ilgėjimo koeficiento nustatymas” 10
4.2 Antras laboratorinis darbas. „Oro molinių šilumų santykio CPCV nustatymas” 12
5. Probleminio uždavinio rezultatai 14
Išvados 18
Literatūros sąrašas 19
Priedai 20

Santrauka
Šios probleminės užduoties tikslas – suprojektuoti Roziere tipo karšto oro balioną, kuris galėtų
pakilti į 10 kilometrų aukštį, kai įrenginio masė (be oro ir dujų) siekia 2000 kg. Projekto pradžioje
buvo aptarti įvairių tipų balionai, jų privalumai ir trūkumai. Problemai spręsti pasirinktas Roziere
tipo balionas, kuris sujungia tiek dujų baliono, tiek karšto oro baliono privalumus – leidžia taupyti
kurą ir ilgam laikui išlaikyti skrydį. Buvo taikomi šiluminės plėtimosi ir dujų molinių šilumų
santykio nustatymo eksperimentai, siekiant suprasti oro plėtimosi dėsnius ir jų įtaką baliono
skrydžiui. Skaičiavimų metu nustatyta, kad, siekiant pakilti į 10 km aukštį, baliono viduje oro
temperatūra turi siekti apie 120 °C. Taip pat nustatyta, kad kylant pastoviu greičiu baliono kupole
esančio oro masė palaipsniui mažėja dėl mažėjančio tankio. Projekto metu buvo apskaičiuotas
optimalus helio rezervuaro tūris, reikalingas norint sumažinti kuro sunaudojimą ir palaikyti
pakilimą. Sprendimas grindžiamas Archimedo jėga, dujų plėtimosi dėsniais ir termodinaminiais
procesais. Gauti rezultatai yra logiški ir pagrįsti, o projektas leido pagilinti žinias apie fizikinius
procesus bei jų praktinį taikymą.

Įvadas
Šiais laikais orų balionų skrydžiai yra viena iš populiariausių pramogų. Žmonės renkasi keliones
balionais dėl nepakartojamų vaizdų ir sklandaus, mažai rizikingo skrydžio virš Žemės. Tačiau tiek
dujų, tiek karšto oro balionai turi savų pranašumų ir trūkumų. Dujų balionai, pripildyti
lengvesnėmis už orą dujomis, pavyzdžiui, heliu ar vandeniliu, negali būti valdomi – jų judėjimo
kryptį lemia vėjas. Tuo tarpu karšto oro balionai leidžia reguliuoti aukštį, tačiau jų skrydžio trukmė
yra ribota dėl didelio kuro sunaudojimo. Dėl šių trūkumų oro balionais sudėtinga skristi didelius
atstumus. Norint išspręsti šią problemą, buvo sukurti Roziere tipo balionai, kurie turi ir dujų, ir
karšto oro balionų privalumus. Roziere balione naudojama tiek dažniausiai helio, tiek karšto oro
talpa – toks sprendimas leidžia sumažinti kuro sąnaudas ir užtikrinti ilgą skrydį su galimybe valdyti
baliono kilimo aukštį. Vienas ryškiausių Roziere balionų pasiekimų – 1999 metais Bertrand Piccard
ir Brian Jones apskrido aplink pasaulį su „Breitling Orbiter 3”, skrydis truko beveik 20 parų. O
mūsų grupės probleminė užduotis buvo suprojektuoti Roziere tipo karšto oro balioną, galintį pakilti
į 10 kilometrų aukštį, kai bendra įtaiso masė (be viduje esančio oro ir dujų masės) yra 2000
kilogramų. Šios problemos sprendimas yra svarbus, nes teisingai parinkti baliono parametrai leis
užtikrinti sklandų pakilimą, skrydį ir kuro taupymą. Motyvacija sprendžiant užduotį - siekis
suprasti, kaip baliono konstrukcija ir veikimas susiję su fizikiniais reiškiniais, tokiais kaip
Archimedo jėga, dujų plėtimosi dėsniai ir šiluminiai procesai. Problemai išspręsti keliami šie
uždaviniai: nustatyti optimalų dujų ir karšto oro rezervuarų tūrį, apskaičiuoti, kaip turi kisti baliono
viduje esančio oro temperatūra, kad balionas kiltų pastoviu greičiu, nustatyti temperatūrą kupolo
viduje pasiekus 10 kilometrų aukštį bei išanalizuoti, kaip kinta baliono kupole esančio oro masė
kylant.