风筝的力学原理及制作.ppt

风筝的力学原理及制作 小组成员：陈发添 许富荣 张华 陈仙 丘梦岚 李丽顺 黄林燕 雷纤 包春花 风筝简介•风筝是我国最古老的一种民间艺术，放风筝是一项集休闲、健身及学习科学知识于一体的高雅娱乐活动，深受人民群众的喜爱，许多学校把“风筝的力学原理及制作”选为高中学生研究性学习的课题是非常恰当的•让我们从形状最基本的风筝说起最简单的应是平板状的方形风筝了，这种风筝一般用两根长度不同的提线固定在风筝中轴上下适当的位置，使风筝在空中与风向成一定的迎角，下方装有两根一定长度和宽度的尾条，如图1所示让我们来分析风筝是如何上升以及保持姿态稳定的 一、风筝的上升n n图图2 2是平板状的方形风筝在空中稳定时的受力示意图风吹在风是平板状的方形风筝在空中稳定时的受力示意图风吹在风筝表面上，产生一个垂直于风筝面的压力筝表面上，产生一个垂直于风筝面的压力F F，这个力可以分解为，这个力可以分解为水平方向的分力水平方向的分力F2F2和竖直方向的分力和竖直方向的分力F1F1F2F2的作用是使风筝远离，的作用是使风筝远离，F1F1的作用是使风筝上升，同理，风筝线的拉力的作用是使风筝上升，同理，风筝线的拉力T T也可以分解为水也可以分解为水平和竖直两个分力平和竖直两个分力T1T1、、T2T2。

G G为风筝的重力当风速较大时，压为风筝的重力当风速较大时，压力力F F较大，竖直方向满足较大，竖直方向满足F1F1＞＞T2+GT2+G即即F1-T2-GF1-T2-G＞＞0 0风筝上升此时风筝上升此时应该将风筝线放出，使水平方向满足应该将风筝线放出，使水平方向满足F2F2＞＞T1T1，风筝远离风筝上，风筝远离风筝上升到一定高度和距离，风筝线重力大大增加，使得拉力升到一定高度和距离，风筝线重力大大增加，使得拉力T T大大增大大增加，而且风筝和竖直方向的角度减小，使得分力加，而且风筝和竖直方向的角度减小，使得分力T2T2大大增加，当大大增加，当达到达到F1-T2-GF1-T2-G＝＝0 0时风筝就不再上升，而是稳定在空中风筝刚放时风筝就不再上升，而是稳定在空中风筝刚放飞时，地面附近风速常常较小，往往需要人为助跑来加大风的压飞时，地面附近风速常常较小，往往需要人为助跑来加大风的压力力F F以满足上升的条件，这里应用了相对运动的原理以满足上升的条件，这里应用了相对运动的原理 二、风筝姿态的稳定二、风筝姿态的稳定图图1 1所示的风筝如果没有尾条，在空中的姿态是很不稳定的，风筝面会以拉线方向为转动轴顺所示的风筝如果没有尾条，在空中的姿态是很不稳定的，风筝面会以拉线方向为转动轴顺时针或逆时针方向转动或摇摆，若提线位置系得不合适，使得风筝的重心落在转动轴的上方，时针或逆时针方向转动或摇摆，若提线位置系得不合适，使得风筝的重心落在转动轴的上方，风筝还会头朝下颠倒过来，迅速栽向地面上。

给平板状风筝加上适当重量、适当长度的尾条风筝还会头朝下颠倒过来，迅速栽向地面上给平板状风筝加上适当重量、适当长度的尾条是使风筝状态达到稳定的有效方法当风筝的是使风筝状态达到稳定的有效方法当风筝的身子转过一个角度时，尾条的方向由身子转过一个角度时，尾条的方向由于所受重力和风力的方向不变而保持于所受重力和风力的方向不变而保持不变，从而产生使风筝回复原来位置不变，从而产生使风筝回复原来位置的力矩，图的力矩，图3 3为顺着拉线方向正视风为顺着拉线方向正视风筝时的示意图，筝时的示意图，F1F1、、F2F2为重力和风产为重力和风产生的拉力的合力在风筝平面内的两个生的拉力的合力在风筝平面内的两个分力；分力；L1L1、、L2L2为二力到转动轴为二力到转动轴OO点的点的力臂，产生的回复力矩为力臂，产生的回复力矩为: :M=M1+M2=F1×L1+F2×L2M=M1+M2=F1×L1+F2×L2，可以看出，当风筝的身子偏转的角度在，可以看出，当风筝的身子偏转的角度在0 0—90—90范围内时，力范围内时，力臂臂L1L1、、L2L2随偏转角的增大而增大，从而保证了风筝姿态的稳定随偏转角的增大而增大，从而保证了风筝姿态的稳定。

保持风筝姿态稳定除了加尾条的方法外，还有利用类似于飞机垂直尾翼的原理，增加与风筝保持风筝姿态稳定除了加尾条的方法外，还有利用类似于飞机垂直尾翼的原理，增加与风筝平面垂直方向的平面垂直方向的投影面积的方法，其做法一般都采取使投影面积的方法，其做法一般都采取使风筝面翘起成孤形，如图风筝面翘起成孤形，如图4 4所示，所示，S1S1为为风筝有效的迎风面积，风筝有效的迎风面积，S2S2为等效的垂直为等效的垂直尾翼面积对飞机来说，当气流方向和尾翼面积对飞机来说，当气流方向和机身长度方向一致时，垂直尾翼的迎风机身长度方向一致时，垂直尾翼的迎风面积为零，不产生回复力矩；当机身由于不稳定因素而产生以通过质心的竖直轴线为轴的偏面积为零，不产生回复力矩；当机身由于不稳定因素而产生以通过质心的竖直轴线为轴的偏转时，垂直于尾翼的迎风面积就不为零，气流将产生垂直于尾翼面的压力，形成回复力矩，转时，垂直于尾翼的迎风面积就不为零，气流将产生垂直于尾翼面的压力，形成回复力矩，使机身回到原来位置同理，当风筝面以拉线方向为转动轴顺时针或逆时针方向转动或摇摆使机身回到原来位置同理，当风筝面以拉线方向为转动轴顺时针或逆时针方向转动或摇摆时，两侧空气将通过等效垂直尾翼面积产生对摇摆运动的阻力，同时迎面气流也将产生对垂时，两侧空气将通过等效垂直尾翼面积产生对摇摆运动的阻力，同时迎面气流也将产生对垂直尾翼面积的压力，前者使摇摆减缓，后者产生回复力矩。

当风筝在放飞时受到风力后风筝直尾翼面积的压力，前者使摇摆减缓，后者产生回复力矩当风筝在放飞时受到风力后风筝面会弯曲成弧形，称为软翅风筝；也有一些风筝在制作时，用线将风筝面事先拉成弧形，都面会弯曲成弧形，称为软翅风筝；也有一些风筝在制作时，用线将风筝面事先拉成弧形，都是利用上述原理使风筝姿态稳定是利用上述原理使风筝姿态稳定1、十字风筝、十字风筝这种风筝用横竖两根竹条做骨架，横竹条长约45cm，宽厚均匀3mm，两头可稍薄；竖竹条长约62cm，宽厚均匀为3.5mm蒙面材料可采用皮纸、塑料薄膜、尼龙绸等，若用纸质材料，应用细线包边，防止撕裂在尾部粘上用蒙面材料做成的宽4cm，长约2.4m的长尾条，再将横竹条背面用细线拉紧，使风筝面变成弧形， 以增加飞行的稳定性这种风筝姿态的稳定主要靠长长的尾条提线用两根，大致位置见图5(a)2、王字风筝n n这种风筝以用四根竹条扎成王n n字形而得名，基本结构如图5(b)n n所示；三根横向竹条长54.99cm（下方的一根也可略短），竖向竹条长50cm，4根竹条宽厚均为3.5mm左右，蒙面及两根尾巴的材料同十字风筝风筝的飞行稳定依靠两根长长的尾巴，可以将尾条尾端粘在一起，使在空中象只书包。

提线用两根，位置如图示3、三角风筝、三角风筝w这种风筝设计巧妙上，飞行状态象伞翼机，主要是靠风筝面向上拱起成弧形达到姿态稳定的［见图6（c）］该种风筝用宽厚各3.5mm的三根竹条做骨架，另用一根粗细相仿的弹性竹条做背面的撑杆，一般用尼龙绸做蒙面其设计巧妙之处，一是用布面代替提线，增大了等效垂直尾翼面积，增加了稳定性［图6(a)］；二是背面的弹性竹条可以随风力大小改变弯曲程度，从而改变风筝向拱起的程度，风力大时，需要较高的稳定性，弹性竹条就弯得厉害，风筝向上拱起的程度增大［图6(b)］，这种风筝的缺点是风力太大时背面撑杆会弯过头，使迎风面积大幅度减小，升力骤减，风筝会调头向下坠落，解决的办法是将背面撑杆改为稍短的无弹性硬杆，两端固定牢风筝的尺寸为：等腰三角形两根腰杆长85cm，中线杆长60cm，背面撑杆长度可试验决定，等腰三角形的底边靠尼龙绸自身的强度，也可加上几根短尾条作装饰制作风筝，同学之间进行比较，探究各自风筝的优点和改进方法做一做:•努力过才觉得快乐---许富荣•态度决定一切---张华•我参与我快乐—陈仙•尝试是学习的第一步---黄林燕•探究中得到的答案，比理论来的亲切---李丽顺•实践获得真知与快乐—陈发添•积极投入，快乐学习—丘梦岚•一分耕耘，一分收获—雷纤•理论来源于实践—包春花感悟。