Název: Letectví – Rozmrazování letadla Témata: povrch a objem, rozměry, váha, hustota, bod Čas: 90 minut mrazu kapalin
Vek: 13-14
Diferenciace:
Instrukce, ICT podpora atd.:
Vyšší úroveň: diskuze na téma chemických procesů při snižování bodu tání ledu
Doporučujeme, aby tato výuka proběhla za spolupráce učitele matematiky a chemie.
Nižší úroveň: modelování povrchu letadla za použití geometrických tvarů v pracovním listu 1 můžeme zjednodušit
Pokud je to možné, můžeme přinést do hodiny model letadla, abychom přímo na modelu letadla (nikoliv na náčrtech) demonstrovali, které části letadla mohou být pokryty ledem.
Pomůcky:
Výstupy této aktivity:
Pracovní listy
Studenti by měli pochopit, proč je nutné letadla rozmrazovat
Volitelné: model letadla Volitelné: počítač vybavený GeoGebrou
Požadované znalosti: výpočet povrchu válce pojem hmoty a hustoty pojem modifikování bodu mrazu kapalin míchání chemikálií
Bezpečnost:
Studenti by měli být schopni modelovat a vypočítat nebo odhadnout povrch složitých předmětů. Studenti by měli být schopni vypočítat hmotnost ledu nebo sněhu na letadle. Studenti by měli být schopni pojmenovat výhody a nevýhody různých rozmrazovacích kapalin a dalších rozmrazovacích metod.
Popis hodiny Úvodní aktivita Začněte otázkou: “Kdo již někdy letěl letadlem? ”, “Kdo již viděl, jak se rozmrazuje letadlo?”, “Proč si myslíte, že je to důležité? ” atd. Nebo můžeme hodinu zahájit videem na téma rozmrazování letadla. Hlavní aktivita Studenti vytvoří dvojice nebo skupiny po třech. Každá skupina dostane pracovní list 1 a vypracuje jej pod dohledem učitele matematiky. Následuje krátké porovnání výsledků. Dvojice/ skupiny poté obdrží pracovní list 2 a zpracují zadání pod dohledem učitele chemie. Následně opět dojde ke krátkému srovnání výsledků. Závěrečná aktivita Pracovní list s otázkami použijí učitelé matematiky i chemie v závěrečné aktivitě. Celé téma uzavřou rozumnými otázkami. Vše můžeme promítnout na plátno nebo bílou tabuli.
Letectví – Rozmrazování letadla Pracovní list 1
Scény jako je tahle se v zimě odehrávají na mnohých letištích. Letadla jsou rozmrazována, tzn. vrstva ledu (případně sněhu) je odstraňována z křídel letadla (někdy také ze směrových kormidel nebo dalších řídících prvků), obvykle za použití chemických prostředků. Proč však je důležité letadla rozmrazovat? Úkol 1: Níže naleznete rozvržení Airbusu 330-300. Využijte obrázek k odhadu povrchu křídel (diagram lze také importovat do GeoGebry a změřit povrch křídel zde), a celkový povrch letadla (trup letadla můžete považovat za válec; nezapomeňte připočítat spodní část křídel). Úkol 2: Jak těžká by byla 5cm vrstva sněhu (hustota nového sněhu je přibližně 100 kg/m3) na obou křídlech? Úkol 3: V chladném počasí může být celý povrch letadla pokryt vrstvou ledu. Předpokládejme, že tato vrstva je 1 mm silná. Odhadněte, kolik váží tato vrstva, poté použijte výsledky z úkolu 1 a vypočítejte váhu vrstvy ledu (standardní hustota ledu je 916.7 kg/m3). Poznámka: Hlavní nebezpečí však netkví v hmotnosti ledu, ale z faktu, že negativně ovlivňuje aerodynamické vlastnosti letadla. I tenká vrstva ledu (0.1 mm) na křídlech může snížit zdvih křídel o 30 %!
Letectví – Rozmrazování letadla Pracovní list 2
K rozmrazování komerčních letadel na zemi se obvykle používají chemické přípravky. Obvykle se využívají čtyři typy chemikálií. Všechny jsou směsí vody, glykolu (obvykle etylenglykolu nebo propylen glykolu) a nakonec zahušťovadlo v různých poměrech. Technicky je rozdíl mezi rozmrazováním (odstraňování ledu, který je již na letadle) nebo ochraně proti námraze (prevence hromadění nového ledu) a typ I se většinou používá pouze pro rozmrazování, zatímco zbylé tři typy mohou být použity pro rozmrazování i ochranu před námrazou. Úkol 1: Zjistěte bod mrazu směsi 20 % vody a 80 % propylen glykolu. Jedná se o typickou rozmrazovací kapalinu typu I. Má nízkou viskozitu a proto je užívána hlavně pro rozmrazování (odstraňování ledu, který je již na letadle). Úkol 2: Typická rozmrazovací kapalina typu IV se skládá z cca 49% vody, 50% glykolu a 1% zahušťovadla a několik dalších chemikálií. Jaký bude bod mrazu této směsi (můžete ignorovat 1% zahušťovadlo a další chemikálie)? Úkol 3: Chemická směs popsaná v úkolu 2 poskytuje velmi dobrou ochranu před hromaděním nového ledu na křídlech (má dlouhou dobu působení). Proč, dle vašeho názoru, tato směs není používána i přes její dobré ochranné vlastnosti? Úkol 4: Proč má směs 60:40 glykolu (bod mrazu –12 °C) a vody (bod mrazu 0 °C) nižší bod mrazu (–45 °C) než obě kapaliny? Poznámka: Zatímco ve vzduchu je naprostá většina letadel rozmrazována elektrickou cestou (u vrtulových letadel) nebo tepelným způsobem (u tryskových letadel; využívá horký vzduch z motorů, který je veden dutými kanály v křídlech). Elektrický způsob rozmrazování je
energeticky náročný, a proto je zřídka používán na zemi. Tepelný způsob rozmrazování nemůže být používán na zemi, protože by mohlo dojít k přehřátí křídel (neochlazoval by je žádný vzdušný proud).
Letectví – Rozmrazování letadel Otázky
Několik otázek k uzavření hodiny a zahájení diskuze. Otázka 1: Domníváte se, že je k rozmrazování někdy používána i horká voda? Kdy byste ji použili a proč? Otázka 2: Proč není běžný rozmrazovací prostředek – sůl- využíván častěji? Otázka 3: Předpokládejme, že je letadlo polovičních rozměrů (poloviční šířky i poloviční délky) Airbusu 330-300 z pracovního listu 1. Je pokryt 1 mm vrstvou ledu. Bude tato vrstva o polovinu lehčí, dvakrát těžší nebo o čtvrtinu těžší než vrstva ledu v úkolu 3 v pracovním listu 1? Otázka 4: Domníváte se, že k rozmrazování runwaye používají stejné rozmrazovací kapaliny? Otázka 5: Rozmrazovací kapaliny (směsi glykolu a vody) nejsou obvykle využívány v čisté podobě, ale jsou dále ředěny vodou. Proč by to někdo dělal?
