降落伞的原理

物理调查报告

——降落伞

一、降落伞的原理

降落傘是利用空氣阻力，使人或物從空中緩慢向下降落的一種器具。它是從雜技表演開始發展起來的，隨著人類航空事業的發展，後來用作空中救生，進而用於空降作戰。

在國外的一些軍事書刊中，會看到不少這樣的評述：“象火藥一樣，降落傘也是從中國傳來的”。降落傘起源於中國。

早在西元前一百年西漢時代的《史記•五帝本紀》中，就有降落傘原理應用的記載。史學家司馬遷在他的著作中寫道：“使舜上塗廩，瞽叟從下縱火焚廩。舜乃以兩笠自杆而下，得不死。”他敍述的故事是，上古時代，有個叫舜的人，有次上到糧倉頂部，瞽叟從下麵點起了大火，舜利用兩個斗笠從上面跳下，沒有被燒死。這是人類最早應用降落傘原理的記載。相傳西元1306年前後，在元朝的一位皇帝登基大典中，宮廷裏表演了這樣一個節目：雜技藝人用紙質巨傘，從很高的牆上飛躍而下。由於利用了空氣阻力的原理，藝人飄然落地，安全無恙。這可以說是最早的跳傘實踐了。日本1944年出版的《落下傘》一書寫到了這件事，書中介紹說：“由北京歸來的法國傳教士發現如下文獻，1306年皇帝即位大典中，雜技師用紙做的大傘，從高牆上跳下來，表演給大臣看。”1977年出版的《美國百科全書》中也寫到：“一些證據表明，早在1306年，中國的雜技演員們便使用過類似降落傘的裝置。”這個跳傘雜技節目後來傳到了東南亞的一些國家，不久又傳到了歐洲。到17世紀，各種各樣的跳傘雜技表演在歐洲各國盛行一時，傘也由紙質改成布質、綢質，形狀由圓形改成多樣形。

18世紀30年代，隨著氣球的問世，為了保障浮空人員的安全，雜技場上的降落傘開始進入航空領域。據國外資料介紹，當時有人製成一種綢質硬骨架的降落傘，以半張開狀態放置在氣球吊籃的外面，傘衣底下帶有傘繩，系在人的身上，如果氣球失事，即乘降落傘落地。這可能是最早用於航空活動的降落傘。飛機問世後，為了飛行人員在飛機失事時救生，降落傘又有了進一步改進，1911年出現了能夠將傘衣、傘繩等折疊包裝起來放置在機艙內，適於飛行人員使用的降落傘，這種降落傘於1914年開始裝備給轟炸機的空勤人員。然而最初的降落傘很不完善，最大的缺點是穩定性差，人員下降時搖擺得非常厲害，猶如蕩秋千，著陸時常常摔傷。在一次熱氣球飛行事故中，一名英國人跳傘逃生，不料降落傘頂端被火燒了大洞。這個英國人嚇壞了，以為自己將直摔地面，必死無疑。沒想到，他並沒有直摔下去，只是下降的速度快了一些。尤其沒有想到的是，降落傘竟變得“聽話”起來，既不搖也不擺，十分平穩。

科學家們從中受到啟發，終於明白了過去降落傘不穩定、搖擺的原因：一是降落傘下降時，傘衣周圍的氣流猛烈分離，使傘衣上的壓力分佈不均勻，傘衣內外的壓力差懸殊，就如同反扣的碗在水中下沉一樣。二是傘衣的形狀不合適，不能很好地發揮作用。於是，設計師們首先在降落傘頂端開出一些洞來，作為排氣孔，以此調節傘衣內外的壓力差，從而消除降落傘下降時的搖擺現象，同時對傘衣乃至整個降落傘的結構進行了改造，使跳傘員易於操縱。從此，降落傘的安全性和實用性大大提高。

以後，隨著運輸機的出現，降落傘得到進一步改進，逐步為軍隊大量廣泛使用降落傘種類很多，用途不一，但都要求具有輕薄、柔軟、強質比（強度／質量）

高、一定的伸長度、透氣性、較高的抗撕裂強度、抗灼傷、耐老化和防黴變等性能。

降落傘的主要組成部分有傘衣、引導傘、傘繩、背帶系統、開傘部件和傘包等。由降落傘綢（早期曾用絲綢、棉布、現用錦綸織物製作）、傘繩、傘帶和傘線等紡織材料以及部分金屬件及橡膠塑膠件構成。傘繩採用空芯或有芯的編織繩，要求結構緊湊、強度高、柔軟、彈性好、伸長不勻率小。傘帶用作傘衣加強帶和背帶系統。傘繩是傘衣的骨架，要求具有輕薄、柔軟、強度高、有較高的彈性模量和小於傘衣織物的斷裂伸長等性能。傘帶採用雙層或三層織物的厚型帶，要求具備很高的強度和斷裂功。傘線是縫合降落傘綢、帶、繩各部件的連接材料，要求強度高、潤滑好和撚度均勻穩定。

降落伞是利用空气阻力，依靠相对于空气运动充气展开的可展式气动力减速器，使人或物从空中安全降落到地面的一种航空工具。主要由柔性织物制成。是空降兵作战和训练、航空航天人员的救生和训练、跳伞运动员进行训练、比赛和表演，空投物资、回收飞行器的设备器材。

二、降落伞的分类

随着高科技的不断发展，降落伞作为一种空中稳定减速器，已发展成为独立的体系。由于降落伞使用范围广，种类多，分类方面也各不相同。如按使用对象来分：可分为航空兵用伞（救生伞、训练伞、刹车伞等）；空降兵用伞（伞兵伞、特种专用翼伞、工作伞、备份伞。投物伞等）；防空兵用伞（航空照明弹伞、炮兵照明弹伞等）；尖端配套用伞（导弹回收伞、火箭回收伞、宇宙飞行用伞等）；民用伞（运动伞、空脱伞、牵引升空伞、表演伞等）。也有按结构形状把降落伞分为方形、圆形、翼型、双锥形、带条形、导向面型以及旋转型等等。

根据降落伞的用途和特点，把它概括为四大类：

1．人用伞。供人员从空中返回地面使用的降落伞。包括各型伞兵伞、救生伞、运动伞。备份伞、空脱伞、训练伞、表演伞等。

2．投物伞。空投各种物资的投物伞、航弹伞等。

3．阻力伞。使用于各种飞机着陆刹车伞。

4．特种用途伞。根据特种专业需要而设计的反尾旋伞、水下用伞、稳定伞、布雷伞等。

三、《降落伞》课堂实录与评析

过程与方法

1、能够利用现有材料，设计并制作简易降落伞。

2、能够设计实验探究影响降落伞下降快慢的因素。

科学知识

1、知道降落伞缓慢下降的原因（增大空气阻力）

2、初步了解影响降落伞下降速度的原因。

情感态度与价值观

1、认识到科技发展对人类社会的促进作用。

2、具有合作与参与的意识、主动进行分享与交流的品质。

3、产生对科学问题进行反复尝试与探索的精神。

教学准备：

课件，大小不同的塑料布，绳子，大小不同的夹子，小刀，胶带纸等。

教学过程：

一、情境导入，认识降落伞

出示一瓶罐头牛奶。

师：如果直接从三楼掉下来，牛奶瓶会怎样？

生1：变形。

生2：牛奶会洒出来。

课件演示课前拍摄的实际情况：牛奶瓶变形了，且牛奶洒落了一地。

师：如果加上降落伞，又会怎样？（课件出示给牛奶瓶缚上降落伞的情形）生：牛奶不会洒。

生：牛奶瓶安然无恙

电脑出示：牛奶瓶在降落伞的作用下悠悠落下。

师：为什么会这样呢？

生：因为降落伞有阻力，使得牛奶瓶安全着落。

师：今天我们就来研究降落伞。（板书课题）

（评：情境的创设是科学课的开始，利用现代教育技术很好地让学生观察到受课堂限制而不易观察到的现象，从降落伞的作用导入更能激发起学生对它的研究兴趣。）

二、制作降落伞

师：（电脑呈现一个完整的降落伞）降落伞有几部分组成？

生：线和布。

师：降落伞主要有两部分组成，上面的布叫伞面，下面的线叫伞绳。

课件演示如何制作简易的降落伞。接着学生拿出桌下的材料制作降落伞。

小组选代表放飞降落伞。

师：从同一高度放飞，观察下降的速度是不是一样？

由于发给学生的伞绳长短、伞面大小、夹子轻重不一样，于是孩子们发现下降有快有慢。

再试放一次。

学生发现还是下降得有快有慢。

（评：预设是科学课中比较常见的一种教学方式，是与生成相辅相成的，我们一方面既要保证课堂探究的大方向，这就需要预设，另一方面我们也期望孩子们能够提出自己的问题按照自己独特的方式进行研究，这就需要生成。提供给孩子有结构的材料，这就是预设，这里的预设目的有二：一是为了让孩子们发现问题，降落伞下降的速度不一样；二是为了隐藏一些影响下降快慢的一些变量。）三、探究影响降落伞的下降快慢因素

师：为什么降落伞下降得有快有慢，这可能和它的什么因素有关？

小组讨论。

生1：与伞面大小有关。（板书：伞面大小）

生2：和夹子有关。

师：说具体一些。

生2：与夹子的重量有关。（板书：物体的重量）

生3：与伞绳有关。

师：与伞绳的什么有关？

生3：与伞绳的长短有关。（板书：伞绳长短）

生4：与阻力有关。