Top.Mail.Ru
проектная сессия команды НИОКР
ВИНТ ГЕРОНА: АНТИЧНЫЙ ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ
Проект поддержан грантом Министерства науки и высшего образования РФ на проведение молодежного научного фестиваля “Гравитация будущего” в 2026 году.
наука в технологиях
серия научных популяризационных интерактивов
Инженер-теплоэнергетик
Специалист по атомным электростанциям
Это специалист, который проектирует, обслуживает и управляет оборудованием тепловых и атомных электростанций. Именно он отвечает за то, чтобы тепло от сжигания топлива или ядерной реакции превращалось в электричество. В основе работы любой ТЭС и АЭС лежит тот же физический процесс, который участники увидят в эксперименте: нагретый теплоноситель (вода, пар или воздух) поднимается вверх и приводит в движение турбину. Понимание конвекции – база для всей тепловой энергетики, от работы парогенератора до систем охлаждения реактора.
ИНЖЕНЕР-КОНСТРУКТОР
Творец формы. Он сидит в CAD-системах (Например, Компас-3D) и создаёт трёхмерные модели лопаток, ротора, корпуса турбины. Он рассчитывает геометрию так, чтобы пар попадал на лопатки под правильным углом, а прочность деталей выдерживала центробежные силы и температуру. В его работе сочетаются инженерная физика, пространственное мышление и художественный вкус.
Научное направление профессии
Техническая термодинамика: тепловые двигатели и энергетические установки
Научные законы, инструменты и методы
Архимеда для газов
Отвечает за создание восходящего потока воздуха. Без него спираль не сдвинется с места.
Закон теплового расширения газов (уравнение Клапейрона – Менделеева)
Показывает количественную связь между нагревом и изменением плотности воздуха. Объясняет, почему горячий воздух «легче» холодного.

Закон конвективного теплообмена (закон Ньютона – Рихмана)
Отвечает за скорость, с которой нагревается воздух и спираль. Чем больше разница температур между пламенем и окружающей средой, тем интенсивнее идёт теплообмен.
Механический момент силы (момент импульса)
Отвечает за превращение вертикального движения воздуха во вращательное движение спирали.
Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии)
Баланс энергии в системе. Никакая энергия не берётся из ниоткуда и не исчезает – она только переходит из одной формы в другую.
Закон Бернулли (для движущихся потоков жидкости и газа)
Отвечает за ускорение потока в узких каналах между витками спирали, что добавляет энергии вращению.
Развиваемые компетенции
Знания, умения, навыки, или типы мышления, характерные для научной деятельности
  • Основные понятия аэродинамики
  • Умение анализировать информацию и выделять главное
  • Аналитическое, критическое и поисковое мышление
  • Умение применять основы аэродинамики к созданию формы и размера крыльев, общей конструкции планера
  • Умение работать с цифрами и фактами
    .
Вы когда-нибудь задумывались, как пар, вода или просто горячий воздух заставляют работать огромные машины?Как тепловая энергия превращается в механическую работу – движение, которое крутит колёса, турбины, винты?
В центре нашего интерактива – удивительно простой опыт. Бумажная спираль, подвешенная над обычной свечой, начинает вращаться сама собой. Без проводов, без батареек, без сложных механизмов. Почему это происходит? Потому что холодный и горячий воздух ведут себя по-разному. Горячий воздух легче и всегда стремится вверх – так возникает конвекция!

Этот же принцип лежит в основе настоящих паровых турбин на электростанциях, реактивных двигателей самолётов и систем охлаждения мощных компьютеров. По сути, вы своими руками соберёте простейшую модель теплового двигателя – устройства, которое превращает тепло в движение.

Предлагаем вам побыть в роли инженера-конструктора. Вы узнаете, как учёные «приручили» тепло и заставили его работать на человека. Соберёте свой двигатель из бумаги и свечи, проведёте эксперимент и увидите, как меняется скорость вращения в зависимости от разных условий. А главное – поймёте, как работают электростанции и почему в вашем доме есть свет.
Для кого научный интерактив?
Этот научный интерактив создан для школьников 7–11 классов, которые хотят понять, как наука помогает создавать настоящие технологии и устройства.

Он отлично подойдёт тем, кто:
  • Интересуется физикой и техникой, но хочет увидеть, как «скучные» формулы работают в реальной жизни
  • Любит что-то мастерить своими руками и проводить эксперименты
  • Хочет разобраться, как тепло превращается в движение – ведь это основа работы электростанций, турбин и двигателей
Если вам когда-нибудь было интересно, почему одни модели летают дальше, а другие – нет, или как вообще можно заставить вращаться турбину без мотора, – этот интерактив для вас. Здесь вы сможете на практике применить научные знания: соберёте тепловой двигатель из бумаги и свечи, проверите, как разные параметры влияют на его работу, и получите ответы на вопросы, которые обычно остаются за страницами учебника.
Состав научной команды
Интерактив проводится в игровом формате, где участники имеют роли, как в команде НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы).
Специалист, который отвечает за создание и доработку экспериментальной установки
Подробнее
Специалист, который изучает, как тепло влияет на движение воздуха и работу устройства
Подробнее
Специалист, который проводит замеры, фиксирует результаты и проверяет работу установки в разных условиях
Подробнее
Специалист, который собирает и анализирует данные экспериментов
Подробнее
Для работы вам понадобится
  • Бумага плотная

  • Шпажка

  • Ножницы канцелярские

  • Кусачки

  • Нитка или тонкая леска

  • Свеча-таблетка

  • Иголка

  • Стакан

  • Соль

  • Зажигалка или спички

  • Скотч прозрачный

  • Перчатки хлопчатобумажные

Полезные материалы
Изучите и скачайте нужные для интерактива материалы по ссылкам ниже
План работы команды НИОКР
3 минуты
3 минуты
Вступление и мотивация
Кратко объяснить, что участник сегодня – физик-экспериментатор, который впервые проверяет древние гипотезы опытом. О чём интерактив: почему нагретый воздух поднимается? Что такое конвекция?

Необходимы: проектор для показа лэндинга
5 минут
5 минут
Мини-лекция: от Аристотеля к газам
Зарубежные учёные:
  • Бенджамин Томпсон (граф Румфорд) – конец XVIII века. Первым описал явление конвекции. Наблюдал, что при нагревании жидкости или газа их слои перемешиваются за счёт разной плотности. Считается одним из основоположников термофизики.
  • Анри Бенар – 1900 год. Экспериментально описал конвекцию в тонком слое жидкости и обнаружил ячеистую структуру (ячейки Бенара) – упорядоченные шестиугольные ячейки, возникающие при нагреве снизу.
  • Лорд Рэлей (Джон Уильям Стрэтт) – 1916 год. Разработал математическую теорию возникновения конвекции. Вывел критерий (число Рэлея), который определяет, начнётся ли конвекция в нагреваемом слое жидкости или газа.

Российские учёные:
  • Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765), российский ученый. Создал корпускулярно-кинетическую теорию тепла, согласно которой теплота – это вращательное движение мельчайших частиц вещества. Объяснил теплопроводность, плавление, испарение. Предвосхитил понятие абсолютного нуля. Отвергал теорию «тепловой материи» (теплорода) и доказал, что холод – это просто низкая температура, а не отдельная субстанция.
  • Алексей Васильевич Лыков (1910–1974), советский учёный. Создал теорию тепломассопереноса, объединившую перенос тепла и влаги в капиллярно-пористых телах. Его работы лежат в основе сушки строительных материалов, пищевых продуктов, древесины и расчёта теплоизоляции зданий. Основал белорусскую научную школу теплофизики.

Необходимы: проектор для показа лэндинга
3 минуты
3 минуты
Демонстрация (мини-опыт ведущего)
Показать готовую спираль на иголке, поднести свечу – спираль вращается. Вопрос: «Изменится ли скорость, если отодвинуть свечу?» – рождаем гипотезу.
Где применяется: инженер-теплотехник (вентиляция), авиаконструктор (охлаждение, потоки), метеоролог (циркуляция атмосферы), архитектор (естественная вентиляция), технолог пищепрома (конвекционные печи), энергетик (градирни).

Необходимы: готовый образец, свеча, секундомер, слайд с законами и профессиями.
2 минуты
2 минуты
Инструктаж и раздача материалов
Пошагово:
  1. Стакан + шпажка
  2. Игла скотчем к верхушке шпажки
  3. Вырезать спираль
  4. Насадить на остриё
Безопасность: не наклоняться над свечой, зажигать под присмотром, пламя не касается бумаги.

Необходимы: комплект на команду (стакан, шпажка, игла, скотч, шаблон спирали, ножницы, свеча-таблетка), столы.
7 минут
7 минут
Сборка конструкции
Участники собирают держатель (шпажка в стакане, игла сверху скотчем), вырезает спираль, насаживает на иглу. Проверяет лёгкость вращения. Ведущий помогает.

Необходимы: комплекты материалов, ножницы.
5 минут
5 минут
Эксперимент: замеры на 3 высотах
Участник зажигает свечу. 3 серии замеров: высота спирали над пламенем – 5 см, 8 см, 15 см. На каждой высоте – 2 замера по 20 с, считает обороты. Фиксирует в таблицу. Высота меняется движением свечи по столу.

Необходимы: свеча, секундомер (телефон), бланк с таблицей.
3 минуты
3 минуты
Анализ и вывод
Участник смотрит на какой высоте оборотов больше? Формулирует вывод: скорость вращения обратно пропорциональна высоте – чем ближе к пламени, тем горячее воздух, меньше плотность, больше подъёмная сила.
2 минуты
2 минуты
Итоговая рефлексия
Что нового узнал? Удивило? Как опыт связан с реальной наукой (вентиляция, метеорология, авиация)?
Этапы работы по изготовлению планера
Этап 1. Подготовь рабочее место и собери держатель
Подготовь рабочее место
Положи перед собой на стол:
  • стакан (200–250 мл)
  • деревянную шпажку (длиной ~20 см)
  • швейную иглу
  • скотч
  • распечатанный шаблон спирали (цветной или ч/б)
  • ножницы
  • свечу-таблетку
  • зажигалку или спички (у ведущего)
Убери со стола всё лишнее. Проверь, что стол устойчивый, рядом нет бумаг и штор.

Собери держатель
  • Воткни шпажку в стакан с солью тупым концом вниз – стакан будет основанием.
  • Возьми иглу и примотай её скотчем вдоль верхней части шпажки так, чтобы остриё иглы смотрело строго вверх и выступало на 1–2 см за край шпажки.
  • Проверь: конструкция стоит ровно, игла не шатается и не согнута.
Этап 2. Вырежи и установи спираль
Вырежи спираль
  • Возьми лист с шаблоном спирали.
  • Начни резать ножницами от внешнего края спирали.
  • Аккуратно двигайся по круговой линии к центру.
  • В центре оставь небольшой кружок диаметром ~1 см – на него будешь насаживать спираль на иглу.
  • Следи, чтобы разрез был ровным, без рывков и заусенцев.
Насади спираль на иглу
  • Найди центр кружка на спирали.
  • Аккуратно наколи его на остриё иглы.
  • Расправь спираль руками – она должна висеть горизонтально, не касаться шпажки, не быть перекошенной.
Проверь лёгкость вращения
  • Слегка дунь на спираль. Она должна легко закручиваться от малейшего движения воздуха.
  • Если заедает – подогни центр спирали пальцами или замени иглу на более острую.
Этап 3. Установи свечу и проведи эксперимент
Поставь свечу
  • Поставь свечу-таблетку на стол строго под центром спирали.
  • Убедись, что она стоит устойчиво.
  • Зажги свечу или попроси взрослого
  • Расстояние от пламени до спирали – примерно 3–5 см.

Проведи эксперимент
  • 3 высоты × 2 замера
  • Возьми телефон с секундомером и ручку с бланком.
Схема замеров:
  1. Высота 5 см. Перемести свечу так, чтобы спираль оказалась на высоте 5 см от пламени. Включи секундомер на 20 с и считай обороты спирали. Запиши результат в колонку «Замер 1». Повтори ещё раз – запиши в «Замер 2».
  2. Высота 8 см. Опусти свечу (или подними держатель), чтобы расстояние стало 8 см. Снова сделай 2 замера по 20 с. Запиши.
  3. Высота 10 см. Повтори процедуру для высоты 10 см.
Этап 4. Заверши опыт и сформулиру выводы
Заверши опыт
  • Накрой свечу стаканом или колпачком – она погаснет без кислорода.
  • Сними спираль с иглы.
  • Разбери держатель: отмотай скотч, вынь иглу.
  • Результат: рабочее место убрано, участник уходит с сувениром-спиралью.

Сформулируй вывод
  • Посчитай среднее арифметическое для каждой высоты (сложи два замера и раздели на 2).
  • Сравни три числа. На какой высоте оборотов больше всего?
ФИНАЛ
Ваш эксперимент завершен!
Поздравляем! Желаем дальнейших успехов в других наших интерактивах.
Вопросы для обсуждения
Ниже приведены примерные вопросы для рефлексии, которые помогут связать научную тему с технологией, практическими навыками и самореализацией
Разработчики
  • Соловий Екатерина
    Педагог дополнительного образования
  • Алина Цвигун
    Методист
  • Люмила Ларина
    Научный координатор