Движение плиты гетинакса в воде

Движение плиты гетинакса в воде

Оборудование и материалы: Плита гетинакса (23 см * 26,5 см * 0,4 см), емкость с водой (ванна), секундомер, измерительная линейка, транспортир.

Цель работы: Описание движения тела в воде, опущенного в воду под углом к горизонту (поверхности воды) и объяснение этого движения на сонове законов динамики.

Теоретическая часть

При движении тел в жидкости возникают силы сопротивления. Происхождение этих сил можно объяснить двумя разными механизмами. При небольших скоростях, когда за телом нет вихрей (ламинарное течение, идеальное обтекание), сила сопротивления обуславливается только вязкостью жидкости. В этом случае прилегающие к телу слои жидкости движутся вместе с телом. Но граничащие с ними слои также увлекаются в движение силами молекулярного сцепления. Так создаются силы, тормозящие относительное движение твердого тела и жидкости.

Для описания любого движения необходимо применять законы Ньютона. Запишем 2-й закон Ньютона в векторной форме:

Рассчитать силу сопротивления можно следующим образом:
, где: - коэффициент сопротивления; - плотность среды, например, воды;- скорость движения тела; – площадь поверхности тела, подверженная сопротивлению (т. е.?)., Ссила направлена против движения тела, и продолжает свое действие вследствие движения слоев жидкости. Для плоской плиты Сd = 1,28.

Появление плеча силы в ходе погружения тела в воду под некоторым углом aа.

К рисункам нужны пояснения. Где угол a?

Вращательное движение тела в воде 1, в результате сопротивленияю движению и трения слоев жидкости.

Вращательное движение тела в воде 2, в результате сопротивлению движению и трения слоев жидкости.

Прямолинейное, неравномерное движение тела в жидкости опущенного под углом а=0о

Рассчитаем FA:

, где pr – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения,

- Vобъем погруженной части тела. FA направлена перпендикулярно к поверхности жидкости (параллельно Fтяж тела, но в противоположном направлении)

Получим:

. (неверно)

Так как Fсопр. зависит от скорости тела, а движение с ускорением, то тело движется с изменяющимся ускорением. Также при погружении объемного тела в воду под некоторым углом, отличным от 00 и 900, тела совершает вращательное движение, в связи с тем, что точки приложения сил FA, Fсопр и Fтяж – различны - сила тяжести приложена к центру тела, а силы FA, Fсопр – к подводной части тела (плиты гетинакса) (а после того, как вся пластина окажется под водой?).

Текст идентичен с текстом Сардаева???

Практическая часть

1)  Наполнил водой емкость до высоты h = 20 см;

2)  Пустил плиту гетинакса в воду под некоторым углом 0 , измеренным транспортиром приблизительно, к поверхности воды, запустил секундомер.

3)  Пронаблюдал за движением плиты гетинакса в жидкости.

4)  Когда плита коснулась дна емкости, остановил секундомер, записал время t.

5)  Провел серию экспериментов, вывел среднее значение времени.

6)  Провел серию экспериментов при различных углах к горизонту.

7)  Изменил высоту жидкости до H = 30 см.

8)  Провел вторую серию экспериментов с плитой гетинакса.

9)  По полученным данным составил таблицу зависимости времени погружения тела (плиты гетинакса) в воду от угла и уровня налитой в емкость жидкости.

, где n - количество экспериментов, а t1 – tn - время, за которое тело опускалось на дно в каждом эксперименте.

Сколько было измерений при одних и тех же значениях Н и a?

Таблица зависимости времени погружения тела (плиты гетинакса) в воду от угла и уровня налитой в емкость жидкости

H, см	,
20	60	5,04
45	5,25
30	5,43
90	0,52
30	60	5,61
45	5,78
30	6,09
90	0,63

Имеет смысл построить графики.

Вывод

В результате работы описал движение тела (плиты гетинакса) в воде (это не вывод).

Выяснил, что ускорение тела движущегося в воде, непостоянно.

Установил, что тело, опущенное в воду под некоторым углом, отличающимся от 0, будет совершаеть вращательное (чисто вращательное?) движение, а тело, опущенное воду под углом а=0о будет совершать прямолинейное неравномерное движение.

Оценки: эксперимент – 4, теория – 4-. Имеешь возможность улучшить обе оценки.