Муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей № 43»

Исследовательская работа.

Поведение шара в воде.

Выполнил:

Ученик 9 А класса

Чибиркин Владимир

Проверил:

Цель работы: исследовать поведение шарика в воде, описать и объяснить(!!!) полученные результаты.

Оборудование: шарик для игры в настольный теннис (полый пластмассовый шарик), ванна, заполненная водой, измерительная линейка.

Ход работы.

1) Наполняем ванну водой на высоту 15 см. На дно ванны помещаем и удерживаем рукой шарик. Отпускаем. Шарик всплывает и выскакивает из воды на высоту около 3 см. Затем он опускается обратно на поверхность воды, после чего совершает колебательные движения. Через некоторое время шарик перестает колебаться.

2) Уменьшаем глубину погружения шарика до 8 см (от центра шара). Отпускаем руку. Движение шарика аналогично его движению в первом опыте, но высота, на которую шарик поднимается над поверхностью воды, равна 4 см.

3) Увеличим глубину в ванной до 20 см. Поместим шарик на дно. Отпускаем. Шарик всплывает но не выскакивает из воды.

Положение шара в воздухе
 
 

Описание увиденных явлений.

Движение шара можно разделить на 4 этапа: движение в воде вверх, движение в воздухе вверх, движение в воздухе вниз, колебательные движения на поверхности воды.

1.Движение в воде вверх.

Шарик движется не равноускоренно (сначала ускорение увеличивается (разве?), затем уменьшается). Если FАрхимеда достаточно велика, чтобы преодолеть Fсопр. воды и силу поверхностного натяжения шарик выскакивает из воды.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

2.Движение в воздухе вверх.

Шарик движется равнозамедленно (если пренебречь силой сопротивления воздуха, которая мала из-за малых размеров шарика).

3.Движение в воздухе вниз.

Шарик движется равноускоренно (силой сопротивления воздуха пренебрежем) .

4.Колебательные движения на поверхности воды.

Шарик совершает колебательные движения (сила Архимеда и сила тяжести пытаются уравновесить друг друга).

Объяснение полученных явлений.

Данные:

m шарика =2 г

Rшара=2 см

воды = 1000 кг/м3

Vшара=33 см3

h(высота столба воды)=15 см

l(расстояние от центра шара до поверхности воды)=13 см

Найдем основные силы:

На первом этапе движения, шар движется под действием силы Архимеда (0,33Н). Движение не равноускоренное. Это происходит потому, что сила сопротивления воды (из расчета F арх-F тяж=0,31 Н силу сопротивления воды так расчитывать нельзя!) увеличивается вместе с увеличением скорости тела, от чего ускорение постепенно уменьшается. Далее шар выскакивает из воды и под действием силы тяжести (0,02Н) падает обратно на поверхность воды, погружается на небольшую глубину в воду. Снова всплывает и производит колебательные движения до тех пор, пока не успокоиться водная гладь.

Причина возникновения колебаний не рассмотрена.

Вывод.

В ходе этой работы было описано и обьяснено движения шарика в воде. Также была найдена зависимость глубина погружения шара от высоты его выскакивания из воды, чем меньше глубина шара, тем выше выскакивает он из воды. Это происходит из-за того, что сила сопротивления воды увеличивается при увеличении скорости шара и начинает его тормозить. Чем меньше глубина погружения шара, тем меньше упадет его скорость при движении в воде (но скорость постоянно увеличивается из-за действия силы Архимеда!?).

Могу добавить 0,5 балла за дополнительный эксперимент. Теория лучше не стала.