МОУ «Лицей № 43»
(естественно-технический)
«Падение конуса как физический процесс».
Выполнил:
Ученик 9А класса
Проверил:
Саранск 2010
Содержание:
Цель работы – стр 3
Оборудование – стр 3
Характеристики конуса– стр 3
Ход работы – стр 4
Теоретическая часть – стр 4
Практическая часть – стр 5
Погрешности– стр 11
Выводы – стр 12
Библиографический список – стр 13
Цель работы:
Цель работы состоит в том, что бы исследовать падение конуса с точки зрения физических процессов и подробно описать его падение.
Оборудование:
Конус из картона формата А4
Электронный секундомер телефона Sony Ericsson k790i (погрешность неизвестна, т. к. она не указана производителем телефона),
Измерительная линейка длиной 30 см (погрешность ±0,5 мм)
Рулетка строительная (погрешность ±0,5 мм)
Характеристики конуса:
Высота конуса = 190мм
Толщина картона = ¼ мм
Диаметр в основании = 50 мм
|
 | |
| |
| |
 | |
|
Ход работы:
Высота броска: 3м
Ветер отсутствует
t воздуха: ~16 °С
Начальное положение конуса:
Вершина направлена вверх, основание параллельно плоскости пола, начальная скорость равна 0 м/с, ускорение, переданное рукой конусу равна 0м/с.
Теоретическая часть:
Конус - Конусом (точнее, круговым конусом) называется тело, которое состоит из круга — основания конуса, точки, не лежащей в плоскости этого круга,— вершины конуса и всех отрезков, соединяющих вершину конуса с точками основания. Отрезки, соединяющие вершину конуса с точками окружности основания, называются образующими, конуса. Поверхность конуса состоит из основания и боковой поверхности.
- формула для расчета пути при равноускоренном движении
- формула для расчета пути и времени, в случае если Начальная скорость равна 0 м/с и ускорение свободного падения(g) равно ускорению a.
- формула для расчета времени падения конуса
Практическая часть:
Проведем 3 опыта с данным конусом.
Опыт №1
Отпускаем конус без придания ему ускорения. Конус летит вертикально вниз примерно 0,8 сек во время полета он разворачивается и падает на пол уже ребром. После удара скорость конуса упала до 0 м/с, т. к. механическая энергия превратилась во внутреннюю (конус деформировался в основании и слегка нагрелся) . На рисунке 2 представлены этапы падения конуса.
 | |
|
На первом изображении (Рис 2.1) конус находится в состоянии покоя вершиной вверх на высоте 3 м. После того, как его отпустили он начал падать вниз под действием силы тяжести.
Во время падения конус стал наклоняться вправо (Рис 2.2). Это можно объяснить тем, что сделанный нами конус не идеален и имеет определенные погрешности, полученные при производстве. Конус ребром касается земли (Рис 2.3) т. к в полете развернулся
После касания пола конус подпрыгивает на высоту примерно равную 10 мм (Рис 2.4) это можно объяснить силой упругости поверхности, на которую упал конус.
Ударившись о пол, снова конус замирает (Рис 2.5) и далее находится в состоянии покоя т. к сила тяжести и сила упругости уравновесили друг друга
Проведем еще 2 опыта падения конуса из такого же положения и запишем результаты в таблицу:
№опыта | S=h, м(путь пройденный конусом, высота, с которой брошен конус)* | m конуса, г (масса конуса) | t, c (время, которое конус находился в полете) | tср, с(среднее время 3 опытов) |
1 | 3 | 20 | 0,92 | ~0,91 |
2 | 0,93 | |||
3 | 0,9 |
Опыт №2
|
Отпускаем конус без придания ему ускорения. Конус летит вертикально вниз примерно 0,7 сек во время полета он разворачивается и падает на пол уже ребром. После удара скорость конуса упала до 0 м/с, т. к. механическая энергия превратилась во внутреннюю (конус деформировался в основании и слегка нагрелся) . На рисунке 3 представлены этапы падения конуса.
 |
На первом изображении (Рис 3.1) конус находится в состоянии покоя вершиной вниз на высоте 3 м. После того, как его отпустили он начал падать вниз под действием силы тяжести.
Во время падения конус стал наклоняться влево (Рис 3.2). Это можно объяснить тем, что сделанный нами конус не идеален и имеет определенные погрешности, полученные при производстве.
Конус ребром касается земли(Рис 3.3) т. к в полете развернулся
После касания пола конус подпрыгивает на высоту примерно равную 10 мм (Рис 3.4) это можно объяснить силой упругости поверхности, на которую упал конус.
Ударившись о пол, снова конус замирает (Рис 2.5) и далее находится в состоянии покоя т. к сила тяжести и сила упругости уравновесили друг друга
Проведем еще 2 опыта падения конуса из такого же положения и запишем результаты в таблицу:
№опыта | S=h, м(путь пройденный конусом, высота, с которой брошен конус)* | m конуса, г (масса конуса) | t, c (время, которое конус находился в полете) | tср, с(среднее время 3 опытов) |
1 | 3 | 20 | 0,78 | ~0.79 |
2 | 0,81 | |||
3 | 0,80 |
Опыт №3
Отпускаем конус без придания ему ускорения. Конус летит вертикально вниз примерно 0,9 сек во время полета он разворачивается и падает на пол уже вершиной. После удара скорость конуса упала до 0 м/с, т. к. механическая энергия превратилась во внутреннюю (конус деформировался в основании и слегка нагрелся) . На рисунке 4 представлены этапы падения конуса.
На первом изображении (Рис 4.1) конус находится в состоянии покоя вершиной вправо на высоте 3 м. После того, как его отпустили он начал падать вниз под действием силы тяжести.
Во время падения конус стал наклоняться вершиной вправо (Рис 4.2). Это можно объяснить тем, что сделанный нами конус не идеален и имеет определенные погрешности полученные при производстве
Конус вершиной касается земли(Рис 4.3) т. к в полете развернулся.
После касания пола конус касается пола все своей стороной и подпрыгивает на высоту примерно равную 15 мм (Рис 4.4) это можно объяснить силой упругости поверхности, на которую упал конус.
Ударившись о пол, снова конус замирает (Рис 4.5) и далее находится в состоянии покоя т. к сила тяжести и сила упругости уравновесили друг друга.
Проведем еще 2 опыта падения конуса из такого же положения и запишем результаты в таблицу:
№опыта | S=h, м(путь пройденный конусом, высота, с которой брошен конус)* | m конуса, г (масса конуса) | t, c (время, которое конус находился в полете) | tср, с(среднее время 3 опытов) |
1 | 3 | 20 | 0,87 | ~0,86 |
2 | 0,84 | |||
3 | 0,86 |
Проведем расчеты по формулам указанным нами в начале работы :
В идеале у нас должно было бы получиться время падения конуса равное 0,78 с, но этого не произошло из-за погрешностей в экспериментах таких как:
Центр масс смещён от центральной оси конуса из-за различных причин,
к примеру скотч или булавка которыми скреплен данный конус также у конуса не идеально ровное и круглое дно, что приводит к тому, что сила сопротивления воздуха действует на плоскость основания неравномерно все это вызывает не равномерное действие моментов сил на конус все выше перечисленное и приводит к развороту. Также все это влияет на скорость и время падения скорости из-за чего мы и получили погрешность но при всем этом погрешность не слишком большая. Из-за того что конус не идеален при падении на его разные части по разному действует сила сопротивления воздуха.
Вычислим погрешности по среднему времени падения в 3 опытах:
1 опыт:
Δt=(0,91-0,78)c=0,13
E=0,13c/0,91*100%=14%
2 опыт:
Δt=(0,79-0,78)c=0,01c
E=0,01c/0,91*100%=1%
3 опыт:
Δt=(0,86-0,78)c=0,08c
E=0,08c/0,91*100%=9%
Выводы
1. В работе проведено исследование падения картонного конуса в воздухе
2. Характер падения конуса зависит от его первоначальной ориентации в пространстве:
- Если исходное положение конуса горизонтальное, то конус в полете разворачивается и вершиной касается земли
- Если исходное положение конуса вершиной вверх, то конус в полете разворачивается и боком касается земли
Если исходное положение конуса вершиной вниз, то конус в полете разворачивается и боком касается земли
3. Отклонение конуса при его падении в сторону от вертикали объясняется тем, что центр масс смещён от центральной оси конуса из-за различных причин таких как скотч или булавка которыми скреплен данный конус, также у конуса не идеально ровное и круглое дно, что приводит к тому, что сила сопротивления воздуха действует на плоскость основания неравномерно все это вызывает не равномерное действие моментов сил на конус все выше перечисленное и приводит к развороту.
Библиографический список:
1. Азбука физики: учеб. пособие/ .-Изд. 4-е, перераб. И доп.-Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2008.-52 с.
2. http://ru. wikipedia. org
3. http://*****
