Муниципальное общеобразовательное учреждение
МОУ «Лицей №43»
Исследовательская работа
«Исследование падения тела (полого конуса)
c точки зрения физики»
Выполнил:
Ученик 9А класса
Клёшин Вячеслав
Проверил:
Саранск, 2010
Введение
Целью данной работы является наблюдение за поведением данного тела, то есть конуса, при падении в воздухе и поведением после падения на поверхности земли, а также описание и объяснение наблюдений.
Теоретическая часть
Форма – полый круговой конус.
Конус — тело, полученное объединением всех лучей, исходящих из одной точки (вершины конуса) и проходящих через плоскую поверхность. Иногда конусом называют часть такого тела, полученную объединением всех отрезков, соединяющих вершину и точки плоской поверхности (последнюю в таком случае называют основанием конуса, а конус называют опирающимся на данное основание).
Полый круговой конус — конус, основанием которого является окружность.
Оборудование: измерительная линейка с миллиметровыми делениями (абсолютная погрешность ±0,5 мм), штангенциркуль (абсолютная погрешность ±0,5 мм), измерительная рулетка (абсолютная погрешность ±0,5мм), секундомер (в телефоне, погрешность ±0,005 с), весы электронные напольные (погрешность ±0,0005 кг), лист бумаги А4, клей ПВА, ножницы.
Описание объекта испытаний: полый, бумажный конус, изготовленный из свернутого листа бумаги формата A4 плотностью 80 кг/м3. Измеренная толщина 50 листов составила 5,0±0,5 мм, следовательно, толщина одного листа равна ~0,1 мм.
Высота конуса (h): 180,0±0, 5 мм
Радиус основания конуса (r): 80,0±0, 5 мм
Масса: ~8 г
Рис.1
Условия эксперимента:
Высота первого броска (h1): 10 м (где бросал?)
Высота второго броска (h2): 5 м
Скорость ветра: 0 м/с
t воздуха ~14 °С
Начальное положение конуса: вершина направлена вверх, основание параллельно плоскости пола.
Ход работы.
Отпустили конус вершиной вверх без придания ускорения. Конус в первом случае падает на пол через 4,02±0,5 с после начала падения, при этом конус ударился вершиной о пол. Во втором случае конус падает на пол через 2,29±0,5 с после начала падения, и опять конус ударился вершиной о пол. В ходе всех экспериментов конус наклонился вершиной влево (относительно наблюдателя). При ударе часть энергии рассеялась на деформацию вершины конуса, участвующую в непосредственном контакте с полом.
В начальный момент времени конус находится в состоянии покоя на высоте h1(h2). После того, как его отпустили он начал падать вниз под действием силы тяжести.
Во время падения конус стал наклоняться влево. Это можно объяснить тем, что данный конус не является идеальным, т. е. он имеет неоднородную структуру. Например, клеевой шов будет перевешивать противоположную сторону, т. к. имеет большую массу. Дефекты при изготовлении, (т. е. расстояние от центра конуса до окружности основания не всегда равно для двух разных точек и т. д.) приводят к тому, что сила сопротивления воздуха действует на поверхность конуса неравномерно, что в свою очередь опять же приводит к тому, что тело совершает наклон. Я же писал, что такое объяснение не принимается.
3)По мере приближения конуса к поверхности конус полностью перевернулся. Затем конус ударяется вершиной, тем самым расходуя часть энергии на деформацию.
4)После столкновения с полом конус упал на бок и прокатился: в первом случае - 46 см, во втором случае – 28 см.
Проведение нескольких повторных экспериментов показало, что конус наклоняется всегда в одну сторону. (Рис. 2)
№ опыта | Время (t1) до соприкосновения с поверхностью, с | tср1 до соприкосновения с поверхностью, с | Высота (S) полета, м |
1 | 4,12 | 4,02 | 10 |
2 | 3,88 | ||
3 | 4,06 | ||
4 | 2,12 | 2,29 | 5 |
5 | 2,46 | ||
6 | 2,28 |
Итак, нам известна высота и время падения конуса. Попробуем сравнить теоретический и экспериментальный результаты. Для этого воспользуемся уравнением равноускоренного движения (почему?):
Т. к. начальная скорость равна нулю, а ускорение равно ускорению свободного падения (неправда!), то формула приобретает вид:
Подставим экспериментальное значение высоты падения и найдем теоретическое время падения tтеор.:
1) 
2) 
Если сравнить теоретический и экспериментальный результаты, то мы увидим, что экспериментально время несколько больше. Это объясняется тем, что на тело действует сила сопротивления воздуха, тем самым «затормаживая» падающее тело. Ещё на результаты исследования повлияла не идеальная форма конуса (клеевой шов, не точное вырезание и склеивание конуса).
Рис.2 Что за рисунок?
Вывод.
В результате проделанной работы было исследовано падение конуса и описаны основные причины различных отклонений тела от начального положения в пространстве: сопротивление воздуха, неидеальная конструкция тела, смещенный центр масс тела.
Падение тела в воздухе сильно отличается от падения тела в вакууме, что делает эксперимент интересней!!!
Оценки: эксперимент – 3-, теория – 2, погрешности – 2, выводы – 3-, оформление – 3.
