Изучение давления тел в быту, природе и технике

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ

«ШКОЛА № 41 имени Григория Алексеевича Тарана»

119027    e-mail: *****@***mos. ru 

  0,факс:[phone]  http://www. sch41.mskobr. ru 

Изучение давления тел в быту, природе и технике.

Андрей Викторович Проскурин

Научный руководитель:

Москва 2018

Содержание.

Аннотация…………………………………………………………………………………..…….3

Введение………………………………………………………………………………………….4

Обзор литературы………………………………………………………………………………..5

Материалы и методы…………………………………………………………………………….6

Результаты………………………………………………………………………………………..7

Анализ полученных результатов………………………………………………………………..8

Список литературы …………………………………………………………………………….10

Приложение……………………………………………………………………………………..11

Аннотация.

В своей повседневной жизни мы достаточно часто встречаемся с понятием «давление». Школьный учебник объясняет, что такое давление, по какой формуле его рассчитать, но, к сожалению, в учебнике не рассказывается о том, как измерить и оценить давление на практике. Физика – экспериментальная наука, поэтому получать новые знания нужно с помощью опытов. Простейшие опыты можно провести дома, используя те предметы, которые находятся вокруг нас. Анализ полученных результатов позволяет лучше понимать законы природы и учитывать их на практике.

Работа рассказывает о простейших методах измерения и оценке давления в быту, природе и технике.

Введение.

Известно, что давление твёрдых тел р вычисляется по формуле

,

где F – это сила, действующая на опору площадью S, перпендикулярно этой опоре.

Как в домашних условиях измерить силу давления и площадь опоры, чтобы по этим данным вычислить давление? Как доказать, что при изменении площади опоры будет меняться и давление?

Эти вопросы возникают при строительстве домов, покупке мебели, транспортировке грузов, обработке различных материалов. С подобными проблемами человек сталкивается очень часто.

Будем исследовать, каким будет давление, производимое на опору окружающими нас телами, и как оно будет меняться в различных ситуациях.

Цель: Узнать методы измерения давления при помощи простейших измерительных приборов. Проверить на практике зависимость давления, оказываемого на опору,  от площади опоры.

Задачи:

Изучить методы измерения давления в домашних условиях. Ознакомиться с измерительными приборами, которые применяются в быту. Изучить научно-популярную  литературу о проведении физического эксперимента в домашних условиях. Использовать электронные ресурсы интернета для поиска информации. Провести эксперимент по измерению давления твёрдых тел в домашних условиях. Найти примеры того, как учитывают давление в быту, природе и технике.

Обзор литературы.

Физика. 7 класс. Учебник. Даётся определение давления, формула для его вычисления, приводятся некоторые примеры учёта давления в природе и технике.

Опыты и наблюдения в домашних заданиях по физике. Приводятся примеры опытов для изучения давления в домашних условиях, рассказывается о простейших измерениях площадей, длин, описаны способы измерения длин с помощью штангенциркуля.

Материалы и методы.

Исследование зависимости давления тела на опору от площади опоры. В качестве исследуемого тела я взял домашнего кота. Для измерения массы кота использовались кухонные весы с пределом измерения 10 кг и большая коробка. Для определения площади опоры кота использовалась миллиметровая бумага и маркер.

Для определения массы кота сначала взвешивается на весах пустая коробка, а затем коробка вместе с котом. Масса кота равна разности масс коробки с котом и пустой коробки.

Зная массу кота, по формуле F=gm (g=10 Н/кг) я вычислял действующую на кота силу тяжести. Она же и является силой давления.

Площадь опоры кота я определял тогда, когда кот стоял, сидел и лежал на миллиметровой бумаге. При этом я обводил маркером контур тех частей тела кота, которые соприкасались с бумагой. Затем считал количество квадратных сантиметров внутри контуров лап и туловища кота.

Затем по формуле я вычислил давление кота в трёх случаях.

Сравнение площадей швейной иглы и  наперстка. Исследуемые тела – игла и напёрсток. Для измерения диаметра тел использовался штангенциркуль.

Для определения диаметра иглы и напёрстка я зажимал их между ушками штангенциркуля, а затем смотрел показания прибора по основной шкале и нониусу.

Площадь сечения иглы и площадь напёрстка  S я вычислял по формуле

, где

d – диаметр.

Результаты.

Масса коробки – 323 г

Масса кота и коробки – 4635 г

Масса кота – 4312 г=4, 312 кг

Сила давления кота на опору – 43, 12 Н

Площадь опоры кота

стоя – 86 см2 = 0,0086 м2

сидя – 328 см2 = 0,0328 м2

лёжа - 1150 см2 = 0,115 м2

Давление, производимое котом на опору,

стоя – 5014 Па = 5 кПа

сидя – 1315 Па = 1,3 кПа

лёжа – 375 Па = 0,4 кПа

Смотри Рис. 1 – 4 в Приложении.

Диаметр иглы - 1,2 мм

Диаметр напёрстка – 14,1 мм

Площадь сечения иглы – 1, 13 мм2

Площадь сечения напёрстка – 156, 07 мм2

Смотри Рис. 5, 6 в Приложении.

Анализ полученных результатов.

Из результатов опыта видно, что с увеличением площади опоры кота его давление на опору уменьшалось. Давление кота на поверхность в положении стоя - максимальное, в положении лёжа – минимальное.

Следовательно, чем меньше площадь опоры, тем больше давление и наоборот.

Площадь сечения напёрстка по отношению к площади сечения иглы больше примерно в 138 раз.

Следовательно, давление  иглы на палец при работе с напёрстком в 138 раз будет меньше, чем без него. Это и доказывает целесообразность применения напёрстка для защиты подушечек пальцев при шитье твёрдых и плотных материалов (Рис. 7).

Человек изобрел множество способов увеличения или уменьшения давления, в зависимости от потребности. Значительно уменьшая площадь, и незначительно увеличивая силу производимого давления, можно в десятки и сотни раз повысить производимое давление. И наоборот, увеличив площадь опоры, мы в разы уменьшим давление на поверхность или тело. Приведу примеры увеличения и уменьшения давления.

Шины тяжелых грузовых автомобилей и шасси самолетов делают очень широкими по сравнению с легковыми. Все знают, что вездеход может проехать по практически любой местности, часто недоступной для человека. А достигается это во многом именно благодаря применению гусениц, во много раз увеличивающих площадь соприкосновения с Землей. Для увеличения проходимости луно - и марсоходов увеличивается количество и площадь поверхности их колес (Рис. 8, 9).

С другой стороны, часто встречаются ситуации, когда нам, наоборот, необходимо увеличить давление, не увеличивая в разы применяемую силу. Например, чтобы вдавить в дерево канцелярскую кнопку, нам не нужен молоток и другие методы силового воздействия. Достаточно надавить пальцем. Это достигается уменьшением площади соприкасающихся поверхностей или, если по-простому, то кнопка имеет очень тонкое острие. С той же целью максимально затачивают ножи, ножницы, пилы, иглы, резцы и прочие инструменты. Острые края имеют маленькую площадь соприкосновения с обрабатываемой поверхностью, благодаря чему малой силой воздействия создается значительное давление, и работа с такими инструментами становится заметно легче. С той же целью остро отточены когти, клыки и шипы в дикой природе. Это колющие либо режущие приспособления, с помощью которых облегчают себе жизнь братья наши меньшие (Рис. 10, 11).

Список литературы.

Перышкин  А. В.  Физика 7 класс.:  учебник для общеобразовательных  учреждений. - М.: Дрофа, 2013 Опыты и наблюдения в домашних заданиях по физике: Пособие для учителей. – М.:Издательство АПН РСФСР, 1963

Приложение.

Рис. 1        Рис. 2

Рис. 3        Рис. 4

  Рис. 5  Рис. 6

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

       Рис. 10

       Рис. 11