Падение тел — справочник студента

Падение тел - Справочник студента

Научно — исследовательская работа «Падение тел в воздухе»

Электроугли

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Падение тел - Справочник студента

Действующие лица

Руководитель

Ильина Т. В.

  • Студент 2 курса Еньков Алексей
  • Студент 1 курса Черешнев Алексей
  • Студент 2 курса
  • Козлов Антон
  • Студент 2 курса Репкин Павел
  • Студентка 1 курса Казанцева Диана

Падение тел - Справочник студента

Цели

  • Знакомство с основными физическими параметрами падения тел в воздушной среде ( g , C x )
  • Экспериментальное определение ускорения свободного падения.
  • Экспериментальное определение коэффициента лобового сопротивления.
  • Причины гибели и спасения десантников

Падение тел - Справочник студента

Свободное падение тел

  • 1. Исследовательская работа позволила познать условия падения тел в воздушной среде.
  • Первый этап работы содержит экспериментальную проверку гипотезы Галилео Галилея

«Влияют ли на характер падения форма, масса и размер тел?»

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Внутреннее трение - справочник студента

Оценим за полчаса!

Падение тел - Справочник студента

Опыты

  • Бросали два листа ученической тетради. Убедились, что скомканный лист падает быстрее, не скомканный – медленнее.
  • Большие и маленькие железные шарики бросали с шести и десятиметровой высоты, отмечали момент удара о землю. Результат: шары падали одновременно. Почему? Сопротивление воздуха практически незаметно на малых высотах.

Падение тел - Справочник студента

Проверка гипотезы Галилео Галилея

Одинаковые листы падали одновременно

Падение тел - Справочник студента

Скомканный лист падает быстрее

Не скомканный падает медленнее

Падение тел - Справочник студента

В пустоте перо и свинцовый шарик падают одинаково

  • Из трубки Ньютона откачали воздух. Поставили вертикально. Все три предмета – птичье перо, пробка и дробинка упали одновременно.
  • В трубке заполненной воздухом, тела падали в следующем порядке: дробинка, пробка, перо .

Трефилов В. Н.

студент 1 курса

Причина, как отметил ещё Галилео Галилей, — сопротивление воздуха.

Падение тел - Справочник студента

Большие и маленькие шары падали одновременно

Сопротивление воздуха практически незаметно на малых высотах.

Падение тел - Справочник студента

Определение ускорения свободного падения g

  • 2. Следующий этап нашей работы, экспериментальное определение g – ускорения свободного падения.
  • Известно, что при свободном падении скорость увеличивается прямо пропорционально времени: V = g  t . Это равноускоренное движение.
  • В лаборатории имеется электронная установка по кинематике для определения « g »

Установка КМП — 1 для определения « g »

Экспериментальное определение ускорения свободного падения g

Оборудование и схема установки

  • Монорельс с электромагнитом
  • Два контактных датчика
  • Пульт управления
  • Провода соединительные
  • Шарик массой 14 г
  • Ловушка
  • Электронный секундомер
  • Источник электрической энергии

Опыты проводились на установке «Комплект по механике для практикума» КМП – 1.

Последовательность проведения эксперимента

  • Цепь питания электромагнита замыкали и снизу к нему «подвешивали» шарик. При размыкании цепи шарик начинал падать, задевал пластинки датчиков, и электронный секундомер отсчитывал время его свободного падения до данной точки.
  • На монорельс с метровой шкалой и укреплённым на нём электромагнитом ставились два датчика (с пластинками) в положения, соответствующие начальному положению шарика и текущей точке отсчёта.
  1. Таблица №1
  2. опыта
  3. Время падения
  4. t, c
  5. 1
  6. Перемещение
  7. S, м
  8. 0,145
  9. 2
  10. 3
  11. Ускорение
  12. свободного падения
  13. g , м / с 2
  14. 0,1
  15. 0,2
  16. 0,245
  17. 9,52
  18. 0,2
  19. 4
  20. 10
  21. 0,285
  22. 0.3
  23. 5
  24. 0,32
  25. 0,4
  26. 9,99
  27. 6
  28. 0,5
  29. 9,86
  30. 7
  31. 0,35
  32. 9,76
  33. 8
  34. 0,38
  35. 0,6
  36. 9,76
  37. 0,7
  38. 9
  39. 0,4
  40. 10
  41. 0,43
  42. 9,69
  43. 0,8
  44. 10
  45. 0,9
  46. 0,45
  47. 9,73
  48. 1
  49. 9,86
  • Для каждой точки вычисляли ускорение свободного падения по формуле: g = 2h / t 2 . Среднее значение g = 9,81 м / с 2 .
  • Результаты эксперимента представлены в таблице №1

Аэродинамическая труба

  • Аэродинамическая труба это установка, создающая поток воздуха для изучения явлений обтекания тел.
  • С помощью Аэродинамической

трубы определяются силы, возникающие при полёте самолётов, вертолётов, ракет и космических кораблей при движении подводных судов.

Исследуются их устойчивость и управляемость; отыскиваются оптимальные формы самолётов, ракет, космических и подводных кораблей, а также автомобилей и поездов; определяются ветровые нагрузки, а также нагрузки от взрывных волн, действующие на здания и сооружения — мосты, мачты

Спортивная аэродинамическая труба в Самаре для тренировок парашютистов

Наша аэродинамическая труба

Экспериментальное определение коэффициента лобового сопротивления

  • В прессе и на ТВ появляются сведения о чудесных спасениях спортсменов – десантниках, упавших с нераскрытым парашютом. Почему это происходит? В нашей лаборатории имеются установки для определения ускорения свободного падения g . Имеется модель аэродинамической трубы с аэродинамическими весами для определения коэффициента лобового сопротивления C x . C x и g являются основными параметрами при определении скорости свободного падения.

Подготовка установки к эксперименту

Методика определения коэффициента лобового сопротивления тел различной формы

  • В аэродинамике С х – коэффициент лобового сопротивления безразмерная величина с максимальным значением равным 1 ( С x max = 1) и минимальным значением близким к нулю

( С x min . У фюзеляжей скоростных самолётов

С х 0,08 0,1)

  • Исходя из этих величин С х плоской пластины равен 1. У сферы С х 0,5.
  • Коэффициент лобового сопротивления капли определяли с помощью модели аэродинамической трубы и аэродинамических весов.

«Практическая аэродинамика» Мартынов А. К.

Тарировка шкалы аэродинамических весов

  • При отклонении стрелки весов на n – делений, определяем максимальное значение силы лобового сопротивления Q .
  • Первая продувка – плоская пластина
  • Экспериментальная установка
  • Отклонение стрелки весов при продувке плоской ПЛАСТИНЫ
  • С х – коэффициент
  • лобового сопротивления
  • плоской пластины равен 1
  • Начало отсчёта для пластины

Вторая продувка — сфера

Экспериментальная установка

  • Стрелка весов отклоняется на величину n / 3
  1. в этом случае Q n = 3 Q сф.
  2. С х – коэффициент
  3. лобового сопротивления сферы примерно равен 0,5
  4. С х сферы 0,5

Третья продувка – падающая капля

Экспериментальная установка

  • Аналогично определили силу лобового сопротивления падающей капли Q п.к .

по формуле Q п. к. / Q n = С х / 1

  • В результате коэффициент лобового сопротивления определили по формуле:

С х = Q п. к. / Q n

  • С х – коэффициент
  • лобового сопротивления падающей капли
  • равен примерно 0,15

График Q = f (C x ) падающих тел различной формы с миделем М = d 2 / 4 = const

Три эксперимента близких к теоретической Q = f (C x )

  • На графике: Ось ординат Q – сила лобового сопротивления Ось абсцисс С х – коэффициент лобового сопротивления.
  • l продувка (оранжевая кривая ) Q = f (С х ) показания весов пластины на оси ординат 1;

показания сферы — 0,35; показания капли  0,15

  • l l продувка (синяя линия),точки см. на графике.
  • l l l продувка (красная линия), точки см. на графике.
  • Зелёная линия это среднее арифметическое показание трёх экспериментов. Это прямая пропорциональная зависимость Q = C x S V 2 / 2 . График – прямая линия с угловым коэффициентом равным S V 2 / 2 .

Объяснение к графику Q = f (C x) Три эксперимента

  • На нашей установке проводили продувки с пластиной и сферой.
  • Фиксировали на весах условные единицы У.Е. лобового сопротивления Q .
  • По результатам эксперимента построили графики, приняв, как постулат, что С х пл. = 1, С х сф. = 0,5
  • В пропорциональном сравнении Q = f (C x) продували тело падающей капли и определяли С х.
  • 1 эксперимент оранжевая кривая
  • 2 эксперимент синяя кривая
  • 3 эксперимент красная кривая.
  • Зелёная кривая – средняя арифметическая от трёх экспериментов.

Формула Жуковского даёт возможность определить скорость падения тел с различной формой

  • С помощью аэродинамической трубы мы осуществили продувку твёрдых тел формы: падающей капли, сферы и плоской пластины.
  • Определили их коэффициенты лобового сопротивления.
  • Человеческое тело при падении может менять свою позу от близкой к падающей капле, сфере (эмбрион) и плоской пластины (лягушке).
  1. Q = C x S V 2 / 2
  2. Q сила лобового сопротивления
  3. С х – коэффициент лобового сопротивления
  4. — плотность воздуха
  5. S – мидель
  6. V – скорость тела

Восходящие потоки воздуха

  • Опытный десантник должен знать законы плавания в воздушном океане.
  • Искать потоки воздуха, способствующих уменьшению скорости падения
  • Аналогия: птицы парят в восходящих потоках не взмахивая крыльями.
  • В случае нераскрытого парашюта десантник должен принять позу лягушки (плоской пластины с С х = 0,9) – это его спасёт.
  • В бессознательном состоянии человеческое тело принимает форму падающей капли с С х  0,25 – это гибель.
  • Если падающий потерял сознание
  • Поток воздуха выпрямит его фигуру (в виде капли).
  • В этом случае:
  • С х  0,5
  • S  0,25 м 2
  • V  250 м / с

Скорость падения будет в шесть раз больше чем у падающего в позе распластанной лягушке. Шансов выжить близки к нулю!

С х – коэффициент лобового сопротивления. S – мидель (площадь поперечного сечения парашютиста. V — скорость падения парашютиста.

  1. Зависимость коэффициента лобового сопротивления от позы десантника
  2. Ц Т
  3. Ц Т
  4. V
  5. Ц Т
  6. V
  7. С х = 0,9
  8. Поза лягушки
  9. С х = 0,6
  10. Поза эмбриона
  11. Вариант спасения
  12. Гибель
  13. V
  14. С х = 0,25
  15. Поза падающей капли
  16. Гибель

Парашют, который меня так подвел, просто списали в установленном порядке …».

Упавший с высоты 1200 метров с нераскрывшимся парашютом и чудом выживший

  • Капитан Николай Павлюк снова летает на боевых вертолетах
  • Он сделал всё, чтобы остаться в живых.
  • «… при падении ключ от квартиры согнулся вдвое, а шариковая ручка поломалась.

Комбинезон зашил на груди и продолжаю в нем ходить. Некоторое время приберегал еще два кольца и подушку от парашюта, но потом выбросил, подумав, что сохранять все это дома — плохая примета.

Библиографический список

  • Мартынов А. К. Практическая аэродинамика. – М. Машгиз, 1960.
  • Эллиот Л. Падающие тела, утверждения Аристотеля – М.: Наука, 1975.
  • Энциклопедический словарь юного техника. – М.: Педагогика, 1989.
  • Энциклопедический словарь юного физика. – М.: педагогика, 1984.
  • Ильина Т. В. газета Первое сентября №35, 2004 г. исследование свободного падения в воздухе.
  • Ильина Т. В. научно – практическая конференция «Деятельностный подход в преподавании предметов естественно математического цикла, МИОО, М. -2004 г.»,
  • myshared.ru/slide/1021827 , 2015 г.
Читайте также:  Адаптация человека - справочник студента

Источник: https://multiurok.ru/index.php/files/priezientatsiia-nauchno-issliedovatiel-skaia-rabota-padieniie-tiel-v-vozdukhie.html

Свободное падение тел. Ускорение свободного падения — Класс!ная физика

Свободное падение — это движение тел только лишь под действием притяжения Земли ( под действием силы тяжести)

В условиях Земли падение тел считается условно свободным, т.к. при падении тела в воздушной среде всегда возникает еще и сила сопротивления воздуха.

Идеальное свободное падение возможно лишь в вакууме, где нет силы сопротивления воздуха, и независимо от массы, плотности и формы все тела падают одинаково быстро, т. е. в любой момент времени тела имеют одинаковые мгновенные скорости и ускорения.

Наблюдать идеальное свободное падение тел можно в трубке Ньютона, если с помощью насоса выкачать из неё воздух.

Падение тел - Справочник студента

В дальнейших рассуждениях и при решении задачпренебрегаем силой трения о воздух и считаем падение тел в земных условиях идеально свободным.

УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

Падение тел - Справочник студента

При свободном падении все тела вблизи поверхности Земли независимо от их массы приобретают одинаковое ускорение, называемое ускорением свободного падения. Условное обозначение ускорения свободного падения — g.

  • Ускорение свободного падения на Земле приблизительно равно : g = 9,81м/с2.
  • Ускорение свободного падения всегда направлено к центру Земли.

Вблизи поверхности Земли величина силы тяжести считается постоянной, поэтому свободное падение тела — это движение тела под действием постоянной силы. Следовательно, свободное падение — это равноускоренное движение. Вектор силы тяжести и создаваемого ею ускорения свободного падения направлены всегда одинаково.

  1. Все формулы для равноускоренного движения применимы для свободного падения тел.
  2. Величина скорости при свободном падении тела в любой момент времени:

перемещение тела:

Падение тел - Справочник студента

  • В этом случае вместо ускорения а, в формулы для равноускоренного движения вводится ускорение свободного падения g =9,8м/с2.
  • ___
  • В условиях идеального падения падающие с одинаковой высоты тела достигают поверхности Земли, обладая одинаковыми скоростями и затрачивая на падение одинаковое время.

При идеальном свободном падении тело возвращается на Землю со скоростью, величина которой равна модулю начальной скорости.

Время падения тела равно времени движения вверх от момента броска до полной остановки в наивысшей точке полета.

Только на полюсах Земли тела падают строго по вертикали. Во всех остальных точках планеты траектория свободно падающего тела отклоняется к востоку за счет силы Кариолиса, возникающей во вращающихся системах (т.е. сказывается влияние вращения Земли вокруг своей оси).

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ

Падение тел - Справочник студента

Лишь итальянскому ученому Галилео Галилею удалось установить, что траекторией тела, брошенного под углом к горизонту в безвоздушном пространстве, является парабола. А итальянец Тарталья (1500 – 1557г.), даже не зная законов движения, пришел к выводу, что наибольшей дальности стрельбы можно достичь, если наклонить орудие к горизонту под углом 45 градусов.

  1. ___
  2. Минимальная скорость, которую достаточно сообщить брошенному вертикально вверх телу для того, чтобы оно не вернулось обратно, называют второй космической скоростью.
  3. ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ

1. А что ты знаешь о падающих кошках? 2. А помнишь ли ты переход Суворова через Альпы? 3. Галилео Галилей (из книги Я.Голованова «Этюды об ученых») 4. Наш закон бутерброда. 5.Сколько весит тело, когда оно падает? 6.Из пушки на Луну. 7.Сверхдальняя стрельба. 8.Затяжной прыжок парашютиста.

  • А КАКОВО ПАДЕНИЕ ТЕЛ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ?
  • Если выстрелить из ружья вертикально вверх, то, учитывая силу трения о воздух, свободно падающая с любой высоты пуля приобретет у земли скорость не более 40 м/с.
  • ___

В реальных условиях из-за наличия силы трения о воздух механическая энергия тела частично переходит в тепловую. В результате максимальная высота подъема тела оказывается меньше, чем могла бы быть при движении в безвоздушном пространстве, а в любой точке траектории при спуске скорость оказывается меньшей, чем скорость на подъеме.

___

При наличии трения падающие тела имеют ускорение, равное g, только в начальный момент движения. По мере увеличения скорости ускорение уменьшается, движение тела стремится к равномерному.

  1. ХОЧЕШЬ ПОИГРАТЬ?
  2. — жми здесь.
  3. СДЕЛАЙ САМ
  4. Как ведут себя падающие тела в реальных условиях?

Опыт1 Возьмите небольшой диск из пластмассы, толстого картона или фанеры. Вырежьте из обычной бумаги диск такого же диаметра. Поднимите их, держа в разных руках, на одинаковую высоту и одновременно отпустите. Тяжелый диск упадет быстрее, чем легкий. На каждый диск действует при падении одновременно две силы: сила тяжести и сила сопротивления воздуха.

В начале падения равнодействующая силы тяжести и силы сопротивления воздуха будет больше у тела с большей массой и ускорение более тяжелого тела будет больше.

По мере увеличения скорости тела сила сопротивления воздуха увеличивается и постепенно сравнивается по величине с силой тяжести, падающие тела начинают двигаться равномерно, но с разной скоростью ( у более тяжелого тела скорость выше).

Аналогично движению падающего диска можно рассматривать движение падающего вниз парашютиста при прыжке с самолета с большой высоты.

Падение тел - Справочник студента

Опыт 2

Положите легкий бумажный диск на более тяжелый пластмассовый или фанерный, поднимите их на высоту и одновременно отпустите. В этом случае они будут падать одновременно. Здесь сопротивление воздуха действует только на тяжёлый нижний диск, а сила тяжести сообщает телам равные ускорения в независимости от их масс.

ПОЧТИ АНЕКДОТ

Парижский физик Ленорман, живший в 18 веке, взял обычные дождевые зонты, закрепил концы спиц и прыгнул с крыши дома. Затем ободренный успехом он изготовил уже специальный зонт с плетеным сиденьем и кинулся вниз с башни в Монпелье. Внизу его окружили восторженные зрители. Как называется ваш зонт? Парашют! — ответил Ленорман ( буквальный перевод этого слова с французского — «против падения»).

ИНТЕРЕСНО

Если Землю просверлить насквозь и бросить туда камень, что будет с камнем? Камень будет падать, набрав посередине пути максимальную скорость, дальше полетит по инерции и достигнет противоположной стороны Земли, причем его конечная скорость будет равна начальной.

Ускорение свободного падения внутри Земли пропорционально расстоянию до центра Земли. Камень будет двигаться как груз на пружинке, по закону Гука.

Если начальная скорость камня равна нулю, то период колебания камня в шахте равен периоду обращения спутника вблизи поверхности Земли, независимо от того, как прорыта прямая шахта: через центр Земли или по любой хорде.

___

Знаменитая «падающая» башня — это колокольня собора в городе Пизе, часть редкостного по своей красоте архитектурного ансамбля. Благодаря своему конструктивному изъяну она известна во всем мире.

Башня достигает в высоту 55 метров, а надпись на ней свидетельствует, что заложена она в 1174 году. В 1564 году в Пизе родился Галилео Галилей, будущий знаменитый ученый. Судя по его собственным рассказам, он использовал Пизанскую башню для своих опытов.

С верхнего ее этажа он бросал различные предметы, чтобы доказать, что скорость падения не зависит от веса падающего тела.

Всем отдыхать! Свободно падаем … расслабляемся …

Следующая страница «Закон всемирного тяготения»

Динамика — Класс!ная физика

Инерциальные системы отсчета.

Первый закон Ньютона — Второй закон Ньютона — Третий закон Ньютона — Свободное падение тел — Закон всемирного тяготения — Ускорение свободного падения на Земле и других небесных телах — Криволинейное движение.

Равномерное движение тела по окружности — Искусственные спутники Земли (ИСЗ) — Импульс тела. Закон сохранения импульса — Реактивное движение в природе — Реактивное движение в технике. Реактивные двигатели — Закон Гука

Источник: http://class-fizika.ru/9_13.html

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. ПАДЕНИЕ ТЕЛ

Приглашаем посетить сайт

Паустовский (paustovskiy-lit.ru)

ПАДЕНИЕ ТЕЛ

ПАДЕНИЕ ТЕЛ — движение тел при отсутствииу них нач. скорости, обусловленное притяжением Земли. Если П. т.

осуществляетсяс небольшой по сравнению с радиусом Земли высоты, то действующую на телосилу тяжести Р = mg, представляющую собой сумму силы притяженияи центробежной силы инерции (учитывающей в первом приближении влияние вращенияЗемли), можно на данной гсографич.

широте считать постоянной. При этихпредположениях движение тела будет происходить под действием пост. силытяжести и переменной силы сопротивления среды (воздуха или воды). В нек-рыхслучаях сопротивлением среды можно пренебречь; при этом предположении движениетела наз.

свободным падением и представляет собой прямолинейное равномерноускоренное поступат. движение. Ф-лы свободного П. т. характерны тем, чтоони не содержат к.-л. коэффициентов, зависящих от масс тела и его формы.

В практике пренебрегать действием сопротивлениясреды нельзя. Если принять, что гл. вектор сил сопротивления R =kSv2, где v — скорость центра масс тела, S- площадь наиб.

поперечного сечения тела плоскостью, перпендикулярнойк направлению скорости v, a k- численный коэф.

, зависящийот формы тела и плотности среды, то для скорости центра масс тела в зависимостиот пройденного им расстояния h получается ф-ла

Падение тел - Справочник студента

где а=Из ф-лы (*) следует, что с возрастанием h скорость падения стремитсяк постоянной а, наз. предельной скоростью падения. Если k и . достаточно велики, то скорость падения приближается к предельной скоростина сравнительно коротких расстояниях от точки начала падения.

При П. т. с больших высот необходимо приниматьво внимание влияние вращения Земли (см. Кориолиса сила инерции),вызывающее отклонение падающего тела от вертикали, а также изменение силыпритяжения с расстоянием тела от поверхности Земли.

В первом приближенииотклонение тела направлено к востоку; величина этого отклонения при свободномпадении равна Падение тел - Справочник студентагде -угл. скорость Земли,- широта, t — время падения; во втором приближении получается дополнит. Падение тел - Справочник студента При учёте изменения силы притяжения, к-рая обратно пропорц. квадрату расстоянияот центра Земли, для скорости свободного падения имеет место ф-ла

Падение тел - Справочник студента

где h0- высота падения(считая от поверхности Земли), R- радиус Землп. С.

  • © 2000- NIV

Источник: http://es.niv.ru/doc/encyclopedia/physics/articles/228/padenie-tel.htm

Исследование ускорения свободного падения на крайнем севере

  • ИССЛЕДОВАНИЕ  УСКОРЕНИЯ  СВОБОДНОГО  ПАДЕНИЯ  НА  КРАЙНЕМ  СЕВЕРЕ
  • Герцен  Александра  Викторовна
  • Мусаева  Хаджар  Фюзули  кызы

студенты  1  курса,  кафедра  ЕНОТД  филиала  ТюмГНГУ  в  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

E maila.svend@mail.ru

Свендровская  Александра  Филипповна

научный  руководитель,  канд.  тех.  наук,  доцент  кафедры  ЕНОТД  филиала  ТюмГНГУ  в  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

Койшина  Екатерина  Алимовна

научный  руководитель,  ассистент  кафедры  ГСЭД  филиала  ТюмГНГУ  в  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

С  развитием  цивилизации  человек  стал  интересоваться  физическими  параметрами  нашей  планеты,  ее  размерами,  геометрической  формой.

  Путь  трансформации  представлений  о  нашей  планете  от  выпуклого  блюда  до  космического  тела,  близкого  к  эллипсоиду,  входящую  в  одну  из  расширяющихся  мегагалактик  (эту  модель  предложил  А.А.

  Фридман  в  1929  г.)  отражает  этапы  развития  науки  на  нашей  планете.

Менялось  представление  о  гравитационном  поле  Земли,  Аристотель  в  IV  в.  до  н.  э.  пытался  определить  скорость  падения  тел.  Аль-Хазини  в  XII  в.  выдвинул  гипотезу  о  существовании  силы  притяжения  между  Землей  и  другими  телами.

Открытие  закона  всемирного  тяготения  в  1687  году  Ньютоном  явилось  основой  классической  механики  [3].

Цель  работы:  исследование  ускорения  свободного  падения.

Задачи:  1)  исследование  изменения  ускорения  свободного  падения  в  разных  точках  земли;  2)  экспериментальное  определение  ускорения  свободного  падения  в  г.  Новый  Уренгой;  3)  аналитический  расчет  ускорения  свободного  падения.

Организм  человека  адаптирован  к  земным  условиям  и  физическим  константам  нашей  планеты.  Сила  тяжести  —  физический  фактор,  влияющий  на  все  живое.

Ускорение  свободного  падения,  возникающее  под  действием  силы  тяжести,  варьируется  от  9,780  м/с²  на  экваторе  до  9,832  м/с²  на  полюсах.  Стандартное  значение,  принятое  при  построении  системы  единиц  принято  9,80665  м/с²,  было  определено  как  среднее  значение  на  широте  45,5°  на  уровне  моря,  в  приблизительных  расчетах  принимают  9,81  м/с²;  9,8  м/с².

Это  явление  объясняется  действием  векторов  силы  тяжести  и  центробежной  силы.  На  полюсах  центробежная  сила  равна  нулю,  сила  тяжести  равна  силе  земного  притяжения,  поэтому  здесь  ускорение  свободного  падения  имеет  максимальное  значение  (рис.  1)  [2].

  1. Рисунок  1.  Вектор  силы  тяжести  в  различных  точках  Земли
  2. На  экваторе  вектора  центробежной  и  силы  земного  притяжения  имеют  противоположные  направления,  ускорение  свободного  падения  принимает  минимальное  значение.
  3. В  других  точках  планеты  вектор  силы  тяжести  геометрически  является  диагональю  параллелограмма,  построенного  на  векторах  центростремительной  силы  и  силы  земного  притяжения.  Для  сравнения  приводим  значения  ускорения  свободного  падения  на  других  планетах  [2]:
  4. ·     на  Солнце  —  273,1  м/с²;
  5. ·     на  Юпитере  —  23,95  м/с²;
  6. ·     на  Плутоне  —  0,61  м/с²;
  7. ·     на  Луне  —  1,62  м/с². 
  8. Стандартное  значение  ускорения  при  построении  системы  единиц  ускорения  свободного  падения  принято  9,80665  м/с²  на  широте  45,5  на  уровне  моря.

Аномальные  значения  силы  тяжести  наблюдаются  в  местах  залежи  полезных  ископаемых.  В  области  газовой  залежи  наблюдается  эффект  понижения  плотности  геологических  пород  по  отношению  к  рядом  расположенным  структурам,  поэтому  значение  силы  земного  притяжения  и  ускорения  свободного  падения  здесь  уменьшается.

  Локальные  минимумы  силы  тяжести  более  10  миллигал  зафиксированы  над  продуктивными  газонасыщенными  месторождениями:  Уренгойское,  Ямбургское,  Заполярное  и  другие.

  На  Ямале  проводится  гравиметрический  контроль  разработки  газовых  и  газоконденсатных  месторождений  по  изменению  значения  ускорения  свободного  падения  приборами  с  точностью  до  0,0001  м/с²  [1].

Читайте также:  Эпигенетическая теория э. эриксона - справочник студента

Падение тел - Справочник студента

Рисунок  2.  Географические  координаты  г.  Новый  Уренгой

Географические  координаты  г.  Новый  Уренгой:

·     широта:  66°04′59″  с.ш.;

·     долгота:  76°37′59″  в.д.;

  • ·     высота  над  уровнем  моря:  45  м;
  • Координаты  г.  Новый  Уренгой  в  десятичных  градусах:
  • ·     широта:  66,0833300;
  • ·     долгота:  76,6333300.

Новый  Уренгой  расположен  на  расстоянии  60  км  от  северного  полярного  круга,  и  значение  ускорения  свободного  падения  должно  приближаться  к  максимальному.

  Город  Новый  Уренгой  расположен  рядом  с  крупнейшим  в  мире  газовым  месторождением,  следовательно,  значение  ускорения  свободного  падения  в  г.  Новый  Уренгой  должно  уменьшаться.

  На  Ямале  проводится  гравиметрический  контроль  разработки  газовых  и  газоконденсатных  месторождений  по  изменению  значения  ускорения  свободного  падения  приборами  с  точностью  до  0,0001  м/с²  [1].

В  лабораторных  условиях  Ямальского  нефтегазового  института  было  определено  ускорение  свободного  падения  в  г.  Новый  Уренгой.

  1. За  основу  расчетов  выбрана  формула  [2]:
  2.   (1),
  3. где:  h  —  высота,  м;
  4. t  —  время  падения,  с.;
  5. g  —  ускорение  свободного  падения,  м/с2  .
  6. Следовательно, 
  7.   (2).

С  высоты  h  падение  тела  фиксировалось  видеосъемкой.  Программа  для  обработки  звука  “Sony  —  Sound  Forge”  позволила  определить  с  точностью  до  0,001  секунды  начальную  и  конечную  временные  точки  падения  тела. 

Падение тел - Справочник студента

  • Рисунок  3.  Диаграмма  записи  звука
  • Нами  получены  следующие  экспериментальные  данные:
  • h  =  1,92  м;
  • количество  опытов  n  =  10;
  • среднее  значение  времени  t=0,627  с. 
  • Произведем  расчеты:
  • Падение тел - Справочник студента9,7678  м/с2
  • Аналитический  расчет  ускорения  свободного  падения  проводился  по  формуле:
  • g  =  9,780327[1+0,0053024sin2φ-0,0000058  sin22φ]  –  3,086∙10-6h  (2),
  • где:  φ  —  широта  рассматриваемого  места; 
  • h  —  высота  над  уровнем  моря  в  метрах.
  • Произведем  расчеты:
  • g  =  9,780327[1+0,0053024sin266,0833300-0,0000058sin2(2∙66,0833300)]  –  3,086∙10-6∙45=9,780809095м/с2.
  • На  основании,  проведенных  нами  экспериментальным  путем  опытов,  можно  сделать  следующий  вывод: 

Полученное  нами  значение  ускорения  свободного  падения  в  г.  Новый  Уренгой  —  9,7678  м/с2,  которое  близко  с  значением,  полученным  аналитически.  Выявить  влияние  Уренгойского  газового  месторождения  на  значение  ускорения  свободного  падения  возможно  только  с  использованием  более  точно  приборов  —  гравиметров. 

Можно  сказать,  что  ускорение  свободного  падения  уникально  для  каждой  точки  нашей  планеты.

Список  литературы:

1.Андреев  О.П.,  Кобылкин  Д.Н.,  Ахмедсафин  С.К.,  Кирсанов  С.К.,  Безматерных  Е.Ф.,  Кривицкий  Г.Е.  Гравиметрический  контроль  разработки  газовых  и  газоконденсатных  месторождений.  Состояние,  проблемы,  перспективы.  М.:  НЕДРА,  2012.  —  374  с.

2.Енохович  А.С.  Краткий  справочник  по  физике.  М.:ОНИКС,  2012.  —  288  с.

3.Юркина  М.И.  Бровар  Б.В.  Об  эволюции  содержания  главных  задач  геодезии  и  гравиметрии  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://geodesy-ngc.gcras.ru/fiches/Yurkina_Brovar_vestnik_11.pdf  (дата  обращения  25.04.2014). 

Источник: https://sibac.info/studconf/natur/xix/38361

Физика

МЕХАНИКА

Кинематика. Механическое движение. Относительность движения. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Скорость. Ускорение.

Равномерное и равноускоренное прямолинейное движение. Свободное падение тел. Ускорение свободного падения. Уравнение прямолинейного равноускоренного движения.

Криволинейное движение точки на примере движения по окружности с постоянной по модулю скоростью.

Центростремительное ускорение.

Основы динамики. Инерция. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета.

Взаимодействие тел. Масса. Импульс. Сила. Второй закон Ньютона. Принцип суперпозиции сил. Принцип относительности Галилея.

Силы в природе. Силы тяготения. Закон всемирного тяготения. Вес тела. Невесомость. Первая космическая скорость. Сила упругости. Закон Гука. Сила трения. Коэффициент трения. Закон трения скольжения.

Третий закон Ньютона.

Момент силы. Условие равновесия тел.

Законы сохранения в механике. Закон сохранения импульса. Ракеты.

Механическая работа. Мощность. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике. Простые механизмы. Коэффициент полезного действия механизма.

Механика жидкостей и газов. Давление. Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления с высотой. Закон Паскаля для жидкостей и газов. Барометры и манометры. Сообщающиеся сосуды. Принцип устройства гидравлического пресса.

Архимедова сила для жидкостей и газов. Условия плавания тел на поверхности жидкости.

Движение жидкости по трубам. Зависимость давления жидкости от скорости ее течения.

Измерение расстояний, промежутков времени, силы, объема, массы, атмосферного давления.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ТЕРМОДИНАМИКА

Основы молекулярно-кинетической теории. Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории. Броуновское движение. Диффузия. Масса и размер молекул. Измерение скорости молекул. Опыт Штерна. Количество вещества. Моль. Постоянная Авогадро. Взаимодействие молекул. Модели газа, жидкости и твердого тела.

Основы термодинамики. Тепловое равновесие. Температура и ее измерение. Абсолютная температурная шкала. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Теплоемкость вещества. Работа в термодинамике. Первый закон термодинамики. Изотермический, изохорный и изобарный процессы. Адиабатный процесс.

Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики и его статистическое истолкование. Преобразование энергии в тепловых двигателях. КПД теплового двигателя.

Идеальный газ. Связь между давлением и средней кинетической энергией молекул идеального газа. Связь температуры со средней кинетической энергией частиц газа.

Уравнение Клапейрона — Менделеева. Универсальная газовая постоянная.

Жидкости и твердые тела. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Кипение жидкости.

Кристаллические и аморфные тела. Преобразование энергии при изменениях агрегатного состояния вещества.

Измерение давления газа, влажности воздуха, температуры, плотности вещества.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

Электростатика. Электризация тел. Электрический заряд. Взаимодействие зарядов. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Электрическое поле точечного заряда. Потенциальность электростатического поля. Разность потенциалов. Принцип суперпозиции полей.

Проводники в электрическом поле. Электрическая емкость. Конденсатор. Емкость плоского конденсатора.

Диэлектрики в электрическом поле. Диэлектрическая проницаемость. Энергия электрического поля плоского конденсатора.

Постоянный электрический ток. Электрический ток. Сила тока. Напряжение. Носители свободных электрических зарядов в металлах, жидкостях и газах. Сопротивление проводников. Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля — Ленца.

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников, p-n-переход.

Магнитное поле. Электромагнитная индукция. Взаимодействие магнитов. Взаимодействие проводников с током. Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрические заряды. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Сила Лоренца. Магнитный поток. Электродвигатель.

Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Вихревое электрическое поле. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

Измерение силы тока, напряжения, сопротивления проводника.

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Механические колебания и волны. Гармонические колебания. Амплитуда, период и частота колебаний. Свободные колебания. Математический маятник. Период колебаний математического маятника.

Превращение энергии при гармонических колебаниях. Вынужденные колебания. Резонанс. Понятие об автоколебаниях.

Механические волны. Скорость распространения волны. Длина волны. Поперечные и продольные волны. Уравнение гармонической волны.

Звук.

Электромагнитные колебания и волны. Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в контуре. Превращение энергии в колебательном контуре. Собственная частота колебаний в контуре.

Вынужденные электрические колебания. Переменный электрический ток. Генератор переменного тока. Действующие значения силы тока и напряжения. Активное, емкостное и индуктивное сопротивления.

Резонанс в электрической цепи.

Трансформатор. Производство, передача и потребление электрической энергии.

Идеи теории Максвелла. Электромагнитные волны. Скорость распространения электромагнитных волн. Свойства электромагнитных волн. Принципы радиосвязи. Шкала электромагнитных волн.

ОПТИКА

Свет — электромагнитная волна. Прямолинейное распространение, отражение и преломление света. Луч. Законы отражения и преломления света. Показатель преломления. Полное отражение. Предельный угол полного отражения. Ход лучей в призме. Построение изображений в плоском зеркале.

Собирающая и рассеивающая линзы. Формула тонкой линзы.

Построение изображений в линзах. Фотоаппарат. Глаз. Очки. Интерференция света. Когерентность. Дифракция света. Дифракционная решетка. Поляризация света. Поперечность световых волн.

  • Дисперсия света.
  • Измерение фокусного расстояния собирающей, линзы, показателя преломления вещества, длины волны света.
  • ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Инвариантность скорости света. Принцип относительности Эйнштейна. Пространство и время в специальной теории относительности. Связь массы и энергии.

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Тепловое излучение. Постоянная Планка. Фотоэффект. Опыты Столетова. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Гипотеза Луи де Бройля. Дифракция электронов. Корпускулярно-волновой дуализм.

Радиоактивность. Альфа-, бета-, гама-излучения. Методы наблюдения и регистрации частиц в ядерной физике.

Опыт Резерфорда по рассеянью a-частиц. Планетарная модель атома. Боровская модель атома водорода. Спектры. Люминесценция.

Лазеры.

Закон радиоактивного распада. Нуклонная модель ядра. Заряд ядра. Массовое число ядра. Энергия связи частиц в ядре. Деление ядер. Синтез ядер. Ядерные реакции. Сохранение заряда и массового числа при ядерных реакциях. Выделение энергии при делении и синтезе ядер. Дозиметрия. Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия.

МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

И ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Эксперимент и теория в процессе познания мира. Моделирование явлений и объектов природы. Научные гипотезы. Физические законы и границы их применимости. Роль математики в физике. Принцип соответствия. Принцип причинности. Физическая картина мира.

Источник: http://www.festu.khv.ru/structure/-mainmenu-138/-ainmenu-211/hpk/483-phys

Студент придумал гениальное устройство, с которым вы больше никогда не разобьете телефон

  • 18 фото, на которых драмы куда больше, чем в отборных мыльных операх
  • Что нужно знать перед сеансом татуировки, чтобы потом не пожалеть о сделанном
  • 12 бытовых хитростей, которые сэкономят уйму вашего времени и сил
  • 12 имен героев мультфильмов, которые на самом деле имеют значение
  • Мы поговорили с бывшими неформалами и узнали, как сейчас живут бунтари нулевых
  • 8 глупых мифов, из-за которых весь мир боится високосного года как огня. А зря
  • 15 пар с красной ковровой дорожки «Оскара», о которых мы вспоминаем с ностальгией
  • 19 доказательств того, что к накрашенной женщине окружающие относятся иначе
  • 15 доказательств того, что у нашего мира всегда в запасе есть то, на что можно смотреть с открытым ртом
  • 16 фактов о животных, о которых даже не все зоологи знают
  • 15 неугомонных соседей, рядом с которыми не соскучишься, как ни старайся
  • 17 блюд, которые, по мнению журналистов, стоит попробовать хотя бы раз в жизни
  • 5 причин, почему лучше пройти мимо бездомного человека, а не пытаться ему помочь
  • 7 причин, почему детей стоит серьезно ограничить в просмотре мультфильмов
  • Пользователи сети поделились 19 историями, которые могли произойти с шансом один на миллион
  • Как выглядели 10 звездных пар в день их свадьбы и какими они стали спустя много лет

Источник: https://www.adme.ru/svoboda-kultura/student-pridumal-genialnoe-ustrojstvo-s-kotorym-vy-bolshe-nikogda-ne-razobete-svoj-telefon-1849765/

Свободное падение тел

Свободное падение тел – это падение тел на Землю в вакууме при отсутствии помех. Движение тела под действием силы тяжести при отсутствии сопротивления воздуха можно считать свободным падением. Например, в свободном падении находится спортсмен, прыгающий в воду с вышки или мяч, выпущенный из руки.

В 1583 году итальянский учёный Галилео Галилей (1564-1642) установил, что при отсутствии сопротивления воздуха все тела, независимо от их массы, падают на землю с одинаковым ускорением g, которое направлено вертикально вниз.

Это ускорение называется ускорение свободного падения.

При свободном падении тела с небольшой высоты h от поверхности Земли (причём h намного меньше радиуса Земли RЗ, где радиус Земли RЗ ~ 6000 км) сила притяжения остаётся практически постоянной, поэтому ускорение свободного падения также остаётся постоянным.

Это заключение подтверждает опыт с падением тел в стеклянной трубке, из которой выкачан воздух (рис. 1.24). Кусочек свинца, лёгкое пёрышко и дробинка достигают дна трубки одновременно. Следовательно, они падают с одинаковым ускорением.

Свободное падение можно рассматривать как частный случай равноускоренного движения. Ускорение свободного падения зависит от высоты над уровнем моря и от географической широты места.

Оно изменяется примерно от 9,83 м/с2 на полюсе и до 9,78 м/с2 на экваторе. На широте Москвы ускорение свободного падения принимается равным g = 9,8 м/с2.

Поэтому в большинстве случаев при решении задач по физике ускорение свободного падения принимается равным 9,8 м/с2.

Различие в значении ускорения объясняется суточным вращением Земли и формой Земли – Земля сплюснута у полюсов, поэтому полюсный радиус Земли меньше экваториального радиуса.

Рис. 1.24. Свободное падение тел.Зависимость ускорения свободного падения от высоты над уровнем моря можно получить, применяя второй закон Ньютона и закон всемирного тяготения. Модуль ускорения свободного падения равен:

g = G(M /(R + h)2)

где G – гравитационная постоянная (или постоянная всемирного тяготения), G = (6,673 ± 0,003)*10-11 н*м2 / кг2 М – масса Земли, M = 5,9736*1024 кг R – радиус Земли, средний радиус Земли RЗ.СР = 6371 км, h – высота тела над уровнем моря (над поверхностью Земли).

Из этого уравнения видно, что при подъёме тела ускорение свободного падения уменьшается. Это становится заметным при подъёме на высоту более 300 км.

В некоторых районах земного шара ускорение свободного падения может отличаться от значения ускорения на данной широте. Такие отклонения наблюдаются в местах, где имеются залежи полезных ископаемых.

Движение тел по вертикали (вверх или вниз) вблизи поверхности Земли без учёта сопротивления воздуха является прямолинейным равноускоренным движением. При описании такого движения выбирают координатную ось OY, направленную вверх или вниз. Независимо от направления оси OY вектор ускорения свободного падения направлен вертикально вниз.

  • Формулы для вычисления координат (или высот) и скоростей примут следующий вид.
  • Скорость тела в любой момент времени
  • vy = ± voy ± gyt
  • Перемещение тела
  • sy = ± voyt ± (gyt2) / 2
  • Координаты тела (высота тела)
  • y = h = h0 ± voyt ± (gyt2) / 2
  • Скорость тела в любой точке пути
  • vy2 = voy2 + 2gy(h — h0)

Если ось OY направлена вниз, то проекция ускорения свободного падения gy на эту ось положительна. Если ось OY направлена вверх, то проекция gy отрицательна. Например, мяч, подброшенный вертикально вверх, до верхней точки подъёма движется равнозамедленно, а его движение вниз будет равноускоренным.

Проекции начальной voy и конечной vy скоростей положительны, если направление скоростей совпадает с направлением оси OY, и отрицательны, если направления оси OY и скоростей противоположны.

Источник: http://av-mag.ru/physics/index.php/mechanics/kinematika/free-fall/

Ссылка на основную публикацию