МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА С.СТАРОКУРУЧЕГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА БАКАЛИНСКИЙ РАЙОН РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Исследовательская работа

«Невесомость с сигнализацией »

Выполнил: обучающийся 7а класса

Гайсин Рамис

Руководитель: учитель физики

Фархутдинова Фина Камиловна

Старокуручево 2016

2

Содержание

1.Введение…………………………………………………………………....3стр.

2.Цель, задачи и гипотеза проекта…………………………………………4стр.

3.Основная часть

3.1. История. Невесомый вклад невесомости…………………………5стр.

3.2. Невесомость в науке……………………………………………….. 6стр.

3.3. Влияние состояния невесомости на другие физические характерис -

тики состояния тел;

3.4. Ускорение; ускорение свободного падения; единица измерения ускорения;

3.5. Вес тела, движущегося с ускорением ;

3.6.Способы получения невесомости на земных и вне земных условиях ;

3.6. Влияние невесомости на человека и на живые организмы………….8 стр.

3.7.Способы ограничения невесомости на организм человека………..8-9 стр.

4.Экспериментальная проверка теоретических фактов……………………….11стр.

4.1.поиск наименьшей поверхности;

4.2.пленка - невидимка;

4.3.частичная потеря веса;

4.4.жидкий шар;

4.5.опыт с консервными банками;

4.6. изготовление и испытание прибора «невесомость с сигнализацией»

5.Вывод………………………………………………………………………12стр.

6.Заключение………………………………………………………………...13стр.

7.Литература…………………………………………………………………14стр.

3

Введение

Не ищите чудес, их нет. Ищите знания - оно есть. И всё, что люди зовут чудесами - та или иная степень знания.

Индийские мудрецы

Свои точки зрения об изучения я хочу излагать ниже следующим стихотворением:

Невесомость

Эта невесомость

Может только сниться,

Головою в пропасть

Сильной смелой птицей,

Руки словно крылья,

Ноги как пружины -

Грёзы стали былью,

Мягко, без нажима.

Легкий шаг - паренье

В вольной ипостаси

А прыжок - забвенье

В жарком заэкстазье.

Прочь наук химеру

И границы рамок,

Нет предела вере

В явь воздушных замков,

Выше всех законов

Лишь малютка совесть...

Плачет как икона

В сердце невесомость! Михаил Дурнев.

4

Цель проекта: смонтировать самодельный прибор для наблюдения невесомости в обычных условиях и сделать подарок школьному физическому кабинету.

Задачи:

1)Изучить историю и теорию о невесомости; физические величины характеризующие состояние невесомости тел (ускорение, ускорение свободного падения, единица измерения ускорения; вес тела, движущегося с ускорением).

2)Изучить : способы получения невесомости на земных и вне земных условиях, а также способы ограничения невесомости на организм человека в условиях космоса.

3) Экспериментально проверить теоретические факты и сделать выводы.

Гипотеза исследования: невесомость вокруг нас есть, мы его испытываем и наблюдаем.

Объект исследования: невесомость вокруг нас.

Предмет исследования:

невесомость с сигнализацией.

Метод исследования: изучение историю обнаружения невесомости, научное объяснение явления невесомости;

проведение экспериментов и сопоставить с изученной теорией и обобщение изученных явлений.

5

3.1. История. Невесомый вклад невесомости.

Теория всемирного тяготения покончила с вихревой теорией Декарта.

С помощью законов Ньютона стало возможным путем математических вычислений получать точные результаты. Это позволило выдвинуть очередную грандиозную задачу - создать небесную механику. За ее решение взялись последователи Ньютона - блестящая плеяда корифеев механики XVIII века Эйлер, Клеро, Лагранж, Лаплас.

Но оставался вопрос, который не заинтересовал никого из этих выдающихся ученых. Очень простой вопрос: если существует невесомость, то нельзя ли использовать ее для решения какой-либо полезной задачи?

Такие вопросы не были праздными для ученых XVII-XVIII веков.

Честь открытия невесомости принадлежит Галилею. Строгое научное обоснование этого явления основано на теории Ньютона. Иногда говорят, что в прежние времена путь нового открытия в инженерную практику был намного длиннее, чем теперь. Это не совсем верно. Приведем конкретный пример. В «Беседах» Галилея обсуждается еще один ошибочный принцип механики Аристотеля - боязнь пустоты, якобы присущей природе. Галилей критикует этот принцип. А в 1643 году, спустя всего год после смерти ученого, его ученики Э. Торричелли и В. Вивиани открывают вакуум - «торричеллиеву пустоту».

Потребовалось всего четыре года, чтобы это открытие получило практическое применение: Блез Паскаль построил первый барометр. Чуть позже Роберт Бойль в Англии и Отто Герике в Германии изобретают первые воздушные насосы. Затем возникает идея паровой машины... Нет, инженеры XVII века не хуже наших современников умели ценить практическую силу новых физических идей!

А вот с невесомостью все получилось не так. Правда, один положительный пример все же известен. Английский промышленник Уильям Уоттс в 1782 году взял патент на производство дроби посредством сбрасывания капель расплавленного свинца с высокой башни. Падая, капли оказывались в состоянии невесомости, приобретали сферическую форму и успевали затвердеть до того, как долетали до земли. А еще через три года тот же Уоттс для этой цели построил в Бристоле первую башню. Кстати, подобный способ используется до сих пор. Очень простой способ. Почему же потребовалось целых полтора века, чтобы додуматься до него?

Может быть, не было потребности? Нет, потребность была: войны в Европе велись почти непрерывно. Может, невесомости просто не повезло - на нее не обратил внимание человек масштаба Паскаля? Но позвольте, с этой задачей справился Уоттс, человек, в науке совершенно безвестный.

6

3.2. Невесомость в науке.

Вес и сила тяжести не одно и то же. Сила тяжести приложена к самому телу, а вес - сила, приложенная к опоре, на которой тело лежит, или к подвеске, на которой оно висит. Если тело падает, а падает оно под действием силы тяжести, то оно перестает давить на опору или оттягивать подвеску. А это значит, что вес исчез - наступила невесомость.

Невесомость - состояние, при котором сила нормальной реакций, действующая на тело, равна нулю.



На Земле очень часто приходится встречаться с явлением, если не полной невесомости, то частичной потери веса, но земных условиях она продолжается очень недолго.

Особенно заметна частичная потеря веса в момент начала опускания лифта. Когда качели опускаются, происходит тоже частичная потеря веса.

При занятиях водным спортом, при прыжках с вышки в воду или при прыжках на батуте, когда гимнаст парит в воздухе, наступает состояние полной потери веса, полной невесомости. Даже просто подпрыгнув, мы на пару секунд оказываемся в невесомости. Каждый прыжок - это несколько секунд невесомости.

Но самое продолжительное состояние периодической потери веса наступает во время шторма на море. Когда палуба «уходит из-под ног», наступает потеря веса, многие переносят это с трудом и заболевают "морской" болезнью.

3.3. Влияние состояния невесомости на другие физические величины .

Если тело находится в покое на горизонтальной поверхности или равномерно движется и на него действуют только сила тяжести F_Т и сила упругости N_У со стороны опоры, то из равенства нулю векторной суммы этих сил следует равенство: F_Т= - N_У. (рис.1)

Сопоставив выражения P = - N_у и F_Т = - N_У, получим P = F_Т, то есть вес P тела на неподвижной горизонтальной опоре равен силе тяжести F_Т, но эти силы приложены к разным телам.

3.4. Ускорение. Ускорение свободного падения. Единица измерения.

При ускоренном (т.е. при изменяющимся скорости) движении тела и опоры вес P будет отличаться от силы тяжести F_Т.

7

Ускорение - характеризует быстроту изменения скорости, измеряется в метрах на секунду в квадрате (м/с²).

Падение в пустоте называют свободным падением. Ускорение, с которым падают на Землю тела в пустоте, называют ускорением свободного падения.

В различных местах около поверхности земного шара ускорение свободного падения примерно одинаково и равно: g≈9,8 м/c².

По второму закону Ньютона при движении тела массой m под действием силы тяжести F_Т и силы упругости N_у с ускорением a выполняется равенство F_{Т +} N_У = ma.

Из уравнений P = -N_у и F_{Т +} N_У = ma получаем: P = F_Т - ma = mg - ma, или

P = m( g - a ).

Рассмотрим случай движения лифта, когда ускорение a направлено вертикально вниз. Если координатную ось OY(рис.2) направить вертикально вниз, то векторы P, g и a оказываются параллельными оси OY, а их проекции положительными; тогда уравнение P = m(g - a) примет вид: P_{y =} m(g_У - a_У).

Так как проекции положительны и параллельны координатной оси, их можно заменить модулями векторов: P = m(g - a).

3.5 Вес тела, движущегося с ускорением

Говоря о весе тела в ускоренно движущемся лифте, рассматривается три случая (кроме случая покоя или равномерного движения (рис.1)):

1. Лифт движется с ускорением, направленным вверх (перегрузки, вес тела больше силы тяжести, P=mg+ma);

8

2. Лифт движется с ускорением, направленным вниз (вес уменьшается, вес тела меньше силы тяжести, P=mg-ma);(рис.2)

3. Лифт падает (невесомость, вес тела равен нулю, P=0).

3.6. Способы получения невесомости на земных и вне земных условиях.

В башнях невесомости (высоких сооружениях, внутри которых свободно падают контейнеры с исследовательской аппаратурой) ;

в самолетах, движущихся по особым траекториям ("горкам Кеплера");

с помощью ракет-зондов, которые поднимаются в разреженные слои атмосферы, после чего их двигатели отключаются, и они переходят в режим свободного падения.

Еще один способ получения "невесомости" в земных условиях - иммерсия, т. е. погружение тела в жидкость с плотностью, равной плотности тела. В этом случае вес тела уравновешивается архимедовой силой, тело становится "невесомым", приобретая способность свободно перемещаться в любом направлении.

Именно таким образом тренируются космонавты в Центре подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина для работы на космических станциях. Необходимо, однако, помнить, что "гидроневесомость" отличается от подлинной невесомости, прежде всего наличием сопротивления, которое оказывает телу человека водная среда.

Р_т=F_А.

3.7. Влияние невесомости на человека и на живые организмы

Каковы же условия жизни человека в таком своеобразном состоянии, как невесомость?

Из-за постоянной весомости у нас выработался специальный орган, вестибулярный аппарат, расположенный в глубине головы, за ухом. Он позволяет нам чувствовать, в какой стороне от нас Земля, где находится «верх» и где «низ».

Вестибулярный аппарат - это небольшие полости, заполненные жидкостью. В них лежат крохотные камушки. Когда человек стоит прямо на ногах, камушки лежат на дне полости. Если человек ляжет, камушки перекатятся и лягут на боковую стенку. Мозг человека это почувствует. И человек, даже с закрытыми глазами, сразу скажет, где низ. Итак, в 10

10 человеке всё приспособлено к условиям, в которых он живёт на поверхности планеты Земля.

Условия жизни человека в состоянии невесомости резко отличаются от привычных земных, что вызывает изменение ряда его жизненных функций. Так, невесомость ставит центральную нервную систему и рецепторы многих анализаторных систем (вестибулярного аппарата, мышечного - суставного аппарата, кровеносных сосудов) в необычные условия функционирования. Поэтому невесомость рассматривают как специфический раздражитель, действующий на организм человека и животного в течение всего орбитального полета.

Неблагоприятное влияние невесомости на организм человека в полете можно ограничить с помощью различных средств и методов (мышечная тренировка, электростимуляция мышц, отрицательное давление, приложенное к нижней половине тела, фармакологические и др. средства)

Аппарат для создания отрицательного давления на нижнюю часть тела космонавтов.

11

4.Эксперементальная проверка теоретических фактов

4.1.поиск наименьшей поверхности ;(Приложение по видео)

4.2.пленка - невидимка;(Приложение по видео)

4.3.частичная потеря веса;(Приложение по видео)

4.4.жидкий шар; (Приложение по видео)

4.5.опыт с консервными банками; (Приложение по видео)

4.6.невесомость с сигнализаций (Проект исследования)

Цель исследования:

Смастерить прибор, который будет показывать состояние невесомости во время свободного падения. Экспериментально убедиться в том, если в собранном устройстве лампочка в момент опускания его, не выпуская из рук, на мгновение погаснет, значит, в тот момент наступает состояние невесомости.

Приборы и материалы:

Бумажный цилиндр внутренним диаметром 40мм,

толщиной 5 мм, высотой 390 мм; два маленьких цилиндров внешним диаметром 55мм, высотой 50 мм; 2 шт. цилиндрические батарейки 1,5 V; пружина, которая растягивается на половину своей длины; карманная лампочка на 2V; две крышечки диаметром 48мм ,которых можно плотно надевать и снимать с внутреннего цилиндра; скотч длиной 100мм и две металлические стержни для прочного соединения батареек; электрические проволоки длиной 30-40 мм и выключатель; паяльник, канифоль и кусочек свинца.

Ход изготовления:

1) к верхней крышке смонтируем контакты для крепления лампочки;

2) к нижнему контакту присоединяем конец пружины, изготовленной из железной проволоки;

3) сложим батарейки одну на другую, т.е., последовательно, убедившись с помощью лампочки, чтобы между ними был хороший контакт, намотаем их скотчем , оставляя две металлические палочки;

4) с помощью проволоки присоединяем верхний контакт батарейки припаем место соединения;

12 5) внутри нижней крышечки смонтируем латунный контакт, в него упрется донышка нижней батарейки;

6) провод от нижнего контакта выведем наружу и присоединяем к боковому контакту лампочки на верхней крышечке выключателя.

Проведение эксперимента:

1.Дно нижней батарейки находится на нижнем контакте. Это условие горения света, т.е. висящий на пружине груз (батарейки) имеет вес(Р).

2. Опустим прибор вниз, не отрывая от руки. В момент падения наступает состояние невесомости. Груз (батарейки) перестает оттягивать, нижний контакт размыкается и лампочка гаснет.

3. При прекращении движения лампочка загорается вновь.

4.Чтобы лампочка не горела зря, сбоку корпуса прибора монтируем выключатель. Поэтому после эксперимента отключаем выключатель.

Вывод: смастерив прибор для наблюдения состояния невесомости, я убедился в том , что в момент падения груз (батарейки) перестал оттягивать пружину, поэтому нижний контакт размыкался и лампочка погасло. Когда прибор перестал падать, состояние невесомости прекращается, и лампочка снова загорается.

Общий вывод: состояние невесомости у прибора символически выражается тем, что лампочка гаснет.

13

Заключение

Изучив следующие материалы, как «Поиск наименьшей поверхности», «Невесомость вокруг нас» и проделав эксперименты, вида «пленка - невидимка», «частичная потеря веса» и «жидкий шар», я понял ,что в состоянии невесомости вода при любых массах принимает форму шара . Об этом знал и английский промышленник Уильям Уоттс в 1782 году, который взял патент на производство дроби посредством сбрасывания капель расплавленного свинца с высокой башни. Падая, капли оказывались в состоянии невесомости, приобретали сферическую форму .

А эксперименты- с резиной; с пружинными весами; нераспечатанными металлическими банками и полоской бумаги; и при выполнении приседании выяснил, что во время быстрого опускания весов ,груза и момент приседания вес уменьшается или вовсе исчезает, значит , наступает невесомость. Что касается, смонтированного и исследованного прибора «Невесомость с сигнализацией», то это и есть доказательство мною сформулированной гипотезы: невесомость вокруг нас есть, и мы его испытываем и наблюдаем. Значит, я со спокойной душой могу дарить свой прибор родному школьному физическому кабинету. Самое важное , дальше

я буду тренировать свой вестибулярный аппарат и физическое тело, чтоб я мог стать команавтом и покорял таинственно - чудесный звездный мир.

Спасибо за внимание!

14

Литература

1. Кабардин О.Ф. Физика: Справочные материалы: Учебное пособие для уч-ся.-3 изд.- М.: Просвещение, 1991. - 367с.

2. Маковецкий П.В. Смотри в корень! Сборник любопытных задач и вопросов. - М.: Наука, 1979

3. Чандаева С.А. Физика и человек. -М.: АО «Аспект Пресс», 1994

4. Иванов И. Вибрация жидкости ускоряет ее кипение в невесомости. Сайт: Элементы. Новости науки. Режим доступа - elementy.ru/news/164820?page

5. Пламя в невесомости. Библиотека Мошкова. - Режим доступа: /tp/nr/pn.htm

6. Ф.Рабиза. Забавная физика для детей. М.2000г

7. Ученые определили, чем опасна невесомость. Газета-24. - Режим доступа: РИА Новости 24.ua/news/show/id/66415

8. festival.1september.ru/articles/311937/</</p>