Презентация к задаче турнира юных физиков Отскакивающий шарик

Задача № 8 «Отскакивающий шарик» Докладчик: Полях Евгения Команда ”Квант” Змиевского лицея №1 им.З.К.Слюсаренка

Формулировка задачи. Если вы отпустите шарик для пинг-понга, который вы удерживали над твердой горизонтальной поверхностью, он отскочит. Характер столкновения с поверхностью изменится, если в шарике есть жидкость. Исследуйте, как зависит характер столкновения от количества жидкости внутри шарика и других параметров.

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Цель данной работы –исследовать, как зависит характер столкновения от количества жидкости внутри шарика и других параметров, определить потери механической энергии и коэффициента восстановления при падении теннисного шарика (пустого или если в шарике есть жидкость) с различных высот на поверхности из различных материалов тел. Методы исследования: анализ различных источников информации, выполнение опытов. Объект исследования –шарик (пустой, с водой, с постным маслом) падающий с различных высот на горизонтальную поверхность из дерева, мрамора, тенисного стола и железа

Модель объекта теннисный шарик: d = 40 мм m = 2,7 г V = 33 Учитывали: высоту падения шарика количество жидкости в шарике тип жидкости виды твёрдых поверхностей Не учитывали: вращение шарика размер шарика аэродинамическое сопротивление

Потери механической энергии можно рассчитать по формуле ΔЕ = mg(h-H) где: · ΔЕ - уменьшение механической энергии в Дж, · m - масса шарика в кг, · g=9,8м/ с2- ускорение свободного падения тел, · H - высота падения шарика в м, · h - высота отскока шарика в м, k – коэффициент восстановления.

Гидравли́ческий уда́р (гидроудар) — скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный крайне быстрым изменением скорости потока этой жидкости за очень малый промежуток времени

Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется  по формуле: где : ΔР — увеличение давления  , ρ — плотность жидкости  ,    , — средние скорости до и после удара с — скорость распространения ударной волны

Экспериментальная часть. Измеряли высоту отскока h шарика падающего с высоты Н . Каждый опыт состоял из четырёх серий. Затем рассчитывали среднее арифметическое значение высоты отскока. Данные и результаты расчётов заносили в таблицы. По формуле ΔЕ = mg(h-H)   для каждого опыта рассчитывали потери механической энергии. Вместо h подставляли hср. По формуле   рассчитывали коэффициент восстановления. Результаты расчётов заносили в таблицы.

Пустой теннисный шарик на мраморе Пустой теннисный шарик на дереве Пустой теннисный шарик на железе Пустой теннисный шарик на теннисном столе № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,67 h2=0,69 h3=0,68 h4=0,69 0,68 -0,016 0,82 2 0.8 h1=0,60 h2=0,61 h3=0,60 h4=0,59 0,6 -0,01 0,86 3 0.6 h1=0,46 h2=0,48 h3=0,47 h4=0,50 0,48 -0,006 0,89 4 0.4 h1=0,32 h2=0,33 h3=0,34 h4=0,33 0,33 -0,003 0,91 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,63 h2=0,62 h3=0,63 h4=0,65 0,63 -0,018 0,79 2 0.8 h1=0,53 h2=0,54 h3=0,54 h4=0,55 0,54 -0,013 0,82 3 0.6 h1=0,45 h2=0,43 h3=0,44 h4=0,44 0,44 -0,008 0,86 4 0.4 h1=0,30 h2=0,31 h3=0,31 h4=0,32 0,31 -0,004 0,88 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,67 h2=0,69 h3=0,68 h4=0,68 0,68 -0,016 0,82 2 0.8 h1=0,55 h2=0,50 h3=0,57 h4=0,58 0,55 -0,012 0,83 3 0.6 h1=0,45 h2=0,43 h3=0,45 h4=0,44 0,44 -0,008 0,86 4 0.4 h1=0,32 h2=0,29 h3=0,31 h4=0,31 0,31 -0,004 0,88 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,65 h2=0,64 h3=0,64 h4=0,63 0,64 -0,018 0,8 2 0.8 h1=0,55 h2=0,56 h3=0,54 h4=0,57 0,55 -0,0012 0,85 3 0.6 h1=0,43 h2=0,44 h3=0,46 h4=0,44 0,44 -0,008 0,85 4 0.4 h1=0,31 h2=0,33 h3=0,30 h4=0,31 0,31 -0,004 0,88

Теннисный шарик с водой на металле (33 ml) Теннисный шарик с водой на дереве (33 ml) Теннисный шарик с водой на мраморе (33 ml) Теннисный шарик с водой на теннисном столе (33 ml) № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,40 h2=0,37 h3=0,33 h4=0,32 0,36 -0,018 0,60 2 0.8 h1=0,40 h2=0,31 h3=0,36 h4=0,30 0,34 -0,013 0,65 3 0.6 h1=0,30 h2=0,28 h3=0,27 h4=0,24 0,27 -0009 0,67 4 0.4 h1=0,21 h2=0,23 h3=0,24 h4=0,20 0,22 -0,005 0,74 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,48 h2=0,54 h3=0,55 h4=0,51 0,52 -0,014 0,71 2 0.8 h1=0,33 h2=0,40 h3=0,41 h4=0,39 0,38 -0,012 0,7 3 0.6 h1=0,23 h2=0,26 h3=0,35 h4=0,34 0,30 -0,009 0,71 4 0.4 h1=0,25 h2=0,23 h3=0,27 h4=0,20 0,24 -0,005 0,77 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,25 h2=0,24 h3=0,23 h4=0,20 0,23 -0,022 0,48 2 0.8 h1=0,19 h2=0,18 h3=0,17 h4=0,15 0,17 -0,018 0,48 3 0.6 h1=0,18 h2=0,17 h3=0,15 h4=0,14 0,16 -0,013 0,52 4 0.4 h1=0,10 h2=0,14 h3=0,13 h4=0,12 0,12 -0,008 0,55 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,40 h2=0,41 h3=0,38 h4=0,46 0,41 -0,017 0,64 2 0.8 h1=0,36 h2=0,33 h3=0,34 h4=0,34 0,34 -0,013 0,65 3 0.6 h1=0,33 h2=0,27 h3=0,34 h4=0,31 0,30 -0,009 0,70 4 0.4 h1=0,22 h2=0,24 h3=0,23 h4=0,23 0,23 -0,005 0,76

Теннисный шарик с водой на дереве (20 ml) Теннисный шарик с водой на мраморе (20 ml) Теннисный шарик с водой на металле (20 ml) Теннисный шарик с водой на теннисном столе (20 ml) № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,30 h2=0,30 h3=0,31 h4=0,28 0,30 -0,013 0,55 2 0.8 h1=0,30 h2=0,32 h3=0,30 h4=0,29 0,30 -0,010 0,61 3 0.6 h1=0,30 h2=0,28 h3=0,27 h4=0,26 0,28 -0,06 0,68 4 0.4 h1=0,26 h2=0,24 h3=0,20 h4=0,20 0,23 -0,003 0,76 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,24 h2=0,26 h3=0,18 h4=0,13 0,20 -0,015 0,45 2 0.8 h1=0,20 h2=0,15 h3=0,23 h4=0,19 0,19 -0,012 0,49 3 0.6 h1=0,19 h2=0,16 h3=0,15 h4=0,15 0,16 -0,008 0,52 4 0.4 h1=0,16 h2=0,14 h3=0,14 h4=0,11 0,14 -0,005 0,59 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,22 h2=0,23 h3=0,24 h4=0,23 0,23 00,15 0,47 2 0.8 h1=0,17 h2=0,19 h3=0,18 h4=0,15 0,17 -0,012 0,48 3 0.6 h1=0,15 h2=0,17 h3=0,11 h4=0,11 0,14 -0,009 0,48 4 0.4 h1=0,14 h2=0,11 h3=0,05 h4=0,14 0,11 -0,006 0,52 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,35 h2=0,37 h3=0,38 h4=0,37 0,37 -0,012 0,61 2 0.8 h1=0,36 h2=0,28 h3=0,27 h4=0,30 0,30 -0,010 0,61 3 0.6 h1=0,30 h2=0,27 h3=0,25 h4=0,28 0,28 -0,006 0,68 4 0.4 h1=0,20 h2=0,21 h3=0,20 h4=0,20 0,20 -0,004 0,70

Теннисный шарик с водой на дереве (10 ml) Теннисный шарик с водой на мраморе (10 ml) Теннисный шарик с водой на металле (10 ml) Теннисный шарик с водой на теннисном столе (20 ml) № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,21 h2=0,20 h3=0,20 h4=0,19 0,20 -0,008 0,45 2 0.8 h1=0,20 h2=0,19 h3=0,18 h4=0,20 0,19 -0,006 0,49 3 0.6 h1=0,20 h2=0,18 h3=0,17 h4=0,18 0,18 -0,004 0,55 4 0.4 h1=0,16 h2=0,14 h3=0,15 h4=0,16 0,15 -0,002 0,61 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,10 h2=0,12 h3=0,15 h4=0,22 0,15 -0,008 0,39 2 0.8 h1=0,09 h2=0,07 h3=0,12 h4=0,05 0,08 -0,007 0,32 3 0.6 h1=0,09 h2=0,15 h3=0,13 h4=0,11 0,12 -0,005 0,45 4 0.4 h1=0,05 h2=0,02 h3=0,08 h4=0,09 0,06 -0,003 0,39 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,15 h2=0,19 h3=0,19 h4=0,18 0,18 -0,008 0,42 2 0.8 h1=0,10 h2=0,17 h3=0,12 h4=0,12 0,13 -0,006 0,40 3 0.6 h1=0,13 h2=0,15 h3=0,14 h4=0,11 0,13 -0,004 0,47 4 0.4 h1=0,10 h2=0,02 h3=0,03 h4=0,07 0,06 -0,003 0,49 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,05 h2=0,15 h3=0,04 h4=0,07 0,08 -0,009 0,28 2 0.8 h1=0,15 h2=0,11 h3=0,12 h4=0,11 0,12 -0,006 0,39 3 0.6 h1=0,11 h2=0,09 h3=0,04 h4=0,10 0,09 -0,004 0,39 4 0.4 h1=0,11 h2=0,09 h3=0,11 h4=0,09 0,10 -0,002 0,50

Теннисный шарик с постным маслом на дереве (33 ml) Теннисный шарик с постным маслом на металле (33 ml) Теннисный шарик с постным маслом на мраморе (33 ml) Теннисный шарик с постным маслом на теннисном столе (33 ml) № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,37 h2=0,44 h3=0,30 h4=0,38 0,37 -0,018 0,61 2 0.8 h1=0,41 h2=0,40 h3=0,39 h4=0,36 0,39 -0,012 0,70 3 0.6 h1=0,31 h2=0,30 h3=0,29 h4=0,27 0,29 -0,009 0,70 4 0.4 h1=0,25 h2=0,24 h3=0,23 h4=0,21 0,23 -0,005 0,76 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,27 h2=0,25 h3=0,24 h4=0,21 0,24 -0,021 0,49 2 0.8 h1=0,20 h2=0,20 h3=0,20 h4=0,24 0,21 -0,017 0,51 3 0.6 h1=0,19 h2=0,18 h3=0,17 h4=0,20 0,19 -0,012 0,56 4 0.4 h1=0,11 h2=0,15 h3=0,17 h4=0,15 0,15 -0,007 0,61 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,45 h2=0,48 h3=0,50 h4=0,56 0,50 -0,014 0,70 2 0.8 h1=0,45 h2=0,44 h3=0,42 h4=0,43 0,44 -0,010 0,74 3 0.6 h1=0,35 h2=0,37 h3=0,34 h4=0,36 0,36 -0,007 0,77 4 0.4 h1=0,22 h2=0,23 h3=0,25 h4=0,26 0,24 -0,005 0,77 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,45 h2=0,44 h3=0,46 h4=0,43 0,45 -0,016 0,67 2 0.8 h1=0,35 h2=0,36 h3=0,33 h4=0,36 0,35 -0,013 0,66 3 0.6 h1=0,30 h2=0,31 h3=0,29 h4=0,29 0,30 -0,009 0,70 4 0.4 h1=0,24 h2=0,23 h3=0,25 h4=0,24 0,24 -0,005 0,77

Теннисный шарик с постным маслом на дереве (20 ml) Теннисный шарик с постным маслом на металле (20 ml) Теннисный шарик с постным маслом на мраморе (20 ml) Теннисный шарик с постным маслом на теннисном столе (20 ml) № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,31 h2=0,28 h3=0,33 h4=0,30 0,30 -0,013 0,55 2 0.8 h1=0,40 h2=0,41 h3=0,38 h4=0,40 0,40 -0,008 0,71 3 0.6 h1=0,31 h2=0,28 h3=0,24 h4=0,27 0,28 -0,006 0,68 4 0.4 h1=0,27 h2=0,26 h3=0,22 h4=0,24 0,25 -0,003 0,79 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,24 h2=0,25 h3=0,27 h4=0,24 0,25 -0,014 0,50 2 0.8 h1=0,18 h2=0,17 h3=0,15 h4=0,21 0,18 -0,012 0,47 3 0.6 h1=0,13 h2=0,17 h3=0,10 h4=0,15 0,14 -0,009 0,48 4 0.4 h1=0,15 h2=0,12 h3=0,07 h4=0,09 0,11 -0,006 0,52 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,25 h2=0,23 h3=0,26 h4=0,20 0,24 -0,015 0,49 2 0.8 h1=0,20 h2=0,20 h3=0,26 h4=0,23 0,22 -0,011 0,52 3 0.6 h1=0,14 h2=0,13 h3=0,15 h4=0,18 0,15 -0,009 0,50 4 0.4 h1=0,11 h2=0,13 h3=0,15 h4=0,12 0,13 -0,005 0,57 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,38 h2=0,40 h3=0,39 h4=0,40 0,39 -0,012 0,62 2 0.8 h1=0,35 h2=0,30 h3=0,30 h4=0,34 0,32 -0,009 0,63 3 0.6 h1=0,32 h2=0,30 h3=0,31 h4=0,32 0,31 -0,006 0,72 4 0.4 h1=0,21 h2=0,23 h3=0,22 h4=0,22 0,22 -0,003 0,74

Теннисный шарик с постным маслом на дереве (10 ml) Теннисный шарик с постным маслом на металле (10 ml) Теннисный шарик с постным маслом на мраморе (10 ml) Теннисный шарик с постным маслом на теннисном столе (10 ml) № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,22 h2=0,21 h3=0,24 h4=0,19 0,22 -0,007 0,47 2 0.8 h1=0,19 h2=0,20 h3=0,19 h4=0,20 0,20 -0,006 0,50 3 0.6 h1=0,20 h2=0,18 h3=0,20 h4=0,17 0,19 -0,004 0,56 4 0.4 h1=0,17 h2=0,18 h3=0,17 h4=0,15 0,17 -0,002 0,65 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,20 h2=0,19 h3=0,17 h4=0,15 0,18 -0,008 0,42 2 0.8 h1=0,20 h2=0,18 h3=0,23 h4=0,14 0,19 -0,006 0,49 3 0.6 h1=0,16 h2=0,19 h3=0,17 h4=0,15 0,17 -0,004 0,53 4 0.4 h1=0,07 h2=0,04 h3=0,08 h4=0,10 0,07 -0,003 0,42 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,20 h2=0,15 h3=0,14 h4=0,10 0,15 -0,008 0,39 2 0.8 h1=0,10 h2=0,12 h3=0,20 h4=0,15 0,14 -0,006 0,42 3 0.6 h1=0,11 h2=0,16 h3=0,15 h4=0,13 0,14 -0,004 0,48 4 0.4 h1=0,10 h2=0,12 h3=0,11 h4=0,10 0,11 -0,003 0,52 № H (м) h (м) hср. (м) ΔЕ (Дж) k 1 1 h1=0,07 h2=0,10 h3=0,11 h4=0,12 0,10 -0,009 0,32 2 0.8 h1=0,17 h2=0,14 h3=0,15 h4=0,15 0,15 -0,006 0,43 3 0.6 h1=0,12 h2=0,13 h3=0,07 h4=0,12 0,11 -0,005 0,43 4 0.4 h1=0,14 h2=0,15 h3=0,10 h4=0,07 0,12 -0,003 0,55

График зависимости уменьшения механической энегии от высоты падения для пустого теннисного шарика График зависимости уменьшения механической энегии от высоты падения для теннисного шарика с водой График зависимости уменьшения механической энегии от высоты падения для теннисного шарика с постным маслом Вывод: При увеличении высоты падения возрастает уменьшение механической энергии.

График зависимости уменьшения механической энегии от высоты падения для теннисного шарика с 30 мл воды График зависимости уменьшения механической энегии от высоты падения для теннисного шарика с 20 мл воды График зависимости уменьшения механической энегии от высоты падения для теннисного шарика с 10 мл воды Вывод: С уменьшением объёма жидкости в шарике механическая енергия уменьшаеться. ΔЕ = mg(h-H)

График зависимости уменьшения механической энегии от высоты падения для теннисного шарика с 30 мл постного масла График зависимости уменьшения механической энегии от высоты падения для теннисного шарика с 20 мл млпостного масла График зависимости уменьшения механической энегииот высоты падения для теннисного шарика с 10 мл постного масла Вывод: С уменьшением количества жидкости в шарике механическая енергия уменьшаеться. ΔЕ = mg(h-H)

График зависимости коэффициента восстановления от высоты падения для теннисного шарика на металл График зависимости коэффициента восстановления от высоты падения для теннисного шарика на дерево График зависимости коэффициента восстановленияот высоты падения для теннисного шарик на мрамор График зависимости коэффициента восстановленияот высоты падения для теннисного шарик на теннисный стол Вывод: С уменьшением объёма жидкости в теннисном шарике мы наблюдаем снижение коэффициента восстановления.

График зависимости коэффициента востановления от висоты падения шарика на разные горизонтальные поверхности мрамор дерево металл теннисный стол Вывод: шарики обладают почти таким же поведением отскока несмотря на различия в типе жидкости. Коэффициент восстановления не зависит от вязкости жидкости.

Проведенные опыты позволили выявить количественные и качественные зависимости уменьшения механической энергии и коэффициента восстановления для теннисного шарика: при падении шарика с различных высот на поверхности различных материалов, при падении шарика на поверхности из различных материалов, при изменении типов жидкости, при изменении объёма жидкости.

Выводы: При увеличении высоты падения возрастает уменьшение механической энергии.  При увеличении высоты падения коэффициент восстановления в основном уменьшается, но по разному - в зависимости от материала поверхности.  С уменьшением объёма жидкости в шарике механическая енергия уменьшаеться. С уменьшением объёма жидкости в теннисном шарике мы наблюдаем снижение коэффициента восстановления. Коэффициент восстановления не зависит от вязкости жидкости.