XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Танки грязи не боятся

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кухтин К.К. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Специализированная физико-математическая школа №35 города Донецка"

Кучеренко М.В. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Специализированная физико-математическая школа №35 города Донецка"

Работа в формате PDF

1.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность. Приближается 81-я годовщина освобождения Донбасса и моего родного города Донецка от немецко-фашистских захватчиков. Сразу после Победы улицы города нарекли в честь освободителей Донбасса. В честь гвардии полковника Франца Андреевича Гринкевича, который командовал 32-й танковой бригадой и освобождал мой родной город в сентябре 1943 года, назван проспект. В ходе одного из боев Ф.А. Гринкевич был был смертельно ранен. Его похоронили в центре города, воины собственно ручно втянули на могильный холм боевой танк Т-34, на котором воевал Ф.А. Гринкевич. Это знаменитый танк Т-34 – танк победы! Во все времена мальчишки восхищались и интересовались военной техникой. Слушая сегодняшние новости с фронта, испытываю гордость за наших воинов и нашу технику. Услышанная фраза «Танки грязи не боятся», меня заинтересовала. Мой научный руководитель предложил рассмотреть эту фразу с точки зрения физики, хотя изучать этот предмет я начну только в сентябре.

Цель работы: исследовать зависимость давления от силы давления и площади поверхности, на которую действует сила давления.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. изучить информацию по теме «Давление твёрдых тел»;

2. ознакомиться с методом палеток для измерения площадей плоских фигур неправильной формы;

3. провести практические исследования по установлению физических величин, от которых зависит давление;

4. проанализировать полученные данные, сделать выводы.

Объект исследования: отпечатки следов обуви разной формы, технические характеристики танков.

Предмет исследования: давление твёрдых тел.

Гипотеза: Результат действия силы зависит от модуля силы и от площади поверхности, перпендикулярно которой она действует.

Методы: изучение литературы, эксперимент, сравнение, обобщение и анализ полученных данных.

Практическая значимость работы состоит в том, что результаты исследования могут служить наглядным материалом для уроков физики, истории, классных часов.

2. Основная часть.

   1. Изучение информации по теме «Давление твердых тел».

Давление – это физическая величина равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности.

Для нахождения давления твёрдого тела на перпендикулярную поверхность используем формулу:

p = = = , где р – давление, Р – вес тела, S- площадь поверхности, на которую действует вес тела.

За единицу давления принимают такое давление, которое производит сила 1 Н, действующая на поверхность площадью 1м² перпендикулярно этой поверхности. Единицу давления называют паскалем (Па), в честь французского учёного Блеза Паскаля. Учтем при расчетах, что 1 Па = 1 .

На практике используют другие единицы давления, а в данной работе будут использоваться: 1кПа = 1000 Па. [1]

1. 2. Метод палетки.

Чтобы успешно решать инженерные задачи при возведении зданий. Фабрик, водохранилищ и других объектов, важно знать размеры земельных участков, отведенных под строительство. Эти данные можно получить путем замера на местности или используя карты.

Для определения площади земельного участка используют два метода: разбивка на простые геометрические фигуры или применение прозрачной пленки с нанесенными квадратами – палетки.

Палетку накладывают на карту и посчитывают количество полных квадратов внутри участка, обозначим N₁. Затем подсчитывают количество квадратов N₂, через которые проходит граница участка. В результате площадь участка вычисляют по формуле:

S₀ = (N₁ + N₂), где S₀ — площадь одного квадрата палетки.

Если фигура имеет неправильную геометрическую форму, то её площадь можно определить тоже с помощью палетки, начертив контур этой фигуры на бумаге в клеточку или с помощью палетки. В этом случае площадь фигуры вычисляют по аналогичной формуле: S = (n + k) · S_кв, где n - количество целых квадратиков, k – количество нецелых квадратиков, S_кв - площадь одного квадратика.[2]

2.3. Проведение экспериментов по определению давления твердых тел.

Теоретические данные позволяют вычислить площадь опоры различных тел неправильной формы, а также давление, оказываемое ими на перпендикулярную поверхность.

Определим площадь опоры моей обуви (ботинки). Для этого был взят лист в клеточку, ученическая линейка. Площадь одной клеточки (квадратика) равна S_кв = 49 мм² = 0,000049 м².

Далее подсчитаем количество целых и неполных квадратиков, подставим в формулу для определения площади подошвы одного моего ботинка (Приложение 1):

S₁ = (n + k) · S_кв = (515 + ·111) · 0,000049 м² = 0,0279545 м² ≈ 0,028 м², а обоих S = 2 · 0,0279545 м² = 0,055909 м² ≈ 0,056 м².

Проведем несколько экспериментов, результаты измерений и вычислений будем заносить в таблицу 1, а фотофиксацию можно просмотреть в Приложении 2.

Эксперимент 1.

Цель: установить зависимость глубины погружения в снег тела разной массы.

Оборудование и материалы: весы напольные, я в зимней одежде и ботинках.

Масса моего тела в одежде равна 54 кг, вместе с рюкзаком – 59,5 кг.

Вес любого тела можно найти по формуле Р = m·g, где g = 9,8 .

Мой вес в одежде: Р = m·g = 54 кг · 9,8 = 529,2 Н, вместе с рюкзаком Р = 59,5 кг · 9,8 = 583,1 Н.

Вывод: глубина погружения в снег зависит от массы тела (его веса). Чем больше вес тела, чем глубже оно погружается в снег, тем больше давит на поверхность снега.

Эксперимент2/1.

Цель: установление зависимости давления от изменения силы (веса) при постоянной площади поверхности (подошва ног), на которую действует сила.

Оборудование и материалы: весы напольные, я в зимней одежде и ботинках, рюкзак.

Таблица 1

Результаты установления зависимости давления от массы тела

Определим давление, которое оказывает мое тело на поверхность снега, если стою на одной ноге: p = = = 18900 Па = 18,9 кПа.

Давление, которое мое тело с рюкзаком оказывает на поверхность снега, если стою на одной ноге равно: p = = = 20825 Па = 20,83 кПа.

Вывод: чем больше вес тела при неизменной площади опоры, тем большее давление оно оказывает на поверхность.

Эксперимент 2/2.

Цель: установление зависимость давления от переменной площади поверхности (опоры ног) при постоянной массе тела (без рюкзака на обоих ногах).

Оборудование и материалы: весы напольные, я в зимней одежде и ботинках.

Если стою на обоих ногах без рюкзака: p = = = 9450 Па = 9,45 кПа; с рюкзаком: p = = = 10412,5 Па ≈ 10,41 Па.

Вывод: при увеличении площади опоры давление, оказываемое телом на поверхность, уменьшается.

Эксперимент 3.

Цель: проверить справедливость полученных данных для других условий.

Оборудование и материалы: мое тело в ботинках, пластиковая круглая подставка радиусом 14 см, картонная прямоугольная подставка 36 , линейка ученическая.

Таблица 2.

Результаты зависимость давления от переменной площади опоры

Данные давления тела в ботинках взяты из предыдущих экспериментов.

Определим давление моего тела, стоящего на круглой подставке, приняв форму в виде круга:

p = ≈ 8 598,73 Па = 8,60 кПа.

Определим давление моего тела, стоящего на прямоугольной подставке:

p = = ≈ 7 538,46 Па ≈ 7,54 кПа.

Вывод: чем меньше площадь опоры, тем больше давление, оказываемое телом при постоянной весе тела.

2. 4. Технические характеристики танков различной модификации.

Известно, что одни и те же погодные условия осени-зимы в годы Великой Отечественной войны совершенно по-разному отражались на мобильности танковых войск СССР и Германии.

В условиях распутицы немецкие танки застревали в грязи. Грунтовые дороги, по которым они продвигались, не позволяли машинам проехать, они вязли в грязи. Советские танки Т-34 стремительно атаковывали застрявшие в грязи немецкие «пантеры», а также колонны снабжения, штабы и артиллерию. Они наносили удары и быстро исчезали, т.к. у них высокая проходимость. Этот факт отмечается и в нынешних боевых условия на Донбассе. Танки грязи не боятся! И это относится только к нашим танкам!

Чтобы разобраться в этом я изучил технические характеристики танков различных модификаций из интернет-источников [3] и собрал в таблицу 3.

Таблица 3.

Технические характеристики танков различных модификаций

2. 4. Проведение виртуального эксперимента по подтверждению справедливости фразы «Танки грязи не боятся».

Виртуальный эксперимент проведен в виде решения задач по определению давления танков на грунт с последующим анализом полученных результатов. Для этого были взяты данные из таблицы 3 и интернет-ресурсов. [4], [5]. Результаты вычислений собраны в таблицу 4.

Задача 1. Определение давления, оказываемое советским танком Т-34 на грунт. Масса танка равна 26,5 тонны, длина опорной поверхности гусеницы равна 3841мм, а ширина – 550 мм.

Задача 2. Определение давления, оказываемое фашистским танком «Пантера» на грунт. Масса танка равна 44,8 тонны, длина опорной поверхности гусеницы равна 2960мм, а ширина – 660 мм. (Приложение 3)

Вывод по задачам 1-2: Советский танк Т-34 оказывал на грунт, по моим расчетам, давление почти в два раза меньше, чем фашистский танк «Пантера». Наш танк более легкий и его опорная площадь больше. Поэтому он легко проходил по вязкой поверхности. Фраза «Танки грязи не боятся!» это о наших танках!

Задача 3. Определение давления, оказываемое российским танком Т-14 «Армата» на грунт. Масса танка равна 48тонн, длина опорной поверхности гусеницы равна 5491мм, а ширина – 600 мм. (Приложение 4)

Задача 4. Определение давления, оказываемое американским танком Абрамс М1А2 на грунт. Масса танка равна 63 тонны, длина опорной поверхности гусеницы равна 4575 мм, а ширина – 635 мм. (Приложение 5)

Задача 5. Определение давления, оказываемое немецким танком «Leopard 2» на грунт. Масса танка равна 63 тонны, длина опорной поверхности гусеницы равна 5030 мм, а ширина – 630 мм. (Приложение 6)

Таблица 4.

Сравнительная таблица результатов вычислений давления танков на грунт

Вывод по задачам 3-5: Современный российский танк Т-14 «Армата» оказывал на грунт, по моим расчетам, меньшее давление, чем американский и немецкий танки, участвующие в боевых действиях на Донбассе. Наш танк более легкий и его опорная площадь больше. Поэтому он опять легко проходил по вязкой поверхности. Фраза «Танки грязи не боятся!» это опять о наших танках!

2. Заключение

В ходе данной работы я познакомился с интересным материалом нового учебного предмета «Физика», изучил понятие давления, экспериментально установил зависимость между давлением и весом тела, давлением и площадью перпендикулярной поверхности.

Используя технические характеристики танков различной модификации, что лучше наших российских танков нет и не может быть! Чем легче танк и шире гусеницы (больше опорная площадь), тем он оказывает меньшее давление на поверхность грунта, а значит он не только неуязвим перед врагом, но и обладает невероятной проходимостью по нашему бездорожью.

Я еще раз убедился в справедливости фразы по отношению к нашим танкам «Танки грязи не боятся!»

Список использованных источников и литературы

1. Перышкин И.М. Физика 7 класс : учебник/ И.М.Перышкин, А.И.Иванов. – 2-е изд. стереотипное – Москва : Просвещение, 2022. – 240с.

2. Измерение площадей плоских фигур [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.fizika.ru/fakultat/index.php?theme=01&id=1230

3. Т-14 "Армата": тактико-технические характеристики и особенности танка. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ria.ru/20230227/armata-1854584669.html

4. Сравнение размеров Т-14 с другими ОБТ. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://topwar.ru/90555-sravnenie-razmerov-t-14-s-drugimi-obt.html

5. Ходовая часть танков, БМП зарубежного производства. Анализ конструкций танков и БМП США, Германии, Великобритании, Франции.[Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberpedia.su/9xb19e.html

Приложение 1.

Определение площади опоры методом палетки

Приложение 2.

Фотофиксация результатов проведения экспериментов

Приложение 3.

Схема танка «Пантера»

Приложение 4.

Схема танка «Армата»

Приложение 5

Схема танка «Абрамс»

Приложение 5.

Схема танка «Леопард 2»