XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Инерция в велосипедном спорте и не только
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
-
ВВЕДЕНИЕ
Как и многие мальчишки, я люблю смотреть всякие передачи с опытами. В одной из таких передач, а именно в передаче «Галилео», я увидел очень интересный опыт с инерцией. Вам может показаться, что это магия, а это физическое явление, которое встречается в нашей жизни чуть ли не каждую минуту!
Инерция – это понятие из физики, которую мы будем изучать в старшей школе. Такого предмета у меня еще в школе нет. Предмета нет, а инерция вокруг есть. Вообще-то, страшно подумать сколько всего мы еще не знаем, не задумываемся: почему происходит тот или иной процесс, как он называется, чем полезен и чего надо опасаться…
Уже 4 года я занимаюсь велоспортом. Сейчас это олимпийский вид спорта BMXrace. Трасса для BMX race состоит из 3х виражей (это участи с крутыми поворотами) и 4 прямых с препятствиями (бугры с разной высотой).
Ехать по инерции - значит, абсолютно не используя педали и не воздействуя на велосипед. Так как инерция – это явление, сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел. Как вам кажется, можно ли здесь применить закон инерции? При таких поворотах и препятствиях, есть ли здесь такие участки, где можно ехать по инерции?
На самом деле таких участков здесь несколько, у нас даже есть такое задание «проехать весь трек «накатом». То есть весь трек мы проезжаем, абсолютно не прокручивая педали и не воздействуем на велосипед. Когда мне сказали об этом упражнении, я думал это нереально, но теперь понимаю, что всё это возможно благодаря инерции.
Стало интересно, в какой момент там возникает инерция и как я могу ее использовать
Таким образом, тема исследования:Использование силы инерции в велоспорте и в повседневной жизни.
Цель исследования: Выяснить, как использовать силу инерции себе на пользу.
Задачи:
1. Найти в книгах, спортивных инструкциях и интернет-источниках сведения об использовании инерции.
2. Под руководством тренера продолжить знакомиться с «хитростями» инерционной езды.
3. Подтвердить теоретические данные на практике на велосипедном треке.
4. Рассказать ученикам моего класса и ребятам школы о результатах своих исследований.
Методы моей исследовательской деятельности:
поиск и сбор информации, изучение литературных источников и интернет-ресурсов, эксперименты на велосипеде, анализ изученного и практическое применение.
Итак, я вывел для себя гипотезу.
Гипотеза: если человек не может изменить законы инерции, то он может и должен их знать и применять с пользой.
Практическое применение:
Данная работа может быть использована и быть очень полезна в спорте, в быту, на дорогах, а так же она способствует расширению кругозора.
План исследования:
1.Наблюдение
2.Выдвижение гипотезы.
3.Изучение информации
4.Проведение экспериментов
5.Оформление работы
6.Защита работы
II. Основная часть, практическая:
Исследование 1 Использование инерции для отдыха
Исследование 2 Тормозной путь
Исследование 3 Инерционный «серфинг» в велоспорте
Исследование 4 Инерция в автомобиле
Исходя из проделанной работы, формирование вывода.
Оформление работы и представление ее результатов: фото и видео проведённых исследований,презентация с поэтапным ходом и результатами исследования.
Приложение: фото, видео, презентация
Рефлексия: когда я узнаю что-либо новое, у меня улучшается настроение, мне становится интереснее жить. Я изучаю наш удивительный мир, полный загадок, которые таят необычные и неожиданные разгадки. Занятия велоспортом формируют характер, выносливость, внимание, ловкость и реакцию. Это скорость, драйв, огромные впечатления! Но самое интересное- научиться самому справляться с трудностями, научиться обходить препятствия и быть готовым к любым обстоятельствам. Предупреждён- значит вооружен!
II ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
«Ум заключается не только в знании,
но и в умении применить эти знания
на деле». Аристотель
-
-
Инерция. Что это?
-
П еред нами на столе лежит листок, а на листке- стакан с водой. Если медленно потянуть за листок, стакан, находясь на листке тоже будет двигаться вместе с листком. Но если листок потянуть быстро, рывком, то вся стакан останется на месте, несмотря на то, что листок из-под него был выдернут.
В науке физика это называется красивым словом инерция, что означает в переводе с латинского «inertia» -бездействие, неподвижность. Стакан движется вместе с листком бумаги т.к. на него действует сила трения. Но тот же стакан во втором случае остался в неподвижности, в покое, не успевая разогнаться до скорости листа, его скорость равна нулю. Инерция покоя- способность тела сохранять состояние полного механического покоя и сопротивляться любым внешним воздействиям.
В другом случае мы можем наблюдать шарик, находящийся внутри стакана в лежачем положении. Мы двигаем стакан по горизонтали, его донышко толкает шарик, но шарик неподвижен, он прижат ко дну стакана. Если стакан неожиданно остановить, то шарик выкатится из стакана в том самом направлении, в котором двигался стакан.
Здесь тоже мы видим закон инерции. Шарик продолжает двигаться с той же скоростью, что была у него вместе со стаканом.
Про такое движение говорят: движется по инерции. Он будет двигаться с той же скоростью пока его не остановит другая сила воздействия, к примеру, песок и кочки или рука.
Инерция - это такое физическое явление, при котором сохраняется скорость тела при отсутствии воздействия на него других тел. Иначе тело будет сохранять свою скорость, т.е. двигаться равномерно прямолинейно или находиться в покое.
Инертность – это свойство тела сопротивляться воздействию другого тела, не позволяющее ему мгновенно изменять свою скорость.
2.2 История открытия инерции
В наше время это объяснит любой школьник старшего возраста. Но так было не всегда.
В IV веке до н.э. ученый философ Аристотель считал, что естественным положением тела является покой, конечно, по отношению к Земле. Всякое же перемещение тела по отношению к Земле должно иметь причину – силу. Причина движения кроется в действии, оказываемом на данное тело каким-либо другим телом. Если же силы воздействия нет, то тело должно перейти в своё естественное состояние покоя. При этом в теории Аристотеля никак не объясняется факт, почему тело, двигающееся по неровной поверхности, останавливается гораздо быстрее, чем то же тело, двигающееся по гладкой поверхности. Эта теория главенствовала около двух тысяч лет.
О ткрытием истины мы обязаны в XVII веке великому итальянскому учёному Галилео Галилею, который установил, что равномерное прямолинейное движение может быть и при отсутствии действия каких-либо сил. Он утверждал, что если тело движется прямолинейно и равномерно, и нет сопротивления этому движению, оно происходит бесконечно. Галилео понял, что, если тело едет вниз по наклонной плоскости, это приводит к ускорению тела. Ежели тело едет вверх по наклонной плоскости, это приводит к замедлению скорости тела и торможению. Но если тело движется по горизонтальной плоскости, у него нет причин ни замедляться, ни ускоряться, оно пребывает в состоянии равномерного движения или покоя.
Э то открытие Галилея вошло в науку как закон инерции. Термин «инерция» впервые был применен в XVII веке астрономом Иоганном Кеплером, который придерживался точки зрения Аристотеля. Термин был использован для объяснения движения планет.
Формулировку инерции дал математик Рене Декарт в 1644 году, который считал движение по инерции основным видом движения. Физик и математик Исаак Ньютон включил это в свой Первый закон, который называется Законом инерции: «Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».
2.3 Инерция в повседневной жизни
Вы, наверное, думаете, что нас, обычных людей законы физики совершенно не касаются, что мы все очень далеки от науки? И что я, третьеклассник, могу знать о таких серьёзных вещах? Тогда я предлагаю вам рассмотреть ситуации, которые каждый день происходят в нашей жизни и задуматься.
Итак, вы в автобусе. Во время начала движения автобуса ваше тело наклоняется назад, а во время резкой остановки вас отбрасывает вперёд, в направлении движения автобуса.
В ы в автомобиле. При вождении автомобиля инерция является фактором, определяющим его движение. Когда автомобиль движется с постоянной скоростью, инерция помогает ему сохранять эту скорость, а при торможении или ускорении водитель должен преодолеть инерцию для изменения скорости.
Вы водитель грузовика. При повороте налево или направо ваш груз старается «выпрыгнуть» из машины в другую сторону.
В ы на прогулке. Даже в ходьбе или беге сила инерции играет роль. Например, когда вы начинаете бежать после стоянки, ваше тело сначала продолжает двигаться со скоростью стояния (инерция), и вы должны применить силу, чтобы изменить скорость. Поэтому нужны усилия, чтобы разогнаться, а потом другие усилия, чтобы остановиться.
Во время гололёда. Ваши ноги на скользком льду проехали вперёд, а тело не успело уйти из состояния покоя. И вот вы сидите на льду и потираете ушибленное место.
В ы собираетесь повернуть в другую сторону. У вас в руках тяжёлая сумка. Вам тяжело поворачивать по дорожке налево или направо, т.к. ваше тело собирается продолжить путь по прямой. Такой же эффект происходит, когда вы бежите и собираетесь завернуть за угол. Вам приходится делать серьёзные усилия, чтобы перенести тело в нужном направлении.
Вы торопитесь. Вполне возможно, что вы не заметили небольшое препятствие на пути, спотыкаетесь… Тело продолжает на большой скорости стремиться вперёд, и вот вы упали.
Вы играете в мяч. Вы пинаете мяч ногой, он, получив определённую скорость, летит в нужном направлении. Но, может быть, траектория сместилась и мяч летит не в ворота, а в окно? Ничего нельзя сделать! Движение мяча может остановить только ваш друг, который успел перехватить инициативу.
В ы на роликах. Как прекрасно скользить по ровной дорожке! Но случайно вы проехали по куче песка. Ролики застряли, движение затормозилось.
Как видите, не задумываясь, мы постоянно соприкасаемся с этим интересным законом. Использование знания о силе инерции помогает нам, обычным людям, более эффективно управлять своими движениями и не оказаться в неприятной ситуации.
-
-
Инерция в велоспорте
-
Без инерции не было бы многих видов спорта. В некоторых видах спорта, требующих от спортсмена проявления быстроты и выносливости, для поддержания работоспособности на необходимом уровне применяют особый технический прием - так называемое «выключение»: спортсмен использует инерцию для поддержания скорости передвижения, для чего несколько снижает активные усилия, обеспечивающие поступательную скорость. "Выключения" выполняют двоякую роль. Во-первых, они отодвигают наступление "запредельного торможения", возникающего как реакция ЦНС на сверхсильные и длительные раздражения; во-вторых, они создают паузы в привычной координации работы групп мышц -из-за переключений на иной режим работы - и этим содействуют появлению феномена "активного отдыха" - восстановления, пусть даже частичного - в ходе самой работы.
«Выключения» применяются во всех видах легкоатлетического бега. В лыжных гонках рабочие циклы чередуются с короткими периодами расслабленных движений. В скоростном беге на коньках производятся периодические "прокаты" - выключения в беге на вираже. Особенно используется этот приём в велоспорте.
Уже 4 года я занимаюсь велоспортом и могу поделиться наблюдениями именно в этом спорте.
Трековые велогонки- вид велоспорта, проходящий на велотреках или велодромах, ведёт свою историю с 1870 года. Это Олимпийский вид спорта. Трековые дисциплины делятся на две большие категории:
-спринтерские гонки
-темповые гонки.
Дистанция спринтерских гонок обычно составляет 8-10 кругов. В них ключевую роль играют силовая мощность гонщиков и тактики достижения победы на небольшом количестве кругов.
Темповые гонки проводятся на гораздо более длинных дистанциях. В первую очередь они проверяют способности гонщиков на выносливость, но также требуют технических навыков. Дистанции этих гонок варьируется от 12 до 16 кругов для гонок преследования и до 120 кругов для мэдисона (гонки на выносливость) на Чемпионатах мира.
Сила инерции играет значительную роль в велоспорте. Расслабления и выключения, без прекращения вращения педалей - так называемое «бессиловое педалирование», "инерционное педалирование", позволяющие экономить энергию, у велосипедистов представлены наиболее отчетливо. Здесь, более чем в других видах спорта, к этому имеется ряд предпосылок:
1. Стабильная рабочая поза: опора гонщика на седле, частичная опора на руках и на ногах;
2. Стабильная форма движений, определяемая фиксированной на седле посадкой, определенной длиной шатунов и положением стопы на педалях;
3. Инерция вращения нижних конечностей, связанная с равномерностью "мертвых точек" их звеньев;
4. Инерция вращательной системы велосипеда;
5. Общая инерция системы велосипед-велосипедист.
Когда велосипедист движется по прямой дороге, инерция сохраняет его скорость. Во время поворотов велосипедист должен применять силу к рулю, чтобы изменить направление движения, преодолевая инерцию. Также, при торможении, инерция велосипеда требует применения силы для замедления и остановки.
Я занимаюсь BMXrace. Для горных велосипедов и BMX сила инерции играет роль при преодолении препятствий и неровностей местности. Трасса для BMX race состоит из 3х виражей (это участи с крутыми поворотами) и 4 прямых с препятствиями (бугры с разной высотой).
Велосипедист использует инерцию своего тела и велосипеда, чтобы преодолеть барьеры. Речь идет о езде "накатом" в велоспорте или просто на велосипеде, инерция становится еще более важной. "Накат" – когда велосипедист движется с высокой скоростью без применения силы педалирования или с минимальным ее использованием.В этом случае мощь инерции становится главным союзником:
Во-первых, благодаря инерции райдер может сохранить высокую скорость, даже когда перестает педалировать. Это экономит его энергию, поскольку использование уже созданной скорости позволяет продолжить движение.
Во-вторых, инерция становится инструментом управления скоростью и маневрами. Небольшие изменения угла наклона велосипеда позволяют легко корректировать направление движения без необходимости дополнительного усилия.
Вот как инерция применяется в этом случае:
Сбережение энергии: Когда велосипедист набирает скорость и затем перестает педалировать, инерция сохраняет его движение. Это позволяет сберечь энергию, так как велосипедист использует энергию, которую уже вложил в создание скорости, чтобы продолжить движение.
Управление скоростью и маневрами: Велосипедист может использовать инерцию для управления своей скоростью и выполнения маневров. Например, изменение угла наклона велосипеда позволяет изменить направление движения без дополнительного педалирования.
Эффективное использование террейна (езда по пересечённой местности): Велосипедист может использовать накопленную инерцию, чтобы легче преодолевать возвышения или двигаться по наклонной поверхности.
Таким образом, оптимальное использование инерции помогает велосипедисту эффективно преодолевать неровности местности и преодолевать возвышения.
Таким образом, при езде "накатом" велосипедист мудро расходует энергию, используя силу инерции в своих интересах.
III ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Итак, у меня возникло предположение.
Гипотеза:Если человек не может изменить законы инерции, то он может и должен их знать и применять с пользой
Чтобы ответить на свой вопрос, я провел своё исследование.
Исследование 1Использование инерции для отдыха
В велосипедном спорте инерция применяется очень часто и с большой эффективностью. Например, с помощью нее спортсмен может отдохнуть и набраться сил. Я провел эксперимент, чтоб проверить как работает инерция с велосипедом.
-Ход работы:
- Крутим педали велосипеда. Что происходит? Колеса начинают вращаться.
- Через некоторое время отпустим педали и видим, что колесо продолжает вращение.
То есть спортсмен перестает крутить педали, а велосипед продолжает двигаться.
-Вывод: Инерция позволяет спортсмену преодолеть утомление, зная закон инерции можно иметь преимущество над соперниками.
Интересный факт: Благодаря знаниям инерции одноногий спортсмен Ян Спарре выигрывал индивидуальные гонки в юношеской группе у своих сверстников. Он делал 15-20 оборотов крутя педали и 2-3 инерционных.
Исследование 2 Тормозной путь
Тормозной путь автомобиля - это путь, пройденный с начала срабатывания тормозов (торможения) до полной остановки автомобиля.
Тормозной путь, в том числе, зависит от поверхности на которой происходит торможение, чем меньше сопротивление дороги, тем дольше действует инерция.
-Ход работы:
На практике был протестирован автомобиль, движущийся со скоростью 50 км/ч при полном нажатии тормоза:
|
Дорога |
Тормозной путь до полной остановки |
|
сухая |
16 метров |
|
мокрая |
21 метр |
|
лед |
82 метра |
Вывод: при переходе дороги нужно всегда смотреть по сторонам и оценивать ситуацию на дороге, потому что автомобиль останавливается не мгновенно. Особенно если вы видите, что дорога мокрая или покрыта льдом, оценивайте расстояние до машины.
Исследование 3 Инерционный «серфинг» в велоспорте
В BMX-race есть такое понятие «серфить», то есть преодолевать преграду перепрыгивая ее. Данный элемент так же основан на действии инерции.
- Ход работы:
Путем визуального наблюдения мы сравнили езду спортсмена, умеющего выполнять данный трюк и не владеющего этой техникой. Спортсмен умеющий «серфить» неоднократно обгонял велосипедистов без данного навыка.
Вывод: Зная закон инерции, можно опережать конкурентов в гонке
Исследование 4 Инерция в автомобиле
З акон инерции действует на нас, даже когда мы об этом не задумываемся, Я всегда отношусь ответвлённо, когда папа просит пристегнуться. Но решил попробовать, а что будет если я не воспользуюсь ремнем безопасности во время поездки.
-Ход работы:
Во время поездки произошло резкое торможение, в результате которого я по инерции подался вперед и даже уперся впереди стоящее кресло, когда мы повторили то же самое уже с пристегнутым ремнем, то он удержал меня на месте.
-Вывод: необходимо учитывать закон инерции при поездках на автомобиле, чтобы избежать увечий
Выводы
Исходя из проделанной работы, можно сделать выводы:
1. Зная закон инерции, можно применять себе его на пользу, опередить конкурентов на велотреке, отдохнуть во время тренировки.
2. Инерция действует на нас хотим мы того или нет, учитывая ее, мы, в том числе, сохраняем себе жизнь
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вспомним нашу Гипотезу: Если человек не может изменить законы инерции, то он может и должен их знать и применять с пользой
Действительно, благодаря инерции райдер может сохранить высокую скорость, даже когда перестает педалировать. Это экономит его энергию, поскольку использование уже созданной скорости позволяет продолжить движение. Инерция становится инструментом управления скоростью и маневрами. Небольшие изменения угла наклона велосипеда позволяют легко корректировать направление движения без необходимости дополнительного усилия
Итак, я нашёл в книгах, спортивных инструкциях и интернет-источниках сведения об использовании инерции. В течение всех тренировок я под руководством тренера знакомлюсь и стараюсь применять «хитрости» инерционной езды. Мы с вами подтвердили теоретические данные на практике на велосипедном треке, что я с удовольствием вам и рассказал.
Таким образом, с помощью теоретического изучения данной темы и ее практического подтверждения и была достигнута основная цель исследования.
Список используемых источников:
1 book_04_2016_0.pdf
2 https://ru.wikipedia.org/wiki/Инерция
3 https://skysmart.ru/articles/physics/inerciya
4 https://foxford.ru/wiki/fizika/inerciya-massa?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F
5 https://www.yaklass.ru/p/fizika/7-klass/dvizhenie-i-vzaimodeistvie-tel-11864/chto-takoe-inertciia-11867/re-14ea537f-7729-4fa1-adc7-35d5f1ebdfb3