Законы сохранения в механике

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Поленчик З.П. 1

---

1"Березиковская средняя школа"

Герман А.В. 1

---

1Березиковская средняя школа

Работа в формате PDF

470.8 KB

МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЁННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ТОГУЧИНСКОГО РАЙОНА «БЕРЕЗИКОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛА»

Экспериментальные исследования по теме

«Законы сохранения в механике»

Выполнил:

обучающийся 11 класса

Поленчик Захар Петрович

Руководитель проекта:

Герман Алла Викторовна

учитель физики

высшая квалификационная категория

2024

Оглавление

Введение

Классическая механика Ньютона описывает движение, как громадных космических объектов, так и макротел и частиц. Она позволяет рассчитать, как будет выглядеть движение этих тел или их частиц, отдельно друг от друга – если известны начальные положения и силы взаимодействия между ними. Также классическая механика является намного проще в понимании и использовании чем многие теории, и хорошо описывает реальность. Однако она не может определить возникновение сил упругости при деформации, переход вещества из одного агрегатного состояния в другое, увеличение давления газа и так далее.

Что касается «Законов сохранения в механике» - их значение огромно. Эти законы позволяют относительно простым путем, без рассмотрения действующих на тела сил и без отслеживания движения тел определять и решать ряд важнейших задач. А в тех ситуациях, когда законы механики Ньютона нет возможности применить, законы сохранения не теряют своего значения. Именно всеобщность и применимость к большинству явлений делают эти законы важными.

Еще великий французский философ, математик, физик и физиолог, основатель новоевропейского рационализма и один из влиятельнейших метафизиков Нового времени Рене Декарт ввел такое понятие как "количество движения". Он же высказал закон сохранения количества движения, дал понятие импульса силы: "Я принимаю, что во Вселенной... есть известное количество движения, которое никогда не увеличивается, не уменьшается, и, таким образом, если одно тело приводит в движение другое, то теряет столько своего движения, сколько его сообщает." Как один из основополагающих законов физики, он дал неоценимое орудие исследования ученым, ставя запрет одним процессам и открывая дорогу другим. Взрыв, реактивное движение, атомные и ядерные превращения — везде работает этот закон. Нам захотелось опытным путем убедиться в справедливости слов Р. Декарта, которые есть и в современных учебниках физики, а называем мы это, несколько измененное со временем утверждение, законом сохранения импульса.

Актуальность работы состоит в том, что законы сохранения в механике играют большую роль в формировании научного мировоззрения и в практическом применении в науке и в технике.

Объект исследования: законы сохранения в механике.

Цель данной работы: пути формирования исследовательской деятельности при изучении законов сохранения в механике

Для достижения сформулированной цели поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть особенности темы «законы сохранения в механике»

2. Рассмотреть имеющиеся варианты лабораторных работ по теме «законы сохранения в механике»

3. Сделать собственную разработку лабораторных работ, которые могут служить основой для экспериментальных исследований темы «законы сохранения в механике.

Глава 1. Теоретическая часть.

1.1.Законы сохранения в физике.

Механика — это очень обширная наука, отвечающая на многие вопросы. Считается, что основой классической механики служат законы Ньютона.

При правильном их применении можно решить любую задачу механики. Есть множество задач механики, которые до сих пор не решены, также как и значение законов Ньютона до сих пор не раскрыто полностью.

Там, где неприменимы данные законы, вступают законы сохранения в механике. Законы сохранения импульса и энергии, насколько сейчас известно, абсолютно точны, а также не имеют исключений.

Основные законы сохранения в классической механике:

Основой классической механики являются три закона Ньютона. Они устанавливают свойства тел, связи и взаимодействия внутри системы.

Далее следует закон сохранения импульса – следствие законов Ньютона для замкнутых систем. Однако данный закон выполняется не только для систем, на которые не действуют внешние силы. Он также справедлив для тех случаев, когда сумма всех приложенных сил равна нулю.

Закон сохранения энергии также является следствием законов Ньютона для замкнутых сил. Внутри системы, работа приложенных сил по любой замкнутой траектории будет равно нулю.

Движение в природе не возникает из ничего и не исчезает – оно передаётся от одного тела к другому. Результат взаимодействия тел зависит и от массы тел и от их скорости одновременно.

1.2. Организация экспериментальной деятельности.

Экспериментальная деятельность на уроках физики связана с решением творческих, исследовательских задач с заранее неизвестным решением и предполагающую наличие основных этапов, характерных для исследования:

 постановка проблемы;

 обсуждение и теоретическое решение проблемы;

 определение плана работы;

 опытная проверка решения проблемы (задачи);

 анализ и определение вывода.

Цель учебного исследования не только конечный результат, но и процесс, в ходе которого идет развитие творческих способностей, получения новых знаний, а также изменение мотивации.

Учебный лабораторный комплект «Механика» предназначен для выполнения лабораторных работ по механике курса физики средней школы.

Комплект состоит как из отдельных измерительных приборов (секундомер, динамометр), так и из специального оборудования (каретка, комплект датчиков, фрикционный блок и другие), которые компактно укладываются в двух ярусах ящика (рис. 1).

Рисунок 1. (Комплект «Механика»)

Данный набор оборудования и устройств обеспечивает не только выполнение всего цикла фронтальных лабораторных работ для основной школы и работ физического практикума для основной школы, в соответствии с действующими учебными программами по физике для общеобразовательных учебных заведений, но и для решения экспериментальных задач и творческих задач разного уровня

Глава 2. Практическая часть.

2.1. Традиционный способ проверки закона сохранения механической энергии.

Цель работы: научатся измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнивать два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной около 25 см.

Рисунок 2.

Ход работы:

1. Определяем вес шарика F₁=1 Н.

2. Расстояние l от крючка динамометра до центра тяжести шарика 40 см.

3. Максимальное удлинение пружины ∆ l=5 см.

4. Сила F=20 Н, F/2=10 Н.

5. Высота падения h= l+ ∆ l=40+5=45см=0,45м.

6. Е_р1=F₁х(l+ ∆ l)=1Нх0,45м=0,45Дж.

7. Е_р2=F/2х ∆L=10Нх0,05м=0,5Дж.

8. Результаты измерений и вычислений занесем в таблицу:

9. Оценим границы погрешности определения потенциальной энергии растянутой пружины и кинетической энергии шара.

Вывод: Опытным путем измерили потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины. При измерениях и вычислениях получили примерно одинаковые потенциальные энергии: Е_р1=Е_р2, что подтверждает выполнение закона сохранения энергии.

2.2. Собственная разработка закона сохранения импульса.

4.1.Проверка закона сохранения импульса.

Опыт №1

Цель работы: проверка закона сохранения импульса

Оборудование: штатив, наклонная плоскость, стальной шарик, деревянный брусок, пластилин, секундомер с датчиками.

Ход работы:

В данной работе производится неупругий удар двух тел разной массы. В результате их столкновения одно из тел приходит в движение и совершает работу трения по стальной поверхности. Зная, что работа сил трения и один из видов механической энергии эквивалентны друг другу, можно проверить закон сохранения энергии на основе сравнения двух величин.

Рисунок 3.

1. Собираем установку, из оборудования, описанного выше.

2. Определяем начальную высоту тела над поверхностью стола:

h=0,2м.;

3. Измеряем длина наклонной поверхности: l=0,15 м.;

4. Угол наклона данной плоскости к горизонту: α=30°.

5. Определяем расстояние между герконами: l=2,5 см =0,025 м;

В случае с законом сохранения импульса, взаимодействие тел делится на два части: до взаимодействия, и после.

6. Сначала определяем скорость шарика до столкновения с бруском. Определяется она при помощи закона сохранения энергии:

7. Вычисляем импульс шарика до столкновения: