Влияние давления воздуха на высоту отскока мяча

VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Влияние давления воздуха на высоту отскока мяча

Чернышев Г.С. 1
1ГБОУ Школа 2120
Вагидова З.Р. 1
1ГБОУ Школа 2120
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Мяч – одна из самых любимых игрушек мальчишек разного возраста. Существует много игр с мячом таких как футбол, волейбол, баскетбол, гольф. Для каждой игры – свой мяч. Мы знаем, что внутри любого мяча находится воздух. Следовательно, возникает вопрос: почему не все мячи отскакивают?

Актуальность: мяч – один из важнейших атрибутов игр. Знание свойств и видов мячей помогает при их выборе. Каждый человек должен иметь представление о физических явлениях и законах, с которыми непосредственно сталкивается в повседневной жизни с детства.

Цель – исследование влияния давления в мяче на высоту прыжка на высоту первого отскока.

Объект – баскетбольный мяч.

Предмет – давление воздуха в мяче.

Для реализации названной цели необходимо было решить ряд задач:

1. Собрать литературу по данной теме;

2. подобрать методы исследования;

3. изучить историю возникновения мяча, его разновидности;
4. узнать, в какие спортивные игры играют с мячом;
5. провести эксперимент, объясняющий, почему мяч прыгает на разную высоту, после того как меняется количество воздуха в нем;

6. сделать выводы.

Благодаря следующим методам, было выполнено исследование:

- работа с интернет-источниками;

- работа с литературой;

- анализ;

- сравнение.

Приступая к исследованию, мы выдвинули следующую предположение: если выпустить воздух из мяча, он будет подпрыгивать ниже.

Проблемный вопрос нашего исследования заключается в следующем: как количество воздуха в баскетбольном мяче влияет на высоту его подпрыгивания? Как баскетболисты определяют, сколько воздуха должно быть в баскетбольном мяче для игры?

Новизна и практическая значимость нашего исследования в целом состоит в выборе мяча в качестве объекта исследования.

1. Теоретическая часть.

1.1. Связь с историей и наукой

В энциклопедии «Я познаю мир» рассказывается, что мяч — одна из самых древних и любимых игрушек всех стран и народов. В Древней Греции он считался самым совершенным предметом, так как имел форму солнца, а значит (так думали греки) обладал его волшебной силой. Мячи они шили из кожи и набивали каким-нибудь упругим материалом, например, мхом или перьями птиц. А позже догадались надувать кожаный мяч воздухом. Такой мяч назывался «фоллис». Небольшие фоллисы использовали для ручных игр, а мячами больших размеров играли в игры типа футбола. Изображения мячей обнаружены на стенах египетских гробниц, а при раскопках захоронений фараонов найдены и они сами, сшитые из полосок кожи либо из коры деревьев, а иногда выполненные из песчаника. Командные игры египтян с этими предметами посвящались богам, каждая команда представляла интересы группы небожителей, мяч загонялся в ворота изогнутыми палками. [1]
И в Древнем Китае играли в мяч, например, пиная его ногой. Игра со временем стала любимым народным развлечением, а во II веке до н.э. вошла в обязательную программу торжественного празднования дней рождения императора. Тогда же кожаные мячи вместо набивания перьями птиц и волосом животных научились наполнять воздухом, разработали правила и на игровом поле стали устанавливать ворота. Победителей чествовали цветами, награждали ценными подарками, а проигравших били бамбуковыми палками.
В древней Японии тоже не обходились без мяча. При императорском дворе проводились командные игры по забиванию мяча в ворота за определенное время (отмеряемое по песочным часам), во время перебрасывания он не должен был касаться земли.
В России мячи были разные. В раскопках под Новгородом нашли мячи разных размеров, сшитые из кожи. Ими играли дети в XIII веке. Крестьянские дети играли легкими мячиками из бересты или тяжелыми мячами, туго свернутыми из тряпок. Сохранились даже сведения об одной из игр: ставили в ряд куриные яйца и выбивали их мячом. В подмосковном Хотьковском девичьем монастыре шили мячики из мягких подушечек, а внутрь вкладывали камушки, завернутые в бересту, — получался одновременно мячик и погремушка. Кстати, происхождение слова «мяч» связано со словами «мягкий, мякоть, мякиш». То есть мяч — это мягкий шар.

Современные мячи различаются по размерам и назначению. Разные мячи применяются для игры в волейбол, баскетбол, футбол, теннис, водное поло, регби и другие игры.

У каждой из них — своя история. Название игры в баскетбол получилось из английских слов «баскет» — «корзина» и «ball» — «мяч». Эту игру придумал спортивный инструктор одного из американских университетов Д.Нейсмит в 1891 году. По его указанию под потолком спортивного зала прибили большую корзину для фруктов и в нее забрасывали мяч. Когда игрокам надоело каждый раз лазить за мячом, кому-то пришло в голову просто выбить у корзины дно. Сначала баскетболисты пользовались кожаными мячами, а потом перешли на резиновые.

Баскетбольный мяч должен иметь сферическую форму и быть установленного оттенка оранжевого цвета с традиционным рисунком из восьми вставок и чёрных швов. Масса мяча (официально принятого размера 7) составляет 567-650 г., окружность 750-780 мм. Используются также и мячи меньших размеров: в играх мужских команд используются мячи «размер 7», в играх женских команд - «размер 6», в матчах по мини-баскетболу - «размер 5».

1.2. Определение понятий

Работая со словарем С.И. Ожегова, мы узнали, что мяч – это предмет для игры сплошной или полный внутри шар из упругого материала, при ударе отскакивающий от твердой поверхности. [2]

Давление - это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

Единица давления – Паскаль (Па). Используя также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа) 1 кПа = 1000 Па 1 Па = 0,001 кПа 1 гПа = Па 1 Па = 0,01 гПа

Сила, возникающая в теле в результате его сжатия и растяжения (деформации) стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называется силой упругости.

По данным свободной энциклопедии «Википедия» упругость – это свойство твёрдых материалов возвращаться в изначальную форму при упругой деформации. Твёрдые предметы будут деформироваться после приложенной на них силы. [3]

Размер баскетбольного мяча

В первую очередь при выборе мяча стоить обратить внимание на размер баскетбольного мяча. Размер 7 означает, что у Вас в руках мяч, который подходит для мужчин. Его вес может колебаться от 567 до 650 грамм. Размер 6 прежде всего используется в играх подростков до 16 лет и взрослых женских команд. Помимо длинны окружности, уменьшена и его масса - от 510 до 567 грамм. Размер 5 официально подходит для тренировок и игр юниорских команд, имея вес 470-500 грамм. Безусловно, в своей тренировке Вы можете использовать ту размерность мяча, которая есть у Вас под рукой. Научившись обращаться с размером 7, Вы с большей вероятностью сможете легко освоить размер 6. К сожалению, обратная зависимость не всегда работает.

2. Практическая часть

В практической части нам необходимо было решить следующие задачи:

-определить, как меняется высота, на которую подпрыгивает баскетбольный мяч при изменении в нём давления воздуха;

-построить график на основании полученных данных;

-сделать выводы на основании полученных данных.

У разных производителей давление измеряется в разных единицах, psi (фунт на квадратный дюйм), bar (единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере), kgf/cm² (один килограмм силы на квадратный сантиметр), кПа (килопаскаль). В Соединенных Штатах Америки давление внутри мяча принято измерять в фунтах на квадратный дюйм (фунт/дм2).

Мы экспериментировали с количеством воздуха в баскетбольном мяче, но для измерения, которые использовали единицы, которые приняты в нашей стране, а именно килопаскали (кПа).

Мы изменяли количество воздуха в баскетбольном мяче, а затем при помощи датчика расстояния измеряли, как высоко подпрыгивает мяч.

Материалы и оборудование:

-Компьютер с установленной на нём программой Logger Lite;

-Адаптер Go!Link;

-Датчик давления газа;

-Датчик расстояния;

-Баскетбольный мяч;

-Пробка с иглой, штоком и трубкой;

-Измерительная линейка.

Наш эксперимент был проведён согласно следующему алгоритму:

Для настройки датчиков на сбор данных необходимо:

Проверить подключение датчика расстояния к компьютеру.

Установить переключатель датчика расстояния в положение Normal.

Убедиться, что датчик давления подключен к адаптеру, а адаптер – к компьютеру.

Запустить программу Logger Lite.

Открыть файл для данного эксперимента AirBall (Воздушный мяч).

Затем проделали следующее:

Взяли баскетбольный мяч.

Обнулили датчик давления, нажав кнопку Обнулить на панели инструментов. Далее датчик измерил давление так же, как и измерительный прибор на велосипедном насосе.

Смочили иглу, прикреплённую к датчику давления, и вставили её в мяч.

Зафиксировали данные в первую строку столбика «Фактическое давление» таблицы данных.

Прикрепили датчик расстояния на высоте 2,3 м.

Для сбора данных сделали следующее:

Держали мяч прямо под датчиком так, чтобы пространство между мячом и датчиком было около 15 см.

Нажали кнопку Сбор данных. Услышав пощёлкивание датчика, выпустили мяч из рук, чтобы он ударился об пол и отскочил. Не нужно бросать мяч с силой!

Далее нажали кнопку Просмотр, чтобы определить положение пола относительно датчика и расстояние до мяча на вершине отскока мяча №1. Записали полученные данные в таблицу.

Далее мы поэтапно снижали давление в мяче:

Смачивали иглу, прикреплённую к датчику давления, и вставляли её в мяч.

Наблюдали за показанием давления на экране.

Выпустили немного воздуха.

Следили за показанием давления на экране, пока оно не снизится на 20 кПа (для первого раза давление понизится с 124,88 кПа до 105,79 кПа).

Когда давление упало на 20 кПа, закрутили соединительный наконечник, чтобы воздух больше не выходил.

Записали значение во вторую строчку столбика «Фактическое давление» таблицы данных.

Повторили действия шагов 3-7 для 80 кПа, 60 кПа и т.д., пока не дошли до опыта, в котором давление было 5 кПа.

Таблица полученных данных (графики представлены в приложении):

Высота сброса 2,321- расстояние до мяча 0,214 м= 2,107

эксперимента

Нижняя точка

Вершина отскока

1

Высота отскока №1 = расстояние до пола – вершина отскока №1

Давление

1

2,073

0,714

1,359

124,88

2

2,038

0,834

1,204

105,79

3

2,075

0,914

1,161

80,1

4

2,074

1,003

1,071

60,1

5

2,044

1,154

0,890

40,1

6

2,075

1,344

0,731

20,1

7

2,080

1,5

0,580

10

8

2,074

1,584

0,490

5

Выводы:

Прослеживается закономерность изменения высоты отскоков при снижении давления в мяче – высота отскоков снижается. Самое низкое давление воздуха в мяче, допустимое для игры в баскетбол: 80 кПа.


Заключение

Какая тренировка по баскетболу без главного атрибута игры – баскетбольного мяча? Именно баскетбольный мяч дает нам возможность наслаждаться игровым процессом во всем его многообразии.

Часто при накачивании баскетбольного мяча возникает вопрос, накачать его сильнее или слабее. Приходится прибегать к помощи Интернета в поисках информации относительно этого вопроса. Мы решили ответить на вопрос, какое же оптимальное давление должно быть в баскетбольном мяче, так как при неправильном уровне давления повышается износостойкость камеры, которая может просто не выдержать и лопнуть; возникает травмоопасность; непредсказуемая траектория полета. Самое низкое давление воздуха в мяче, допустимое для игры в баскетбол: 80 кПа.

Наше исследование было проведено с использованием компьютерной программы Logger Lite, адаптера Go!Link, датчика давления газа, датчика расстояния.

Для достижения цели были поставлены задачи, которые были успешно решены. Для начала была собрана литература по данной теме. Её анализ представлен в теоретической части.

Приступая к практической части, мы определили методы исследования. Благодаря им, было проведено наше исследование «Влияние давления воздуха на высоту отскока мяча».

Гипотеза, которая была выдвинута нами в начале работы, подтвердилась.

Выполнив данное исследование, мы разработали памятку для любителей игры в баскетбол (Приложение 2).

Список используемой литературы:

Я познаю мир. Спорт: дет. энциклопедия. – М.: АСТ: Астрель: Транзиткнига, 2006 – 382.

Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка, М.: ООО «А ТЕМП», 2008.стр.810

[Электронный ресурс] Режим доступа: Википедия - Загл. с экрана

[Электронный ресурс] Режим доступа: https://sportyfi.ru/basketbol/myach/kak-nakachat/ Загл. с экрана

Приложение 1

Эксперимент 1

Высота

Давление

Эксперимент 2

Высота

Давление

Эксперимент 3

Высота

Давление

Эксперимент 4

Высота

Давление

Эксперимент 5

Высота

Давление

 

Эксперимент 6

Высота

Давление

Эксперимент 7

Высота

Давление

Эксперимент 8

Высота

Давление

 

Приложение 2

Памятка при накачивании баскетбольного мяча

Следует помнить:

На давление в мяче достаточно сильно влияет температура окружающей среды и атмосферное давление.

Накачивать мяч лучше непосредственно там, где планируется проведение игр или тренировок.

Мяч нужно накачивать правильно! Перед накачкой нужно потрясти мячик, чтобы камера оказалась в вертикальном положении, ниже отверстия клапана. После чего накачать его.

Просмотров работы: 488