IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Сила есть....
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение.
Если бы мы устроили конкурс на лучшее продолжение фразы «Сила есть», то как вы думаете, какой из ниже перечисленных вариантов победил:
Произведение массы тела на его ускорение (И. Ньютон)
Мера взаимодействия тел (А. Перышкин)
Имя существительное женского рода, единственного числа (учитель русского языка)
Ума не надо (народная мудрость).
Статистика опросов показывает, что 7 из 10 корреспондентов отдают предпочтение 4 варианту. Так, действительно, если есть сила, нужен ли ум? Как показывает наш проект нужен не только ум, но еще и паяльник, сверла, дрель, кусок полудюймовой трубы, олова… Да! Еще желательно кислота и обязательно баллончик с краской! Без него никак — ведь не повезешь же на конкурс некрашеный прибор! Если есть сила её надо измерять. Величина силы измеряется, как известно, динамометром. Российская промышленность предлагает школам следующие модели демонстрационных динамометров : ДД, артикулы 4434, ПИШ 00033, 403060 выпускаемых согласно технических условий ТУ79РФ 529 – 03. Модели отличаются размером, цветовым исполнением, ценой деления и набором дополнительного оборудования. Ценовой коридор приборов от 2300 до 3900 рублей. Целью нашей работы является расширение возможностей демонстрации и измерения сил динамометрами.
Актуальность работы заключается в том, что предлагаемое нами изменение конструкции штатного школьного демонстрационного динамометра позволяет значительно расширить его именно демонстрационные возможности, чего подчас так не хватает в современной школе. При этом предлагаемые изменения конструкции реализуются возможностями обычной школьной мастерской без ощутимых (что крайне важно) материальных затрат.
Научная новизна работы заключается в разработке оригинальной конструкции прилагаемой к штатному демонстрационному динамометру позволяющей измерять и наглядно демонстрировать величины быстро изменяющихся значений измеряемых сил. Предлагаемая конструкция согласуется с любой из перечисленных выше моделей динамометров.
2. Основная часть.
2.1. Устройство и принцип действия прибора.
Область применения демонстрационного динамометра можно значительно расширить путем установки на нем фиксирующей стрелки, подобной тем, какими снабжены многие технические динамометры.
Вырезанная из тонкой жести стрелка 1 (смотри сборочный чертёж), по длине равная стрелке динамометра, припаивается к шайбе 2, укрепленной на стержне 3, диаметром 3-4 мм и длиной 15-18 мм, имеющем резьбу. В центре покровного стекла 4 динамометра просверливается отверстие (штатное стекло при этом заменяется органическим такого же размера), в которое вставляется стержень 3 так, чтобы он мог свободно вращаться. Фиксирующая стрелка удерживается в любом положении небольшой силой трения, которая возникает между стеклом и шайбами 2 и 5. Для регулирования величины трения на стержень надевается пружинка 6, изготовленная из стальной проволоки диаметром 0,5 мм и имеющая 4 — 5 витков, сжимаемая при помощи гаек 7 и 8.
При измерениях стрелка динамометра 9, действуя на штифт 10, имеющийся на фиксирующей стрелке, движет последнюю перед собой. Фиксирующую стрелку можно устанавливать как справа, так и слева от стрелки динамометра.
При использовании фиксирующей стрелки показания динамометра бывают несколько занижены, но это мало отражается на результатах измерений. С описанным динамометром можно поставить следующие демонстрации.
2.2. Демонстрации.
2.2.1.Силы натяжения нитей.
Натяжение нити при неравномерном движении подвешенного груза. На крючок динамометра подвешивается укрепленный на нити груз (маятник). Маятник отводят от положения равновесия и отпускают. Фиксирующая стрелка покажет силу, большую чем вес груза при прохождении им положения равновесия.
2.2.2.Сила удара.
Демонстрация силы удара падающего груза. Динамометр, снабженный прилагаемым к нему чашкой, укрепляется на штативе. Подняв над чашкой на высоту 12 — 15 см грузик, свободно опускают его. Фиксирующая стрелка отметит силу, действовавшую при ударе, почти в 20 раз (в данном случае) большую веса грузика.
Если на столик положить слой ваты толщиной 0,025 — 0,03 м и опустить грузик с такой же высоты, то динамометр покажет силу удара приблизительно в 2 раза меньшую, чем в первом случае.
Если же на столик динамометра положить металлическую пластинку, то при ударе того же грузика, опущенного с той же высоты, показание фиксирующей стрелки динамометра будет в 9 — 10 раз меньше, чем в первом опыте. Как видим у этого опыта есть варианты.
2.2.3.Силы и направление движения.
Демонстрация действия сил при изменении направления движения. На небольшую деревянную планку подвешивают на нитях маятник Максвелла. Планку с маятником укрепляют на стержне динамометра.
Навивая нити на ось маятника, поднимают диск на высоту 30 см и затем отпускают. В нижней точке направление скорости поступательного движения диска меняется на противоположное. При этом стрелка динамометра фиксирует вызвавшую изменение направления скорости силу. Величина же скорости почти не меняется, на что указывает подъем диска приблизительно на ту же высоту, с которой начался его спуск.
При измерении сил в опытах по статике фиксирующую стрелку следует повернуть в верхнее положение.
2.2.4.Силы при движении по окружности.
Демонстрация действия сил при движении тела по фрагменту окружности.
Шарик пускается по направляющим, изготовленным из двух металлопластиковых труб диаметром 0,5 дюйма и согнутых в виде фрагмента окружности. В нижней точке траектории движения наблюдаем перегрузку. Конструкция позволяет менять радиус кривизны фрагмента окружности и наблюдать изменение величины перегрузки.
2.2.5.Силы реакции опор при движении вверх-вниз.
Установив на верхний шток динамометра металлическую чашку кладут в неё металлический шарик и резко поднимают прибор вверх. Наблюдают явление перегрузки. Повторяют опыт, установив предварительно фиксирующую стрелку с другой стороны от стрелки динамометра, прибор опускают вниз. Показание фиксирующей стрелки теперь меньшее, чем вес груза.
Нужно обратить внимание на то, что в начале подъема движение ускоренное, а перед остановкой замедленное.
Далее можно показать, что сила реакции опоры тем больше веса груза, чем быстрее начинается подъем, и тем меньше, чем более быстро происходит остановка.
3. Заключение.
Предлагаемый нами прибор позволяет:
Отследить и сделать видимыми силы, действующие на тело, движущееся по окружности.
Отследить силы натяжения нитей при неравномерном движении тела.
Отследить силы удара, падающих тел.
Сделать «видимыми» силы, действующие на тело при движении вертикально вверх-вниз.
И самое главное провести урок максимально наглядно и интересно.
Список источников информации:
Д.Джанколи. Физика: В 2-хт. 1:Пер. с англ.-М.: Мир, 1990.-656с.,ил
Г.С.Ландсберг. Элементарный учебник физики. –М.:Наука.,1999.-643с.
Кл.Э.Суорц . Необыкновенная физика обыкновенных явлений: Пер. с англ. В 2-х т.-М.: Наука., 2000.-400с., ил.
А. В. Перышкин. Физика-9- М.: Просвещение., 2010.
http://prezentacii.com/po-fizike - коллекция презентаций по физике.
http://ppt4web.ru/fizika - коллекция презентаций по физике.
http://school-collection.ru - единая коллекция цифровых образовательных ресурсов.