Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
1 слайд
Левитация
Легкий шарик может удерживаться в воздухе направленной вверх воздушной струей.
Струя может наклоняться, но все еще поддерживать шарик.
Исследуйте эффект и найдите максимальный угол отклонения струи от вертикали, при котором шарик еще удерживается потоком.
Подготовила учитель физики Горловского лицея №47 “Старт”
2 слайд
План экспериментальной работы
- Исследование эффекта левитации .
Нахождение максимального угла отклонения струи от вертикали, при котором шарик может удерживаться потоком воздуха .
Оборудование
Шарик для пинг-понга
Аэродинамическая труба (фен)
Транспортир
Линейка
3 слайд
Левитация - явление, при котором предмет без видимой опоры «парит» в пространстве не притягиваясь к поверхности (земли, воды, пр.)
Для левитации необходимо наличие силы, компенсирующей силу тяжести. Источниками таких сил могут быть струи газа, сильные звуковые колебания.
В струе воздуха сила тяжести уравновешивается силой сопротивления воздуха
𝑭 𝒄 + 𝑭 т =𝟎
𝑭 𝒄 = 𝑭 т
𝑭 т
𝑭 𝑐
4 слайд
Струя воздуха может поддерживать легкий шарик (например мяч для настольного тенниса). Воздушная струя ударяется о шарик и не дает ему падать. Когда шарик выскакивает из струи, окружающий воздух возвращает его обратно в струю, т.к. давление окружающего воздуха, имеющего малую скорость, велико, а давление воздуха в струе, имеющего большую скорость, мало, согласно закона Бернулли.
Дополнительная подъемная сила может возникать из-за вращения мяча вследствие эффекта Магнуса, который проявляется и при полете закрученного бейсбольного мяча. (Нередко подъемную силу, возникающую в рассматриваемом случае, ошибочно объясняют уменьшением давления в воздушной струе вследствие движения воздуха. Это неправильное истолкование смысла уравнения Бернулли. На самом деле давление в свободно движущейся воздушной струе равно атмосферному. )
5 слайд
На шарик в потоке воздуха действуют силы
𝜶
𝑭 боковое
𝑭 т
𝑭 сопр
𝑭 т - сила тяжести
𝑭 сопр - сила сопротивления
𝑭 боковое - сила бокового действия
6 слайд
Из равенства 𝐹 с = 𝐹 т =6𝜋ηrV
𝐹 т =mg
6𝜋ηrV=mg
Скорость потока воздуха
V= 𝑚𝑔 6𝜋ηr
Для нашего теннисного шарика
M=2,7∙ 10 −3 кг 𝑟=20мм=2 ∙10 −3 м
V=5,85 ∙10 3 м с
При каких скоростях характер движения турбулентный
Сила любого сопротивления определяется формулой
𝐹 𝑐 =𝐶 𝜌 𝑉 2 2 S , где С=0,1-0,48 – для шара выбираем с=0,2
S=𝜋 𝑟 2
𝐶 𝜌 𝑉 2 2 ∙ 𝜋 𝑟 2 = mg
Оценим скорость потока
V= 1 2 2𝑚𝑔 𝜋𝐶𝜌
V= 1 2∙ 10 −2 м = 12,78 м с
Что реально и происходит.
К оси потока проходит приток воздуха со стороны. Из-за этого шар оказывается как-бы в ловушке, стараясь остаться на оси потока.
7 слайд
Измерим максимальный угол отклонения (с меньшей мощностью)
tgα = Н 𝑳
α ~27°
8 слайд
Измерим максимальный угол отклонения (с большей мощностью)
tgα = 𝑯 𝑳
α ~30°
9 слайд
Характер потока воздуха турбулентный. Когда струя воздуха отклоняется, шарик тоже меняет свое положение относительно вертикали. Если оценить скорости и давления, то на оси скорость большая, а давление маленькое, снаружи – скорость струи маленькая, давление большое. Возникающая боковая сила стремиться возвратить шарик в среднее сечение воздушного потока. При максимальном угле отклонения струи от вертикали этой силы недостаточно, и шарик падает.
10 слайд
Давление в свободно движущейся воздушной струе равно атмосферному. Если насадка на шланг сужается, то скорость воздушного потока увеличивается, а давление уменьшается. Таким оно остается и в струе , пока в нем не будет затянут окружающий воздух. Тогда давление станет равным атмосферному. Поперечная устойчивость шарика объясняется уменьшением давления в струе, обтекающей шарик.
В узких частях труб, где воздух движется быстрее, давление меньше, чем в широких и может быть меньше атмосферного.
𝑃= ρg 𝐿 2 4𝐻 1− 𝑆 1 𝑆 2 2 - динамическое давление;
S1-площадь воздушной струи,
S2- площадь поперечного сечения
L-отклонение струи сопла
H- высота струи
Для исследования зависимости величины угла α отклонения струи от вертикали при котором шарик еще держится потоком, используем формулу динамического давления.
11 слайд
Вывод
1)Для левитации необходимо наличие силы, компенсирующей силу тяжести. Источником такой силы может быть струя воздуха.
2)Шарик находится в струе воздуха согласно уравнения Бернулли, когда давление в свободно движущейся воздушной струе равно атмосферному.
3)Шарик удерживается в наклоненной струе при условии, что давление динамическое должно быть больше давлению атмосферному.
4)Расчеты показывают, что максимальный угол отклонения воздушной струи определяется формулой:
𝑡𝑔𝛼= 𝑃д. ∙𝐿 𝑝𝑔 1− 𝑆 1 𝑆 2 2
5) Практические и теоретические расчеты совпадают, можно сделать вывод, что значение максимального угла отклонения колеблется в пределах [25°-30°]
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
6 625 292 материала в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Выхрыстюк Нина Григорьевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материалВаша скидка на курсы
40%Курс повышения квалификации
72/108 ч.
Курс повышения квалификации
72 ч. — 180 ч.
Курс повышения квалификации
36 ч. — 180 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.