Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Селезянская средняя общеобразовательная школа»

Еткульского муниципального района Челябинской области

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема проекта:

Давление твердых тел: лыжи или коньки?

 (исследовательский проект)

 

 

 

 

 

 

Автор проекта: Ефимов Александр Юрьевич,

обучающийся 7 класса МБОУ «Селезянская СОШ».

 

Наставник проекта: Ващенко Татьяна Ивановна,

учитель физики.

 

 

 

 

 

с.Селезян

2020 год

 

 

Содержание

 

Аннотация наставника	3
Введение	4
1.      Теоретическая часть
1.1. Что такое давление твёрдых тел?	5
1.2. Способы уменьшения и увеличения давления	6
1.3. Решение задач про давление твёрдых тел (Как давление зависит от площади опоры?)	7
2.      Практическая часть. Отчёт о проведённых исследованиях
2.1. Опыт 1	8-9
2.2. Опыт 2	10-11
2.3. Опыт 3	12-13
Заключение	14
Список литературы	15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация наставника

Данный проект является исследовательским.Автор исследует зависимость давления твёрдых тел от площади опоры. Значимость данных исследований достаточно велика, так как такую физическую величину как давление приходится учитывать во многих сферах жизни и деятельности человека: в строительстве, в сельском хозяйстве, в медицине, в быту (фундамент здания, широкие шины автомобилей, шасси самолётов, лезвия режущих инструментов).  Давление играет огромную роль и в природе – это острые когти и зубы хищных животных, жало осы, шипы и колючки растений. Найдя и переработав много интересного материала по теме, автор заинтересовался вопросом зависимости давления твёрдых тел от площади опоры, перпендикулярной силе давления. Для исследования данной зависимости автор провёл несколько опытов, позволяющих с математической точностью  рассчитать давление.

Проект может быть полезен  на уроках физики при изучении темы «Давление», на уроках труда при работе с режущим инструментом, а также во внеурочной деятельности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Актуальность темы

Данный проект является очень значимым для каждого человека.

Темой моего проекта стало давление твёрдых тел. Почему я взял для исследования именно эту тему?

Я взял именно эту тему, потому что мы очень часто встречаемся с давлением твёрдых тел, но не замечаем его.

Давление твёрдых тел играет важную роль и в быту, и в природе, и, конечно, на производстве, особенно в сфере строительства (например, нож у повара, гусеницы на танке, фундамент здания, когти и зубы у животных, лыжи, коньки).

В процессе изучения темы у меня возникли вопросы, которые я систематизировал и решил по ним провести исследовательскую работу.

- Что такое давление?

- Как изменять давление?

Цель проекта: выяснить, как зависит давление от площади, перпендикулярной силе давления.

Задачи проекта:

1.      Рассмотреть в литературе и Интернет-ресурсах информацию о давлении твёрдых тел и о том, как вычислить давление.

2.      Провести исследования.

3.      Подготовить продукт проекта(отчёт о проведённых исследованиях).

Методы и приёмы:

ü  сбор информации

ü  работа с литературой

ü  обработка собранной информации

ü  проведение экспериментов

ü  выводы

 

 

 

 

 

1.     Теоретическая часть

1.1.Что такое давление твёрдых тел?

                Давление – величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

                Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь опоры.

 

p = F/S

 

p –давление

F –сила

S –площадь

Давление в системе СИ измеряется в Паскалях. Единица измерения названа в честь французского учёного Блеза Паскаля.

 

1Па = 1Н/м²

 

                

1.2.  Способы уменьшения и увеличения давления

 

Способы увеличения давления твёрдых тел

 

Чтобы увеличить давление нужно, уменьшить площадь опоры или увеличить вес твёрдого тела.

Чем меньше площадь опоры, тем больше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

 

Примеры увеличения давления

 

Когда необходимо, чтобы давление было большим, площадь опоры уменьшают, и тем самым увеличивают давление. Лезвие режущих и остриё колющих инструментов остро оттачивают. Острое лезвие имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создаётся большое давление. Так, резать хлеб острым ножом легче, чем тупым; копать легче острой лопатой, чем тупой.

 

 

Способы уменьшения давления твёрдых тел

 

Чтобы уменьшить давление нужно, увеличить площадь опоры или уменьшить вес твёрдого тела.

Чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

Примеры уменьшения давления

 

В технике и в посведневной жизни часто встречаются случаи, когда давление должно дыть небольшим. Например, сельскохозяйственные машины не должны сильно давить на почву, чтобы не разрушать её структуру; поэтому комбайны  и сеялки делают с большими колёсами, а тракторы – на гусеничном ходу. Машины, которые должны работать в сыпучих песках, имеют широкие шины. Чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.

 

1.3.Решение задач про давление твёрдых тел

(Как давление зависит от площади давления)

 

1. Какое давление на землю создаёт танк весом в 55т и площадью одной гусеницы

1,4м²?

 

Дано:                       СИ          Решение:

m = 60 т              60000кг     p = F/S

S₁ = 1,5 м²                                  F = mg = 60000*10 = 600000Н

g = 10 Н/м²                            S = 2*S₁

_____________                     p = mg/2S₁

                                                S = 1,5*2 = 3м²

р –?                                         p = 600000Н/3м² = 200000 Па = 200 кПа

Ответ: танк создаёт давление 200 кПа на землю 2 гусеницами.

 

2. Какое давление создаёт вдавливаемая кнопка в доску, под действующей на неё силой 50Н, с площадью острия 1мм²?

 

Дано:                          СИ                  Решение:

F = 50Н                                              p = F/S

S = 1мм²              0,000001м²              p = 50 Н/0,000001м² = 50000000 Па = 50000 кПа

_____________                      

                                                

p –?                                         

Ответ: вдавливаемая кнопка в доску создаёт давление 50000 кПа.

 

Интересный факт: 6 августа 1915 год, на Восточном фронте во время Первой мировой войны, немцы начали атаковать крепость Осовец. На защиту крепости была отправлена 13-я рота 226-го Землянского полка, но крепость Осовец была окружена болотами и для того чтобы добраться к ней русские сделали мокроступыиз веток и палок для увеличения площади давления. Это позволило им не проваливаться в трясину и дойти до крепости.

    Благодаря этому 13-я рота смогла испугать немцев и спасти крепость.     

 

 

2. Практическая часть. Отчёт о проведённых исследованиях.

 

Опыт 1

 

Лыжи или коньки?

 

Цель опыта: узнать, где давление больше, а где меньше у лыж или у коньков.

 

Чтобы узнать, где давление больше, а где меньше я провёл опыты на снегу, встав на него сначала в коньках, а затем в лыжах.

 

Давление человека на коньках

 

 

В коньках я провалился на 13 сантиметров.

 

 

Давление человека на лыжах

 

 

На лыжах я провалился на 4 сантиметра.

 

Опытным путем видно, что давление на коньках больше, чем давление, которое создается, когда человек в лыжах.

Подтвердим это расчетами.

 

Сначала узнаем, какое давление я произвожу в коньках.

 

      Дано:           СИ         Решение:

m = 60 кг                         p = F/S

l = 35 см         0,35м        F = mg = 60*10 = 600 Н

h = 5 мм         0,005 м     S = l*h = 0,35*0,005 = 0,00175 м²

g = 10 Н/м²                      p = 600/0,00175 = 342857Па

__________                     p = 342857Па

p –?

 

Ответ: давление в коньках составляет 342857 Па.

 

Далее рассчитаем, какое давление я произвожу в лыжах.

 

     Дано:            СИ         Решение:

m = 60 кг                         p = F/S

l = 165 см       1,65м        F = mg = 60*10 = 600 Н

h = 5 см          0,05м        S = l*h = 1,65*0,05 = 0,0825м²

g = 10 Н/м²                      p = 600/0,0825 = 7272Па

__________                     p = 7272Па

p–?

 

Ответ: давление в лыжах составляет 7272 Па.

 

 

              По проведённым опытам можно сказать, что давление человека на коньках на снег больше чем давление человека на лыжах в 47 раз, потому что площадь поверхности лезвия конька меньше чем площадь поверхности лыжи.

 

Опыт 2

 

Какое давление я создаю в обуви?

 

Цель опыта: узнать, какое давление я произвожу в обуви– стоя на месте и при ходьбе.

 

Чтобы узнать какое давление я произвожу в обуви нужно знать свою массу и площадь ботинка.

 

Моя масса – 60 кг

Площадь подошвы –?

 

 

                        Мой след

Чтобы найти площадь подошвы, я поставил ногу в ботинке на клетчатую бумагу и обвёл подошву. Посчитал сколько полных клеток внутри контура – 211 и неполных– 74. К полным клеткам прибавил половину числа неполных клеток (37). Полученное число умножил на площадь одной клетки (1 см²) так я нашёл площадь ботинка.

Решение:

211+37=248 клеток

248* 1 =248(см²)

Площадь подошвы ботинка – 248 см²

Теперь я знаю площадь подошвы ботинка и можно преступить к решению задачи.

 

Сначала узнаем, какое давление я произвожу при ходьбе.

 

     Дано:            СИ         Решение:

m = 60 кг                         p = F/S

S = 248 см²      0,0248м²   F = mg = 60*10 = 600 Н

g = 10 Н/м²                      p = 600/0,0248=24193 Па

__________                     p = 24193 Па

p –?

Ответ: при ходьбе я создаю давление равное 24193 Па.

 

 

Теперь узнаем, какое давление я создаю стоя в ботинках.

 

Дано:        Решение:

F = 600 Н             p = F/S

S₁ = 0,0248 м2     S= 0,0248*2 = 0,0496 м²

_____________    p = 600/0,0496 = 12096 Па

p –?

 

Ответ: стоя я создаю давление 12096 Па.

 

Вывод: чем меньше площадь опоры, тем больше давление.

 

Опыт 3

 

Какое давление создаёт пластиковый кубик?

 

            Цель опыта: узнать какое давление создаёт пластиковый кубик на стол с разных сторон.

Сначала я решил найти давление кубика стоя вертикально к столу.

 

 

      Дано:              СИ             Решение:

m = 52,2 г          0,0525 кг    p = F/S

S₁ = 16 см              0,0016 м²     F = m*g

g = 10 Н/м²                                     F = 0,0525*10 = 0,525 Н

___________                         p = 0,525/0,0016 = 328 Па

p –?

 

Ответ: давление кубика на стол стоя вертикально составляет 328 Па.

 

Найдём, какое давление создаёт кубик, стоя горизонтально к столу.                    

 

                 

 

Мы уже знаем силу, с которой кубик давит на стол (0,525 Н) и знаем площадь горизонтальной стороны в сантиметрах квадратных – 64, в системе СИ – 0,0064 метра квадратных. Теперь нужно разделить силу на площадь, и мы узнаем силу давления.

p = 0,525 Н/ 0,0064 м² = 82 Па.

            Ответ: давление кубика на стол стоя горизонтально составляет 82 Па. 

 

Вывод: одно тело может создавать разное давление в зависимости от того какая площадь опоры.

 

 

 

Заключение

 

                Подведу итоги моим исследованиям, целью которых  было – выяснить, как зависит давление от площади, перпендикулярной силе давления. Узнал, как можно увеличить и уменьшить давление, узнал где применяется давление, прочитал интересные факты.

В рамках проекта было проведено три опытакоторые доказывают зависимость давления твёрдых тел от площади опоры.

1.      При увеличении площади опоры, давление уменьшается.

2.      При уменьшении площади опоры, давление увеличивается.

3.      Одно и тоже тело может создавать разное давление, в зависимости от площади опоры.

Тема давления твердых тел широко применяется в промышленности и сельском хозяйстве. В зависимости от того, хотят ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивают или уменьшают. В проекте были рассмотрены практические примеры с использованием ножа и трактора.

Материал проекта, можно использовать на уроках физики, на уроках труда и во внеурочной деятельности.

Для меня тема была интересной и познавательной, особенно увлекательным было проведение опытов с лыжами и коньками.

 

 

 

Список литературы

 

&  Физика. 7 кл.: учебник/ А.В. Перышкин. – 5-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2016. – 224 с.: ил.

& Google:  https://infourok.ru/davleniesposobi-umensheniya-i-uvelicheniya-davleniya-2449412.html

&  Google:  https://zen.yandex.ru/media/id/5c7857bbc24e1a00b4f7e312/po-bolotu-aki-posuhu-k-pobede-shli-i-tak-5d2100c4c30e5100ad70b558