Презентация научно исследовательская работа студентов " Падение тел в воздухе"

• 1 слайд

  Научно - исследовательская работа
  «Падение тел в воздухе»
  
  
  Электроугли
  

• 2 слайд

  Действующие лица
  Студент 2 курса
  Козлов Антон
  Руководитель
  Ильина Т. В.
  
  Студент 2 курса Репкин Павел
  Студентка 1 курса Казанцева Диана
  Студент 2 курса Еньков Алексей
  Студент 1 курса Черешнев Алексей
  

• 3 слайд

  Цели
  Знакомство с основными физическими параметрами падения тел в воздушной среде (g, C x)
  Экспериментальное определение ускорения свободного падения.
  Экспериментальное определение коэффициента лобового сопротивления.
  Причины гибели и спасения десантников
  

• 4 слайд

  Свободное падение тел
  1. Исследовательская работа позволила познать условия падения тел в воздушной среде.
  Первый этап работы содержит экспериментальную проверку гипотезы Галилео Галилея
  «Влияют ли на характер падения форма, масса и размер тел?»
  
  
  

• 5 слайд

  Опыты
  Бросали два листа ученической тетради. Убедились, что скомканный лист падает быстрее, не скомканный – медленнее.
  Большие и маленькие железные шарики бросали с шести и десятиметровой высоты, отмечали момент удара о землю. Результат: шары падали одновременно. Почему? Сопротивление воздуха практически незаметно на малых высотах.
  
  
  
  
  

• 6 слайд

  Проверка гипотезы Галилео Галилея
  Одинаковые листы падали одновременно
  

• 7 слайд

  Скомканный лист падает быстрее
  
  Не скомканный падает медленнее
  

• 8 слайд

  В пустоте перо и свинцовый шарик падают одинаково
  Из трубки Ньютона откачали воздух. Поставили вертикально. Все три предмета – птичье перо, пробка и дробинка упали одновременно.
  В трубке заполненной воздухом, тела падали в следующем порядке: дробинка, пробка, перо.
  
  Трефилов В. Н.
  студент 1 курса
  Причина, как отметил ещё Галилео Галилей, - сопротивление воздуха.
  

• 9 слайд

  Большие и маленькие шары
  падали одновременно
  Сопротивление воздуха практически незаметно на малых высотах.
  
  

• 10 слайд

  Определение ускорения свободного падения g
  2. Следующий этап нашей работы, экспериментальное определение g – ускорения свободного падения.
  Известно, что при свободном падении скорость увеличивается прямо пропорционально времени: V = g  t. Это равноускоренное движение.
  В лаборатории имеется электронная установка по кинематике для определения «g»
  
  Установка КМП - 1 для определения «g»
  

• 11 слайд

  Экспериментальное определение ускорения свободного падения g
  Монорельс с электромагнитом
  Два контактных датчика
  Пульт управления
  Провода соединительные
  Шарик массой 14 г
  Ловушка
  Электронный секундомер
  Источник электрической энергии
  
  
  
  Оборудование и схема установки
  

• 12 слайд

  Последовательность проведения эксперимента
  Цепь питания электромагнита замыкали и снизу к нему «подвешивали» шарик. При размыкании цепи шарик начинал падать, задевал пластинки датчиков, и электронный секундомер отсчитывал время его свободного падения до данной точки.
  
  На монорельс с метровой шкалой и укреплённым на нём электромагнитом ставились два датчика (с пластинками) в положения, соответствующие начальному положению шарика и текущей точке отсчёта.
  
  
  
  

• 13 слайд

  Таблица №1
  Для каждой точки вычисляли ускорение свободного падения по формуле: g = 2h / t2. Среднее значение g = 9,81 м / с2.
  Результаты эксперимента представлены в таблице №1
  
  
  

• 14 слайд

  Аэродинамическая труба
  Аэродинамическая труба это установка, создающая поток воздуха для изучения явлений обтекания тел.
  С помощью Аэродинамической
  трубы определяются силы, возникающие при полёте самолётов, вертолётов, ракет и космических кораблей при движении подводных судов.
  
  
  
  Исследуются их устойчивость и управляемость; отыскиваются оптимальные формы самолётов, ракет, космических и подводных кораблей, а также автомобилей и поездов; определяются ветровые нагрузки, а также нагрузки от взрывных волн, действующие на здания и сооружения — мосты, мачты
  
  
  
  

• 15 слайд

  Спортивная аэродинамическая труба в Самаре для тренировок парашютистов
  
  Наша аэродинамическая труба
  

• 16 слайд

  Экспериментальное определение коэффициента лобового сопротивления
  В прессе и на ТВ появляются сведения о чудесных спасениях спортсменов – десантниках, упавших с нераскрытым парашютом. Почему это происходит? В нашей лаборатории имеются установки для определения ускорения свободного падения g. Имеется модель аэродинамической трубы с аэродинамическими весами для определения коэффициента лобового сопротивления C x. C x и g являются основными параметрами при определении скорости свободного падения.
  Подготовка установки к эксперименту
  

• 17 слайд

  Методика определения коэффициента лобового сопротивления тел различной формы
  В аэродинамике С х – коэффициент лобового сопротивления безразмерная величина с максимальным значением равным 1 (Сx max = 1) и минимальным значением близким к нулю
  (Сx min ≠ 0. У фюзеляжей скоростных самолётов
  С х  0,08 0,1)
  Исходя из этих величин С х плоской пластины равен 1. У сферы С х  0,5.
  Коэффициент лобового сопротивления капли определяли с помощью модели аэродинамической трубы и аэродинамических весов.
  

• 18 слайд

  Тарировка шкалы аэродинамических весов
  При отклонении стрелки весов на n –делений, определяем максимальное значение силы лобового сопротивления Q.
  

• 19 слайд

  Первая продувка – плоская
  пластина
  Отклонение стрелки весов при продувке плоской ПЛАСТИНЫ
  
  
  
  Экспериментальная установка
  Начало отсчёта для пластины
  С х – коэффициент
  лобового сопротивления
  плоской пластины равен 1
  

• 20 слайд

  Вторая продувка - сфера
  Стрелка весов отклоняется на величину n /3
  в этом случае Q n = 3 Q сф.
  Экспериментальная установка
  
  С х сферы  0,5
  
  С х – коэффициент
  лобового сопротивления сферы примерно равен 0,5
  
  

• 21 слайд

  Третья продувка – падающая капля
  Аналогично определили силу лобового сопротивления падающей капли Q п.к.
  по формуле Q п. к. / Q n = С х / 1
  В результате коэффициент лобового сопротивления определили по формуле:
  С х = Q п. к. / Q n
  
  
  
  Экспериментальная установка
  С х – коэффициент
  лобового сопротивления падающей капли
  равен примерно 0,15
  

• 22 слайд

  График Q = f (C x)
  падающих тел различной формы с миделем
  М = d2 / 4 = const
  

• 23 слайд

  На графике: Ось ординат Q – сила лобового сопротивления Ось абсцисс С х – коэффициент лобового сопротивления.
  l продувка (оранжевая кривая ) Q = f (С х ) показания весов пластины на оси ординат 1;
  показания сферы - 0,35; показания капли  0,15
  l l продувка (синяя линия),точки см. на графике.
  l l l продувка (красная линия), точки см. на графике.
  Зелёная линия это среднее арифметическое показание трёх экспериментов. Это прямая пропорциональная зависимость Q = C x S  V 2 / 2. График – прямая линия с угловым коэффициентом равным S  V 2 / 2.
  
  
  Три эксперимента близких к теоретической Q = f (C x )
  

• 24 слайд

  Объяснение к графику Q = f (C x)
  Три эксперимента
  На нашей установке проводили продувки с пластиной и сферой.
  Фиксировали на весах условные единицы У.Е. лобового сопротивления Q.
  По результатам эксперимента построили графики, приняв, как постулат, что С х пл. = 1, С х сф. = 0,5
  В пропорциональном сравнении Q = f (C x) продували тело падающей капли и определяли С х.
  
  1 эксперимент оранжевая кривая
  2 эксперимент синяя кривая
  3 эксперимент красная кривая.
  Зелёная кривая – средняя арифметическая от трёх экспериментов.
  
  

• 25 слайд

  Формула Жуковского даёт возможность определить скорость падения тел с различной формой
  С помощью аэродинамической трубы мы осуществили продувку твёрдых тел формы: падающей капли, сферы и плоской пластины.
  Определили их коэффициенты лобового сопротивления.
  Человеческое тело при падении может менять свою позу от близкой к падающей капле, сфере (эмбрион) и плоской пластины (лягушке).
  
  Q = C x S  V 2 / 2
  Q – сила лобового сопротивления
  С х – коэффициент лобового сопротивления
   - плотность воздуха
  S – мидель
  V – скорость тела
  

• 26 слайд

  Восходящие потоки воздуха
  Опытный десантник должен знать законы плавания в воздушном океане.
  Искать потоки воздуха, способствующих уменьшению скорости падения
  Аналогия: птицы парят в восходящих потоках не взмахивая крыльями.
  В случае нераскрытого парашюта десантник должен принять позу лягушки (плоской пластины с С х = 0,9) – это его спасёт.
  В бессознательном состоянии человеческое тело принимает форму падающей капли с С х  0,25 – это гибель.
  

• 27 слайд

  Если падающий потерял сознание
  Поток воздуха выпрямит его фигуру (в виде капли).
  В этом случае:
  С х  0,5
  S  0,25 м 2
  V  250 м / с
  Скорость падения будет в шесть раз больше чем у падающего в позе распластанной лягушке. Шансов выжить близки к нулю!
  

• 28 слайд

  Ц Т
  Ц Т
  
  Зависимость коэффициента лобового сопротивления от позы десантника
  С х = 0,6
  Поза эмбриона
  С х = 0,9
  Поза лягушки
  
  С х = 0,25
  Поза падающей капли
  Вариант спасения
  Гибель
  Гибель
  V
  V
  V
  Ц Т
  
  

• 29 слайд

  Упавший с высоты 1200 метров с нераскрывшимся парашютом и чудом выживший
  
  «…при падении ключ от квартиры согнулся вдвое, а шариковая ручка поломалась.
  Комбинезон зашил на груди и продолжаю в нем ходить. Некоторое время приберегал еще два кольца и подушку от парашюта, но потом выбросил, подумав, что сохранять все это дома — плохая примета.
  
  Парашют, который меня так подвел, просто списали в установленном порядке …».
  Капитан Николай Павлюк снова летает на боевых вертолетах
  Он сделал всё, чтобы остаться в живых.
  
  
  

• 30 слайд

  Библиография
  Мартынов А. К. Практическая аэродинамика. – М. Машгиз, 1960.
  Эллиот Л. Падающие тела, утверждения Аристотеля – М.: Наука, 1975.
  Энциклопедический словарь юного техника. – М.: Педагогика, 1989.
  Энциклопедический словарь юного физика. – М.: педагогика, 1984.
  Ильина Т. В. газета Первое сентября №35, 2004 г. исследование свободного падения в воздухе.
  Ильина Т. В. научно – практическая конференция «Деятельностный подход в преподавании предметов естественно математического цикла, МИОО, М. -2004 г.»,
  myshared.ru/slide/1021827, 2015г.