913177
столько раз учителя, ученики и родители
посетили сайт «Инфоурок»
за прошедшие 24 часа
+Добавить материал
и получить бесплатное
свидетельство о публикации
в СМИ №ФС77-60625 от 20.01.2015
Дистанционные курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации для педагогов

Дистанционные курсы для педагогов - курсы профессиональной переподготовки от 1.410 руб.;
- курсы повышения квалификации от 430 руб.
Московские документы для аттестации

ВЫБРАТЬ КУРС СО СКИДКОЙ ДО 90%

ВНИМАНИЕ: Скидка действует ТОЛЬКО до конца апреля!

(Лицензия на осуществление образовательной деятельности №038767 выдана ООО "Столичный учебный центр", г.Москва)

ИнфоурокФизикаПрезентацииПрезентация по физике по теме "Физик на все руки"

Презентация по физике по теме "Физик на все руки"

библиотека
материалов
Скачать материал целиком можно бесплатно по ссылке внизу страницы.


III региональный командный турнир школьников

«Физик на все руки»



hello_html_70af6628.jpghello_html_m270fbe11.jpghello_html_m62aa864b.jpg



Трактат о емкости, бутылке и «буль-булях».









Выполнили:


Гриднев Владислав

Климович Ольга

Новиков Павел

Захаров Александр

Тарасов Алексей



hello_html_m5ff75609.png

Школа физиков «Спектр»

МБОУ Богашевская СОШ им. Федорова.


2015г








Содержание


Введение ……………………………………………………………………..

3

Практическая значимость проекта. Приборы для проведения эксперимента…………

5

Теоретическая часть ……………………………………………………….........................

6

Эксперимент№1. Зависимость времени вытекания жидкости от давления…………...

Эксперимент№2. Зависимость времени вытекания жидкости от сечения отверстия.

Эксперимент№3. Зависимость времени вытекания жидкости от ее температуры.

8


Эксперимент№4. Зависимость времени вытекания жидкости от рода жидкости.

Эксперимент№5. . Зависимость времени вытекания жидкости от ее вращения вокруг собственной оси.


Заключение ………………………………………………………………….


Литература …………………………………………………………………..
































ВВЕДЕНИЕ


«О сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг….»

А.С. Пушкин


Почему трактат? Трактат (лат.tractatus)-труд, в котором подробно рассматривается отдельная проблема




В повседневной жизни мы часто наблюдаем, когда вода выливается из закрытого сосуда с узким отверстием (это может быть труба, емкость или, например, обыкновенная стеклянная бутылка), сопровождающееся образованием воздушных пузырей, которые в свою очередь издают звуки («буль-були»). Если вода вытекает из бутылки, то воздух в ней (между дном и поверхностью воды) расширяется, давление его падает и становится меньше атмосферного. Вследствие этого наружный воздух пузырями прорывается сквозь жидкость в бутылку. Возникает бульканье. «Бульк» — звук, производимый жидкостью, отрывисто вытекающей из сосуда с узким горлышком.

Скорость вытекания жидкости зависит от разности давлений внутри сосуда и снаружи. При простом опрокидывании давление воздуха внутри бутылки понижается до определённого момента, когда бутылка "заглатывает" воздух снаружи - и так до следующего раза. В этом случае вода вытекает прерывисто и с меньшей скоростью. А если воду раскрутить, то воздух подсасывается через центр воронки постоянно, таким образом, скорость вытекания увеличивается.

На этот вопрос, казалось бы, ответить совсем несложно. Чего же проще? Переверни бутылку вверх дном, вот и вся премудрость. Это, конечно, верно, но как поступить, чтобы вода или любая другая жидкость, находящаяся в бутылке, выливалась оттуда как можно быстрее?

Попробуем предварительно найти ответы на поставленные вопросы путем проведения опытов. Для этого понадобятся две бутылки, лучше всего литровые, с не очень широким горлышком. Опыт можно проводить в ванне или раковине, стараясь при этом не набрызгать вокруг. Наполним обе бутылки водой и одновременно перевернем их вверх дном. Одну из них держим неподвижно (она послужит для сравнения), а со второй будем проводить разные эксперименты, стараясь как можно быстрее вылить из нее воду.
Опытным путем можно найти ответы на отдельные вопросы, которые возникают в процессе экспериментирования. Например, если придать воде, находящейся в одной из бутылок, вращательное движение, то можно убедиться, что «крутящаяся» вода выльется быстрее. Почему? Нам предстоит найти ответы на эти вопросы. Понять ситуацию можно, проанализировав следующую простую аналогию. Взглянем внимательно на улицу и представим себе на момент, что машины едут в двух направлениях не каждый по своей правой стороне, а по всей ширине дороги. Разве можно было бы тогда двигаться быстро? Теперь снова взглянем на то, что происходит в бутылках, и попробуем найти ответ на наш вопрос.

При вытекании воды из бутылки ее место занимает входящий снаружи воздух (он вталкивается туда силой атмосферного давления). Итак, вниз течет вода, а вверх движутся пузырьки воздуха. Это движение определенного объема воды вниз и такого же объема воздуха вверх можно сравнить с движением транспорта на суженном участке дороги. Сначала проезжает автомобиль в одном направлении, а тому, кто едет навстречу, приходится подождать, пока встречная машина проедет и освободит путь.
Когда вода вращается, центробежная сила прижимает ее к стенкам бутылки. В середине, вдоль оси вращения, образуется воздушный канал. По этому каналу воздух поступает в бутылку, занимая место вытекающей из нее воды. При этом он не препятствует вытеканию воды.




Цель работы: исследовать зависимость скорости истечения жидкости из закрытой емкости.



Задачи:

1.Изучить научную и популярную литературу по теме.

2.Найти математическую модель истечения жидкости из закрытой емкости, исследовать факторы, влияющие на скорость истечения жидкости.

3. Провести эксперименты доказывающие справедливость предложенной модели.

4.Сделать обобщающие выводы и предложения по практическому применению полученных результатов.




Практическая значимость проекта.

Поставленные задачи на первый взгляд не имеют прямого практического применения кроме тренировки ума при решении «простой – непростой» задачи. Но это на первый взгляд. На самом деле это не простая инженерная задача, которую нужно решать, например, при повреждении промышленных емкостей с более серьезными жидкостями, чем вода. Это могут быть железнодорожные цистерны, топливные баки кораблей, водонапорные башни.

hello_html_m35c0727f.png



Приборы для проведения эксперимента:


  • Бутылка объемом 0,75л.

  • Модульная система PROLOG (Цифровой измерительный модуль для измерения температуры и давления).

  • Жидкости (вода, мыльный раствор, соленая вода, керосин)

  • Электронный секундомер.

  • Набор насадок для горлышка бутылки.


















Теоретическая часть



Проведем эксперименты по выявлению факторов влияющих на вытекание жидкости из бутылки. Для начала смоделируем перевернутую бутылку с водой (рис 1.) и попробуем разобраться в причинах ускоряющих или замедляющих выливания воды из бутылки.



hello_html_m696c29e4.jpghello_html_m1c597153.jpg



Если наполненная водой бутылка будет перевернута, то возникнет ситуация, которая изображена на рисунке 1. Давление у дна будет: P1=P0ρgh(1), где P0- атмосферное давление, ρ-плотность жидкости, h- высота столба жидкости . У дна образуется пониженное давление, что приводит к выделению пузырьков растворенных в воде. Они естественно поднимаются вверх и освобождают малый объем V1. Такой же объем воды выльется из бутылки, а в горлышко бутылки войдет пузырек воздуха объемом V1. На пузырек, образующийся в бутылке, будет действовать две силы( FA, FC),где FA- сила Архимеда, FC– сила сопротивления. Применим к пузырьку 2-ой закон Ньютона:

hello_html_m6eefe150.gif

Из кинематики известно hello_html_3ed486f8.gif, где a ускорение пузырька. Отсюда
hello_html_m1ad78bea.gif

Это время подъема пузырька воздуха, после чего объем воздушной полости у дна становится равным 2 V1. Далее процесс будет повторяться. При этом объем пузырька каждый раз будет увеличиваться. Всякий пузырек сопровождается звуком, который мы назовем «буль-булем». Так как высота столба жидкости с каждым «булем» уменьшается, то среднее время подъема пузырька определяется из соотношения:


hello_html_m276e8c9f.gif

hello_html_m53d4ecad.gif

Объем выходящей из бутылки порции воды равен V1ср = S hср, где S – сечение бутылки. Тогда число «буль-булей» будет равно hello_html_m214f9bb6.gif(2) .

Определим время вытекания воды из бутылки :


hello_html_4fd84f4a.gif (3) .


Так как t пропорционально N, то время будет пропорционально числу «буль-булей».

Увеличим мысленно атмосферное давление от P01 до P02. Тогда из (1) следует:


P2 = P02ρgh, где P2 давление у дна сосуда во втором случае.

Температура и масса газа в полости у дна бутылки остаются неизменными при смене атмосферного давления от P01 до P02. Применим закон Бойля – Мариотта к этой ситуации.



hello_html_m621851cf.gif(4)


Из уравнения (Б-М) следует, во сколько раз P2 hello_html_m47a2be78.gifP1 во столько раз V1hello_html_m47a2be78.gifV2.

Значит, V2 будет меньше V1. Отсюда объем выходящих порций воды при увеличении давления должен уменьшиться, что приводит к пропорциональному уменьшению hср(2), увеличению числа «буль-булей» и времени вытекания воды из бутылки(3).

Отсюда первый вывод: время вытекания воды из бутылки или число «буль-булей» зависят от атмосферного давления.

Указанный вывод можно доказать экспериментальным путем. Для этого берем бутылку, секундомер и цифровой измерительный модуль. Давление откладываем на оси ординат, а время по оси абсцисс. Разное атмосферное давление «ловим» по разным дням, т.к. камеры для изменения давления у нас не было. Результаты эксперимента приведены на рисунке 2.






hello_html_m338d8ef3.jpghello_html_790c31c7.jpghello_html_m270fbe11.jpg













Эксперимент


1


hello_html_m1f3ca8ad.jpghello_html_m4aa0c26c.jpghello_html_m7ac39a1d.jpg


Заливаем воду в бутылку, переворачиваем ее до вертикального положения, фиксируем электронным секундомером время вытекания жидкости. Давление определяем через датчик давления. Разное давление «ловим» в различные дни. Приведенный ниже график зависимости времени вытекания жидкости пропорционален давлению атмосферы, что полностью согласуется с формулой (3)


hello_html_m73a9c725.jpg


2


Теперь выясним, как зависит время вытекания жидкости из бутылки от площади сечения горлышка бутылки. Проведем эксперимент, используя то же оборудование что и в предыдущем случае. Сечение горлышка будем менять с помощью самодельных насадок.



hello_html_3fc495f6.jpg


Вывод: С уменьшением сечения бутылки продолжительность вытекания жидкости увеличивается.


3


Следующий эксперимент посвятим изучению зависимости времени вытекания жидкости от температуры.


hello_html_1c8e3484.jpg


Вывод: Из графика четко прослеживается зависимость: чем ниже температура, тем больше времени вытекания жидкости.


4

hello_html_m81b93a1.jpghello_html_2435ecc1.jpg

Для исследования зависимости времени выливания жидкости от рода жидкости мы берем то же оборудование и жидкости:

  • Чистая вода.

  • Мыльный раствор.

  • Соленая вода.

  • Керосин.



hello_html_m56b013eb.gif




Вывод: диаграмма четко показывает зависимость времени вытекания жидкости от рода жидкости. Так вода и керосин имеют разницу в пределах секунды.

5



hello_html_m85dbb94.jpghello_html_m338d8ef3.jpg



Впечатляют результаты эксперимента с вращающейся жидкостью. Из диаграммы эксперимента следует разница выливания жидкости для вращающейся и невращающейся составляют 3 сек.


hello_html_m5280667b.gif







Заключение

Предложенный проект является непростой математической задачей, решение которой уже этим полезно. Кроме того, как уже было сказано, освобождение емкостей является непростой инженерной задачей, включая аварийные ситуации. В предложенном проекте рассмотрены, пожалуй, все стороны проблемы кроме вязкости. И, наконец, причем здесь «буль–були» ? Они реально существуют, но к практике никакого отношения не имеют. А вот, скажем, в поездке ради шутки разлить по «булям» бутылочку минералки на равные доли пригодится вполне.

Литература

  1. Б.М. Яворский, А. А. Пинский. Основы физики М, Наука, 1969.

  2. М.М. Архангельский. Курс Физики, М, Просвещение,1965.

  3. Эрик Роджерс. Физика для любознательных,М,Мир,1969.

  4. Г.А Зисман, О.м.Тодес. Курс общей физики, М, Наука, 1969.

  5. Р.Т. Геворкян, В.В. Шепель. Курс общей физики, М, Высшая школа,1966.

  6. Г.С. Ландсберг, Элементарный учебник физики, М, Наука,1964.




Общая информация

Номер материала: ДA-033539

Вам будут интересны эти курсы:

Курс повышения квалификации «Информационные технологии в деятельности учителя физики»
Курс профессиональной переподготовки «Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс повышения квалификации «Правовое обеспечение деятельности коммерческой организации и индивидуальных предпринимателей»
Курс повышения квалификации «Основы туризма и гостеприимства»
Курс повышения квалификации «Основы управления проектами в условиях реализации ФГОС»
Курс профессиональной переподготовки «Организация логистической деятельности на транспорте»
Курс повышения квалификации «Введение в сетевые технологии»
Курс повышения квалификации «История и философия науки в условиях реализации ФГОС ВО»
Курс повышения квалификации «Организация практики студентов в соответствии с требованиями ФГОС технических направлений подготовки»
Курс профессиональной переподготовки «Логистика: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс повышения квалификации «Этика делового общения»
Курс повышения квалификации «ЕГЭ по физике: методика решения задач»
Курс профессиональной переподготовки «Деятельность по хранению музейных предметов и музейных коллекций в музеях всех видов»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности специалиста оценщика-эксперта по оценке имущества»
Курс профессиональной переподготовки «Организация маркетинговой деятельности»

Благодарность за вклад в развитие крупнейшей онлайн-библиотеки методических разработок для учителей

Опубликуйте минимум 3 материала, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную благодарность

Сертификат о создании сайта

Добавьте минимум пять материалов, чтобы получить сертификат о создании сайта

Грамота за использование ИКТ в работе педагога

Опубликуйте минимум 10 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Свидетельство о представлении обобщённого педагогического опыта на Всероссийском уровне

Опубликуйте минимум 15 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данное cвидетельство

Грамота за высокий профессионализм, проявленный в процессе создания и развития собственного учительского сайта в рамках проекта "Инфоурок"

Опубликуйте минимум 20 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Грамота за активное участие в работе над повышением качества образования совместно с проектом "Инфоурок"

Опубликуйте минимум 25 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Почётная грамота за научно-просветительскую и образовательную деятельность в рамках проекта "Инфоурок"

Опубликуйте минимум 40 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную почётную грамоту

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.