Исследование движения гимнастической ленты

XХIII районная (заочная) научно-практическая конференция

школьников и студентов

«Шаг в науку»

Исследование движения гимнастической ленты

Российская Федерация

Забайкальский край

г. Краснокаменск

Направление: естественно-научное

Выполнила: ученица 10Б класса

МАОУ «СОШ №1»

Сенотрусова Мария Игоревна

Научный руководитель:

учитель физики

Ярославцева Татьяна Александровна

МАОУ «СОШ №1»

Изучение движения гимнастической ленты

Сенотрусова Мария Игоревна Российская Федерация

Забайкальский край

г. Краснокаменск

МАОУ «СОШ № 1»

10Бкласс

Аннотация

В исследовательской работе поставлена цель: изучить движение гимнастической ленты. Выявить, подчиняется ли описание движения ленты законам волновых процессов.

На основе анализа законов волновых процессов показано, что движение гимнастической ленты представляет собой бегущую волну и может быть описано соответствующими законами.

Работа построена на анализе законов гармонических колебаний, формулы бегущей волны и сравнении их с мгновенными фотографиями движения гимнастической ленты. А также измерений и расчетов параметров ленты и влияние их на скорость бегущей волны

При написании работы использовались следующие методы: изучение теоретической литературы; эмпирический, практико – обыденный, поисковый метод.

Результаты практической работы могут быть использованы спортсменами и тренерами в работе с гимнастической лентой и составлению упражнений, согласно действующим правилам художественной гимнастики. А также всеми заинтересованными лицами по данному вопросу.

Изучение движения гимнастической ленты

Сенотрусова Мария Игоревна Российская Федерация

Забайкальский край

г. Краснокаменск

МАОУ «СОШ № 1»

10Б класс

План исследования.

Уже 9 лет я занимаюсь художественной гимнастикой и, для меня всегда важно было выполнять правильно и красиво работу с предметами на тренировках и соревнованиях. Самым зрелищным видом всегда считалась лента. Но это и самый коварный предмет, который не прощает ошибок.

Актуальность: Для меня важно изучить движение ленты во всех подробностях, влияние структуры ленты на ее работу, применить полученные знания в своей практике.

Цель исследования: Опираясь на личный опыт работы с гимнастической лентой и теоретический материал о волнах и волновом движении, изучить движение гимнастической ленты.

Объект исследования: Гимнастическая лента.

Предмет исследования: Движение гимнастической ленты.

В соответствии с целью, объектом и предметом исследования сформулированы следующие задачи исследования:

1. изучить научную литературу по волновому движению;

2. сравнить движения лент различных производителей и определить различия в поведении лент;

3. сделать расчеты параметров для гимнастических лент различных производителей;

4. применять на практике полученные знания.

Гипотеза: Движение гимнастической ленты можно описать законами волновых процессов.

Методы исследования определялись с соответствие с целью и задачами:

• теоретический (сравнение материалов по данной теме, обобщение и систематизация полученных сведений);

• эмпирический (изучение, анализ литературы по данной теме).

• Практико – обыденный (личный опыт и рекомендации тренера)

Изучение движения гимнастической ленты

Сенотрусова Мария Игоревна Российская Федерация

Забайкальский край

г. Краснокаменск

МАОУ «СОШ № 1»

10Б класс

Научная статья

Волна - это процесс распространения колебания в среде с течением времени. Для существования волны необходим источник колебания и материальная среда или поле, в которых эта волна распространяется. Волны бывают самой разнообразной природы, но они подчиняются аналогичным закономерностям.

По ориентации возмущений различают:

Продольные волны - смещение частиц происходит вдоль направления распространения; могут распространяться только в упругих средах; необходимо наличие в среде силы упругости при сжатии; могут распространяться в любых средах. Например, звуковые волны.

Поперечные волны - смещение частиц происходит поперек направления распространения; могут распространяться только в упругих средах; необходимо наличие в среде силы упругости при сдвиге; могут распространяться только в твердых средах (и на границе двух сред). Например, упругие волны в струне, волны на воде.

Упругая волна называется гармонической (синусоидальной), если соответствующие ей колебания среды являются гармоническими.

Бегущие волны- волны, переносящие энергию в пространстве. В процессе распространения бегущей волны возмущения среды доходят до следующих точек пространства, при этом волна переносит энергию и импульс, но не переносит вещество (частицы среды продолжают колебаться в том же месте пространства).

Каждый из нас хотя бы один раз в жизни наблюдал за волнами на поверхности воды. В своей работе я рассматриваю волны, возникающие при исполнении упражнений с гимнастической лентой.

На соревнованиях по художественной гимнастике спортсменки используют ленту, закрепленную на тонкой палочке. Лента в процессе выполнения упражнения совершает волнообразные движения и другие рисунки. Первой проблемой, заинтересовавшей меня, является ли данное движение волной. Вторым вопросом моей работы был вопрос о том, одинаковыми ли свойствами обладают различные ленты. И третье, как скорость работы палочкой влияет на количество горбов и впадин и на нежелательное появление узлов на ленте во время упражнения.

Если движение совершаемое лентой - волна, то возникает вопрос - к какому типу волн она относится? Так как колебания частей ленты перпендикулярно, а движение ленты осуществляется в горизонтальном направлении, то можно предположить, что волна является поперечной. При этом, максимумы и минимумы перемещаются с течением времени от начала ленты до её конца, значит, волна будет бегущей. Такое движение может быть описано математически с помощью уравнения бегущей волны.

Графически уравнение бегущей волны выглядит так, как на рисунке 1.

Рисунок 1. График уравнения бегущей волны

Если математическая зависимость совпадает с полученной мгновенной картинкой движения ленты, то можно утверждать, что движение ленты описывается такими же законами, а, следовательно, является волной.

Нами были сделаны фотографии, на которых запечатлены движения ленты. Затем методом наложения картинок я выяснила, что форма картинки в пределах допустимой погрешности совпадает с графиком гармонических колебаний (рисунки 2,3,4).

Рисунок 2. Лента производства FIG

Рисунок 3. Лента производства Sasaki

Рисунок 4. Лента производства Pastorelli

Как видно из наложения графика на фотографию, кривые совпадают, а значит, движение ленты является волной. Эксперимент, проведенный с другими лентами, показал аналогичные результаты. Таким образом, движение ленты является бегущей волной.

Разрешение второй проблемы, а именно, сравнение движения различных лент, строилось на определении различий в поведении лент и субъективных ощущений, связанных с выполнением упражнений с различными лентами.

Для этого мы сравнили три ленты различных фирм – FIG (Россия), Sasaki (Япония) и Pastorelli (Италия). По требованиям международной Федерации художественной гимнастики спортсменки могут использовать только два размера лент – 5 метров для кандидатов в мастера спорта и 6 метров для мастеров спорта. Мы проводили измерения с шестиметровыми лентами. Измерив геометрические параметры лент, мы установили, что объемы лент совпадают в пределах приборной погрешности, а массы лент значительно отличаются. А это значит, что плотность лент будет различна. Проведя соответствующие вычисления, убедились, что различия в плотности являются не отклонениями, связанными с приборной ошибкой, а с разницей материала ленты. В результате проведенных измерений (таблица 1.) с учетом погрешности измерительных приборов получила следующие параметрические различия между этими летами.

Таблица 1.

Измерение толщины ленты я производила методом рядов. Расчет объема и плотности производила по формулам (1) и (2) соответственно

(1)

(2)

Предположительно - величина ячейки плетения нитей ленты больше в том случае, когда плотность меньше. Значит, сила сопротивления воздуха, действующая на каждую ленту, различна.

Я решила сравнить силы сопротивления, действующие на каждую ленту. Для этого я взяла отрезок каждой ленты в виде квадрата. Рассчитала массу этого кусочка по формуле (3),

(3),

где N – количество квадратов ленты, входящих в ее длину.

Затем, считая движение равномерным (точнее установившемся, за очень короткий промежуток времени), измеряя высоту падения и фиксируя время падения, сравнила скорости падения и силы сопротивления (формула 4) для каждой ленты.

(4)

Лента фирмы «Pastorelli» обладает наименьшей силой сопротивления, «Sasaki» имеет промежуточное значение силы сопротивления, лента фирмы «FIG» имеет самую меньшую силу сопротивления и развивает наименьшую скорость. Предположение о том, что характер движения ленты, а так же скорость распространения волны в ней зависит от плотности ленты, а значит и от её массы имеет право на существование.

Далее мы провели дополнительные расчеты и получили следующие соотношения:

, ,

, ,

где - предельная скорость движения единицы длины ленты фирмы «Pastorelli» в воздухе, - предельная скорость движения единицы длины ленты фирмы «Sasaki» в воздухе, - предельная скорость движения единицы длины ленты фирмы «Fig» в воздухе; а , массы этих лент соответственно. Сравнивая полученные значения отношений приходим к выводу ,что

= , = ,

что в пределах ошибки совпадает с отношением скоростей.

Таким образом, на основании эксперимента можно утверждать, что скорость движения ленты в воздухе пропорциональна корню квадратному из её массы, а значит и её плотности. Сила сопротивления воздуха зависит от плотности нашей ленты, а значит и от величины ячейки переплетения ткани.

Сравнивая полученные результаты, мы видим, что волна в ленте фирмы «Pastorelli»распространяется быстрее, а значит для поддержания постоянного рисунка ленты следует чаще прикладывать вынуждающую силу, чем в лентах других фирм. Отсюда субъективные ощущения, что лента «зависает» а значит выполнять рисунок этой лентой проще.

Также мы выяснили, скорость работы палочкой влияет на количество горбов и впадин. Чем больше скорость, тем большее число длин волн умещается в ленте. По правилам художественной гимнастики их должно быть 4-5. Кроме этого низкая скорость является причиной нежелательного появление узлов на ленте во время упражнения.

Заключение

Тема, поднятая в данной работе, для меня очень актуальна. Российская школа художественной гимнастики всегда была на высочайшем уровне. Правила художественной гимнастики каждый олимпийский цикл усложняют. Поэтому просто тренироваться уже недостаточно, необходим расчет и взвешенный подход к работе.

Проведя исследование, мы выяснили, что такие параметры ленты, как масса и плотность переплетения ленты влияют на форму волны. А скорость движения ленты на количество длин волн, умещающихся в гимнастической ленте. Кроме этого, плотность переплетения ленты влияет на легкость работы и визуальное восприятие волны.

Я обязательно поделюсь своим исследованием с подругами по спорту и мы вместе будем применять полученные знания на тренировках и соревнованиях.

Литература:

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. «Курс физики», Москва «Высшая школа», 1999г.

2. Касьянов В.А. «Физика 10»Профильный уровень, Москва «Дрофа», 2014г.

3. Суорц Кл.Э. «Необыкновенная физика обыкновенных явлений» - Москва «Наука», 1986г.

Интернет - ресурсы

1. 10 самых красивых экспериментов по физике https://pnu.edu.ru/ru/faculties/full_time/fkfn/physics/study/literature/experiments/

2. Интернет – портал Физика- light https://light-fizika.ru/index.php/11-klass?layout=edit&id=138

3. Точность измерений и погрешности измерений в физике https://www.evkova.org/tochnost-izmerenij-i-pogreshnosti