Проектная работа "Дружные мячики"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №4»

ПРОЕКТНАЯ РАБОТА

«Дружные мячики»

Выполнила:

Завалина Е. К.,

обучающаяся 9 «Б» класса МБОУ «СОШ №4»

Научный руководитель:

Салтыков Илья Васильевич,

учитель физики и астрономии МБОУ «СОШ №4»

Г лазов, 2023

Содержание

Глава 1 Теоретическая часть 4

1.1 Импульс тела 4

1.2 Вывод формулы для сохранения импульса тела в замкнутой системе 5

1.3 Виды столкновений 7

1.4 Реактивное движение 8

1.5 Энергия потенциальная и кинетическая 10

1.6 Закон сохранения энергии 11

1.7 Примеры 12

Глава 2 Практическая часть 14

Заключение 15

Литература 16

Приложение………………………………………………………………………17

Введение.

Почему мяч, летящий с большой скоростью, человек может остановить одной рукой, а вагон, движущийся по рельсам очень медленно, человек остановить не может?

Почему теннисный мяч, попадая в человека, не причиняет ему вреда, а пуля, меньшая по массе, но движущаяся с большой скоростью (600 – 800 ), оказывается смертельно опасной? [4]

Цель: раскрытие роли закона сохранения импульса и энергии в нашей жизни

Задачи:

- изучить теоретические материалы

- дать понятие импульса тела

- вывести формулу закона сохранения импульса

- определить понятия «упругий» и «неупругий» удары

- дать понятие потенциальной и кинетической энергии

- вывести формулу закона сохранения энергии

- привести примеры роли закона сохранения импульса и энергии в жизни

- провести опыт

Проблема заключается в проведении опыта, с помощью которого я смогу наглядно продемонстрировать закон сохранения импульса.

Актуальность заключается в том, что закон сохранения импульса и энергии применим везде: в технике, в природе, в механике.

Оборудование: мячик для настольного тенниса, каучуковый мячик, палочка от чупа-чупса.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Импульс тела

Рене Декарт (1596 – 1650) – французский философ, математик, физик и физиолог. Высказал закон сохранения количества движения, определил понятие импульса силы.  Рене Декарт: «Я принимаю, что во вселенной… есть известное количество движения, которое никогда не увеличивается, не уменьшается, и, таким образом, если одно тело приводит в движение другое, то теряет столько своего движения, сколько его сообщает». [5]

Импульс тела (материальной точки) представляет собой векторную величину, равную произведению массы тела на скорость тела:

Таким образом, импульс тела — это характеристика движения тела, которая напрямую зависит от его массы и скорости. [2]

Изменение импульса тела

По второму закону Ньютона:

- импульс силы – временная характеристика действия силы.

Импульс силы равен изменению импульса тела. [6]

1.2 Вывод формулы сохранения импульса в замкнутой системе

Когда две тележки сталкиваются, во время их кратковременного взаимодействия возникают силы, где  — сила действия второй тележки на первую,  — первой на вторую. Силы приложены к разным телам. До столкновения тележки двигаются навстречу друг другу со скоростями   и   . После взаимодействия, длительность которого обозначим  t, тележки будут двигаться с новыми скоростями и   соответственно.

(Приложение 1)

Если другие силы на тележки не действуют или их действия скомпенсированы, то согласно второму закону Ньютона каждую из этих сил можно заменить:

Выразив ускорение для каждой тележки, найдём

При подстановке и преобразовании получаем:

Поскольку импульс тела равен

закон сохранения импульса можно переписать:

[1]

1.3 Виды столкновений

Рассмотрим движение невзаимодействующих тел, которые меняют свое состояние только при соприкосновении, которое мы называем столкновением, или ударом.

Абсолютно неупругий удар

При столкновении тел, в общем случае, кинетическая энергия сталкивающихся тел не обязана быть равной кинетической энергии разлетающихся тел. Действительно, при столкновении тела взаимодействуют друг с другом, воздействуя друг на друга и совершая работу. Эта работа и может привести к изменению кинетической энергии каждого из тел. Столкновения, при которых не сохраняется кинетическая энергия сталкивающихся тел, называют неупругими.

Среди всех возможных неупругих столкновений, есть один исключительный случай, когда сталкивающиеся тела в результате столкновения слипаются и дальше движутся как одно целое. Такой неупругий удар называют абсолютно неупругим.

Абсолютно упругий удар

Если в результате столкновения двух тел сохраняется кинетическая энергия, такой удар называется абсолютно упругим. Абсолютно упругий удар – столкновение, при котором деформация тел оказывается обратимой, т.е. исчезающей после прекращения взаимодействия.

Примером абсолютно упругих ударов могут быть столкновения бильярдных шаров. Мы рассмотрим простейший случай такого столкновения – центральное столкновение. [3]

1.4 Реактивное движение

Как правило, для начала движения телу необходима опора. Теперь если приложить силу со стороны тела к опоре – то в соответствии с Третьим Законом Ньютона со стороны опоры на тело возникнет сила, равная по модулю первой, и направленная в противоположную сторону. Благодаря этой возникающей силе (реакции опоры) тело начнет движение. Именно так происходят прыжки в физкультуре.

А что если опоры нет? Например, тело находится в свободном падении в безвоздушном пространстве или в открытом космосе вне гравитационных полей планет или звезд?

Единственная возможность начать направленное движение при отсутствии внешней опоры – создать эту опору, отделить от тела некоторую часть и оттолкнуться от нее. В результате – эта часть начнет движение по направлению воздействия, а оставшаяся часть, в соответствии с третьим законом Ньютона – в противоположную сторону. Движение, совершаемое по такому принципу, называется реактивным. [7]

Яркий пример реактивного движения в технике — движение ракеты, когда из нее истекает струя горючего газа, которая образуется при сгорании топлива.

Сила, с которой ракета действует на газы, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой газы отталкивают от себя ракету:

​

Сила называется реактивной. Это та сила, которая возникает в процессе отделения части тела. Особенностью реактивной силы является то, что она возникает без взаимодействия с внешними телами.

Закон сохранения импульса позволяет оценить скорость ракеты.

Где — это масса горючего,

— скорость горючего,

— масса ракеты,

— скорость ракеты.

Отсюда можно выразить скорость ракеты:

1.5 Энергия потенциальная и кинетическая

Энергию, связанную с взаимодействием тел, называют потенциальной энергией. Иначе говоря, если тело за счёт взаимодействия с другим телом может совершить некоторую работу, то оно будет обладать потенциальной энергией, и при совершении работы будет происходить изменение этой энергии.

Чтобы вывести формулу потенциальной энергии, рассмотрим, какую работу совершает тело, двигаясь под действием силы тяжести:

то есть, мы получили, что потенциальная энергия может быть вычислена по формуле:

Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической (от греч. кинема - движение) энергией. Кинетическая энергия напрямую зависит от массы тела и скорости перемещения. Формула кинетической энергии:

Где — масса объекта;  

— скорость перемещения объекта в конкретной точке. [9]

1.6 Закон сохранения энергии

Сохранение энергии – один из великих универсальных и объединяющих законов науки.

Суммарное число значений потенциальной и кинетической энергий объекта обозначают как механическая энергия.

Механическая энергия определяет свойство объекта (системы объектов) совершать работу за счет изменения скорости перемещения объекта или изменения расположения взаимодействующих объектов относительно друг друга.
Сформулируем закон сохранения механической энергии с помощью математического уравнения:

Глядя на представленную формулу видно, что энергия не появляется из ниоткуда и не исчезает в неизвестном направлении; лишь происходит преобразование одной разновидности в другую или переход между взаимодействующими объектами. В изолированной или закрытой системе, т.е. системе, на которую не оказывают влияния силы извне или их возможно игнорировать, энергетический обмен с внешней средой не происходит, и внутренняя энергия объекта не изменяется. В ней могут происходить лишь превращения потенциальной энергии в кинетическую и наоборот. [10]

1.7 Примеры

Действие этих законов проявляется в науке, в технике, в природе и в повседневной жизни. В основе движения таких живых существ, как кальмары, осьминоги, каракатицы и медузы, лежит закон сохранения импульса. В этих случаях движение тела возникает из-за отделения какой-либо его части. Такое движение называется реактивным.

В повседневной жизни есть множество примеров, когда действует закон сохранения импульса и энергии.

Самый просто из них – воздушный шарик, который движется в противоположную сторону от выпускаемого из него сжатого воздуха. Этот опыт основывается на реактивном движении.

Основываясь на законе сохранения импульса и энергии, как я уже упомянула выше, были построены первые ракеты, запущены спутники, этот закон лежит в основе проектирования самолетных двигателей и разной другой техники. [8]

Если отвечать на вопросы, заданные мной в самом начале, то все оказывается очень просто.

Почему мяч, летящий с большой скоростью, человек может остановить одной рукой, а вагон, движущийся по рельсам очень медленно, человек остановить не может?

С какой бы скоростью ни двигался мяч, его масса по сравнению с вагоном слишком мала. Вагон имеет огромную массу, из-за которой мы не можем остановить его, даже если он движется достаточно медленно.

Почему теннисный мяч, попадая в человека, не причиняет ему вреда, а пуля, меньшая по массе, но движущаяся с большой скоростью (600 – 800 ), оказывается смертельно опасной?

А в данном случае все наоборот. Пуля намного меньше мяча, но скорость, которую она развивает, огромна. Именно поэтому человек не сможет даже поймать ее, а удар окажется смертельным.

Глава 2. Практическая часть

Для того чтобы доказать то, что закон сохранения импульса играет важную роль в нашей жизни, и его можно обнаружить в самых простых примерах, я проведу опыт.

Мне нужно сделать отверстие для палочки от чупа-чупса в каучуковом мячике и мячике для тенниса. Следующим шагом я вставлю палочку в каучуковый шарик, чтобы палочка держалась плотно в мячике, и сверху надену мячик для настольного тенниса. Держа за край палочки, я отпущу мячики.

За счет закона сохранения импульса и закона сохранения энергии теннисный мячик получит дополнительный запас энергии и импульс от каучукового мячика, и подлетит на большую высоту.

Заключение

С помощью опыта и различных примеров я доказала, что в основе многих моментов нашей жизни, начиная от самых простых, заканчивая сложными, лежит закон сохранения импульса и энергии.

Изучив теоретические материалы, дав понятие импульса тела и выведя формулу закона сохранения импульса и энергии, узнав, какие бывают удары, что такое реактивное движение, я достигла цели. Я узнала роль закона сохранения импульса и энергии в механике и жизни человека благодаря проведенным мною опытам.

Интернет ресурсы

1. https://foxford.ru/wiki/fizika/zakon-sohraneniya-impulsa

2. https://resh.edu.ru/subject/lesson/5895/conspect/138338/

3. https://interneturok.ru/lesson/physics/10-klass/bzakony-sohraneniya-v-mehanikeb/stolknovenie-tel-absolyutno-uprugiy-i-absolyutno-neuprugiy-udary

4. https://myslide.ru/presentation/zakon-soxraneniya-impulsa

5. http://www.myshared.ru/slide/42207/

6. https://mypresentation.ru/presentation/1569709291_zakon-soxraneniya-impulsa

7. https://obrazovaka.ru/fizika/reaktivnoe-dvizhenie-formula.html

8. https://www.poznavayka.org/fizika/zakon-sohraneniya-impulsa-v-mehanike-i-tehnike/#a1

9. https://rosuchebnik.ru/material/potentsialnaya-energiya/

10. https://rosuchebnik.ru/material/zakon-sokhraneniya-mekhanicheskoy-energii/

Приложения

Приложение 1

10