СКОРОСТЬ

СКОРОСТЬ
автор ДОЛГОВ Евгений Алексеевич
руководитель КОМЛЕВА Татьяна Георгиевна, учитель физики
МОУ «Итатская СОШ № 2 с. Томское» Томского района, ДУБОК Геннадий Аркадьевич,
634542 с. Томское ул. Маяковского 1, 959-301, факс 959-301, Tomschool@mail.ru
Оглавление.
Введение………………………………………………………………………..1
1. Анкета физической величины…………………………………………2
2. Скорости, встречающиеся в природе и технике…………………3
3. Как измеряют скорость………………………………………………….4
4. Как быстро мы движемся?……………………………………………..5
5. Скорости автомобилей. Практическое измерение скорости
некоторых машин…………………………………………………………6
6. Скорости на воде и в небе……………………………………………..8
7. Космические скорости………………………………………………….9.
Заключение……………………………………………………………………10
Список литературы…………………………………………………………..11
Приложения.
Введение.
Изучая тему «Скорость», я захотел больше узнать о скорости животных,
человека и других движущихся объектов. Тем более, что у нас в школе есть 3
автобуса и грузовая машина, на которой работал мой папа. Мы решили
определить средние скорости наших школьных транспортных средств, поезда, а
также скорости других машин, на которых приходилось ездить.
Начиная работать над этой темой, мы думали описать сначала малые
скорости в живой природе и технике, и закончить космическими. Но, собирая
материал, где есть что-то про скорость, получилось очень много сведений.
Поэтому в работе больше описано о скорости автомобилей (а их в мире более
300 млн.) и меньше о скорости других объектов.
Цели работы: изучить теоретический материал о скорости; ознакомиться
со скоростью в природе и технике; с помощью измерений определить
собственную скорость и скорость некоторых транспортных средств.
Задачи исследования.
1. Изучить и проанализировать учебно-научную литературу, в которой есть
материал о скорости.
2. Разработать методику экспериментов.
3. Првести необходимые измерения для определения скорости.
Этапы исследования.
1. Изучение и анализ литературы по этой теме.
2. Создание модели проведения экспериментов.
3. Проведение экспериментов, анализ результатов.
4. Систематизация работы. Подбор наглядного материала.
5. Написание работы.
0
Элементом новизны нашего исследования является то, что мы впервые
собрали материал о скорости транспортных средств нашей школы и сравнили
их со скоростью других объектов.
1. «Анкета» физической величины.
Физическая величина.
Математическая характеристика
( скаляр, вектор).
Скорость
Вектор
Общепринятое обозначение.
Процесс ( объект), описываемый с помощью
данной физической величины.
υ
Движение
Свойство объекта, для описания которого
вводится данная Физическая величина.
Формула (закон), на основе которой вводится
эта величина.
Единица (СИ)
Быстрота изменения
пути со временем
υ=Ѕ/t
м/с
2. Скорости, встречающиеся в природе и технике
В отличие от расстояний и интервалов времени все возможные в природе
скорости движения тел укладываются между двумя предельными значениями:
минимальным, равным нулю, и максимальным, равным скорости света в
вакууме.
Движение материальных тел со скоростью, превышающей скорость
распространения света в вакууме, не обнаружено ни в макромире, т.е. среди
тел, окружающих человека в его повседневной жизни, а также среди планет,
звезд и звездных систем, ни в микромире, т. е. среди молекул, атомов, атомных
ядер и элементарных частиц.
Приблизительные значения некоторых скоростей, встречающихся в
природе и технике, приведены в таблице.
Таблица 1.
Скорости в природе и технике (в метрах в секунду)
Скорость света
Скорость движения самых далеких галактик
Скорость электронов в кинескопе телевизора
Скорость движения Солнца по орбите вокруг центра
3·108
1,4·108
108
2,3·105
1
Галактики
Скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца
Скорость искусственного спутника Земли
3·104
8·103
Скорость движения Луны по орбите вокруг Земли
103
Максимальная скорость пассажирского реактивного
самолета
Средняя скорость движения молекулы азота при
температуре 0°С
Максимальная скорость автомобиля
Максимальная скорость локомотива
Максимальная скорость полета сокола
Скорость гепарда
Рекорд скорости человека в беге на дистанции 100м
Рекорд скорости человека в ходьбе на 50 км
Скорость черепахи
7·102
Скорость улитки
1,4·10-2
5·102
2,8·102
1,1·102
102
3,1·10
10
3,4
5·10-2
3. Как измеряют скорость
Скорость автомобиля
Как узнает водитель скорость автомобиля? Для этой цели на щитке
приборов перед водителем установлен спидометр и счетчик пройденного пути.
Шкала прибора градуируется в километрах на час. Чем быстрее вращаются
колеса автомобиля, тем на больший угол отклоняется стрелка спидометра от
нулевого положения, показывая на шкале спидометра скорость движения
автомобиля в данный момент.
В одном корпусе со спидометром смонтирован счетчик пути. Он
показывает путь, пройденный в километрах, с точностью до 0,01 км.
Наибольшее показание счетчика— 99999,9 км.
Скорость локомотива
Скорость тепловоза и электровоза определяется специальным прибором скоростемером. Самопишущий скоростемер - это универсальный прибор. По
циферблату прибора определяют скорость локомотива в данный момент в
километрах в час, а по графику, автоматически записанному на специальной
ленте, - скорость на протяжении всего рейса. Кроме того, в циферблат
вмонтированы часы со шкалой, указатель километров, пройденных
локомотивом за данный рейс.
Скорость судна в море
Как определяет штурман курс корабля вдали от берегов, когда, куда ни
обернешься, только небо да вода? Как измеряют скорость судна? В морской
практике сохранилась старинная мера скорости - узел. Что это за мера.
Название «узел» происходит от старинного способа измерения скорости
2
корабля при помощи лага. Тросик, или так называемый лаглинь, с привязанной
на конце доской бросают с кормы корабля. Доска по инерции остается позади
уходящего корабля, а тросик сматывают с катушки, которую матрос держит в
руках. На тросике завязаны узлы, отстоящие друг от друга на определенное
время, можно определить скорость корабля в «узлах» или милях час. В
настоящее время применяют механические и электрические лоты, но скорость
продолжают измерять в «узлах».
Узел - самостоятельная единица скорости. Сказать: «Судно идет со
скоростью 36 узлов в час» - неправильно.
Скорость самолета
Скорость движения автомобиля и локомотива определяют по скорости
движения колес; скоростью движения судна определяют по удалению от доски,
выброшенной в море. Но как определить скорость летящего в небе самолета?
Связь его с Землей может осуществляться только по радио.
Авиационные скорости основаны на законах аэродинамики.
Скорость ветра
На метеорологических станциях скорость ветра обычно измеряют при
помощи флюгера с ветромерной доской. Когда ветра нет, доска висит в
вертикальном положении. Чем сильнее ветер, тем на больший угол отклоняется
доска. По штифтам расположенного около доски указателя можно определить
скорость ветра.
Более точно можно определять среднюю скорость ветра при помощи
«анемометра»
4 Как быстро мы движемся?
От природы человек наделен способностью развивать довольно
скромную скорость передвижения: пешеход в среднем проходит в секунду 1,5
метра в секунду. Это немного быстрее, чем движение воды в большей части
равнинных рек, но медленней чем движение воздуха при умеренном ветре (5
метров в секунду). По сравнению с улиткой, переползающей всего 1,5 мм в
секунду, человек является скороходом: ведь он в 1000 раз проворнее её! Но
если он вступит в состязание с другими живыми существами, то останется
позади: даже муха при спокойном полете движется втрое быстрее, чем
пешеход.
Однако уже такое сравнительно простое механическое приспособление,
как коньки, даёт человеку преимущество над его "соперниками" из мира
животных. Опытный конькобежец бежит со скоростью, превышающей 10
метров в секунду, и лишь немногие животные могут его догнать. Всадник на
скакуне развивает скорость в пределах 1 5 - 2 0 метров в секунду и буквально
перегоняет ветер, потому что при сильном ветре скорость движения воздуха
редко превышает 20 метров в секунду. Следовательно, выражение наших
сказок и былин "конь быстрый, как буйный ветер" не является вовсе
преувеличением. Хорошая гончая собака мчится даже быстрее ветра (25
метров в секунду). Ещё больше скорость полета некоторых птиц.
3
Скорость бега тренированного человека, зависящая, конечно, от
дистанции, может в несколько раз превышать скорость пешехода. Например, на
стометровке спортсмен развивает скорость, почти в 6 — 7 раз большую (около
10 метров в секунду), чем у пешехода. Удивительными являются результаты
бега людей на большие расстояния. Так, в 1981 году французский спортсмен
33 - летний Роман Забало пробежал 506 километров - расстояние между
городами Флоранс и Монпелье. Для этого ему понадобилось немногим более 61
часа ( средняя скорость около 2,3 метра в секунду или 8,3 км/ч). После финиша
марафонец сказал, что рад был доказать возможность человека бегом
преодолеть дистанцию превышающую 500 километров.
Богата история рекордов скорости, установленных человеком на
различных машинах и аппаратах. Но среди всех рекордов есть один особый: 12
апреля наш соотечественник Юрий Гагарин совершил первое в мире
космическое путешествие вокруг Земли, двигаясь в безвоздушном
пространстве со скоростью около 8 километров в секунду, т. е. со скоростью
превышающей скорость звука в воздухе, почти в 24 раза.
В таблице 2 приведены некоторые мировые скорости, достигнутые
человеком в спорте.
Таблица 2.
Мировые спортивны рекорды.
Вид состязаний
Бег
100 м
200 м
1500 м
10000 м
Марафонский бег
(42 км 194 м)
Бег на коньках
1500 м
10000 м
Плавание
100 м (вольный стиль)
100 м (брасс)
Средняя скорость, м/с
Мужчины
Женщины
10,17
9,53
10,14
9^7
7,16
6,46
6,12
5,51
5,5
5
13,39
12,7
12,57
2,05
1,62
1,83
1,47
Я также определили свою среднюю скорость при ходьбе, беге и беге на
лыжах. Результаты занёс в таблицу.
Таблица 3. Моя средняя скорость.
4
Вид
движения
Ходьба
Бег
Бег на лыжах
Путь
S, M
20
60
100
Время U с
14
9
40
Скорость
и, м/с
1,5
6,7
2,5
Скорость
и, км/ч
5,4
24,12
9
5. Скорость автомобиля.
Автомобиль - самое распространенное ныне средство механического
транспорта Во всем мире насчитывается более 300 млн. автомобилей.
Машины, изобретенные человеком, делают его самым быстрым
существом на Земле. Еще в 1896 г. на автомобильных гонках Париж - Брест
была достигнута скорость 20 км/ч, т.е. около 6 м/с. Это считалось тогда для
автомобилей великим триумфом. Но уже через год скорость автомобилей
удвоилась, а в 1909 г. на гонках Париж - Мадрид автомобили развили скорость,
впятеро большую, - 108 км/ч, или 30 м/с. В наше время скорости автомобилей
на гонках могут превышать и 1000 км/ч.
В самом названии «автомобиль» заложена идея скорости («мобиль» быстрый, и подвижный). Конструкторы повышают мощность двигателей,
растет максимальная скорость автомашин, которую они способны развивать.
Первые отечественные автомобили имели небольшую скорость. Современные
легковые автомобили могут развивать скорость до 200 км/ч и больше. Но их
средняя скорость зависит не только от мощности его двигателя, но и от дорог
по которым он ездит, поэтому этого нельзя не учитывать.
Вот первые наши автомобили:
ГАЗ - А. Первый легковой автомобиль, выпущенный в 1932 г.
Горьковским автомобильным заводом. Этот автомобиль не собирали из
привезенных готовых частей, а весь изготовляли на заводе. Мощность - 30
кВт, скорость - 90 км/ч.
ЗИЛ - 101. Шестиместная легковая машина. Она появилась также в 1936
году. Сошла с конвейера Московского автомобильного завода, который теперь
носит имя советского автомобилестроителя И. А. Лихачева. Мощность - 81
кВт, скорость - 120 км/ч.
«ПОБЕДА». Год рождения автомобиля - 1945, и названа она так в честь
нашей победы над фашистской Германией. Еще шла война, а над проектом
машины уже работали конструкторы Горьковского автомобильного завода
Мощность - 39,0 кВт, скорость - 105 км/ч.
ЗИЛ - 110. Автомобиль высшего класса, семиместный. Его создали на
Московском автомобильном заводе в 1946 году. Мощность - 105 кВт, скорость
этого автомобиля - 140 км/ч.
«МОСКВИЧ». Чтобы выпустить эту машину, в Москве в 1947 году был
специально построен завод малолитражных автомобилей. Первый образец мало
похож на настоящий. Мощность - 55,2 кВт, скорость - 142 км/ч.
5
«ВОЛГА - 24». Мощность - 69,9 кВт, скорость - 147 км/ч.
«ЗАПОРОЖЕЦ». Автомобиль, двигатель которого расположен не
спереди, как обычно, а сзади и охлаждается не водой, а воздухом. Мощность 30,1 кВт, скорость - 118 км/ч.
«ЧАЙКА». Комфортабельный автомобиль высшего класса. Машина не
только красивая, но и очень надежная и выносливая. Мощность - 161,8 кВт,
скорость -175 км/ч.
«ЗИЛ 4101». Легковой автомобиль, выпускаемый Московским
автомобильным заводом. Мощность - 231 кВт, скорость - 190 км/ч
Современные машины еще больше усовершенствуются, обновляются.
Они более комфортабельны. Приведем пример некоторых машин и их
скорости.
Таблица 4. Скорости современных автомобилей.
Автомобиль
«ФОЛЬКСВАГЕН»
«МЕРСЕДЕС БЕНЦ»
«УАЗ легковой тип»
«АУДИ»
«ИЖ-ОДА»
«ГАЗЕЛЬ»
«УАЗ грузовой тип»
Максимальная скорость, км/ч
188 (может достичь 350 км/ч)»
180 (может достичь 220 км/ч.)
150
250
140
125
105
В работе мы также определили скорости некоторых транспортных средств.
Таблица 5.
Скорости школьных транспортных средств и другого
транспорта.
Вид
транспорта
«КАВЗ»
(школьный
автобус)
«ПАЗ»
(школьный
автобус)
Путь
S, M
13000
8900
29000
41000
1000
7000
8000
52000
Время t,c
840
540
1800
3000
65
420
480
3600
Скорость
и, м/с
Средняя
скорость,
км/ч
15
16,4
16,1
13,7
15,4
16,6
16,6
14,8
53,4
56
6
«ГАЗ»
(школьная
машина)
«ГАЗЕЛЬ»
«TOYOTA»
Поезд
(пригородный)
8000
8000
24000
12000
8000
6000
35000
9000
10000
16000
480
540
1680
900
600
420
1900
480
512
840
16,6
14,9
14,3
13,3
14
14,4
18,5
18,5
19,5
19
4000
1000
53000
300
900
4200
13 11
12,6
52
64
69
43
Определив средние скорости этого транспорта, мы убедились, что они
очень сильно отличаются от максимальных, так как на это влияют и наши
дороги и другие причины.
Пригородные электропоезда могут развивать скорость до 140 км/ч,
экспрессы 200 км/ч. Во Франции и Японии уже давно действует скоростной
поезд, развивающий скорость 350 км/ч и выше
В мире автомобилей есть тоже новинки.
Знаменитая фирма БМВ создала скоростной болид H2R,
приближающий появление на рынке роскошных водородных автомобилей.
20 сентября 2004 г. компания объявила о рекордах в категории водородных
автомобилей, в частности, о прохождении дистанции 1 км при старте с места
за 26,6 с, а также достижении скорости 302,4 км/ч.
Разгонная динамика: за 6 секунд с места - до 100 км/ч. Масса
автомобиля (с полным баком и водителем) 1560 килограмм.
Экспериментальные «семерки» BMW, сохранили и бензобак. Два
топлива одновременно здесь не используются, но владелец может
переключиться то на бензиновый, то на водородный бак.
Или представьте себе железнодорожное полотно... поднятое в воздух на
стальных опорах. В подмосковных Озерах родились первые сотни метров
принципиально новой струнной транспортной системы. Зачем все это
нужно? Струнная трасса обеспечит пропускную способность порядка 100
тысяч пассажиров и более 100 тысяч тонн грузов в сутки. К тому же
потребуется минимальный землеотвод, сохранится почти в первозданном
виде природа. В труднодоступной местности струны могут оказаться
единственно приемлемым вариантом развития транспортной сети.
6. Скорости на воде и в небе.
Если скорости морских судов небольшие, то воздушные лайнеры уже во
7
много раз превышают скорости автомобилей.
В следующей таблице мы приводим скорости некоторых морских и
воздушных судов.
Таблица 6. Скорости судов и самолетов.
Речные и морские суда
70
34
км/ч
26,5
37
31
67
39
527,8
Воздушный транспорт
км/ч
Лн-24
Як-42
470
820
Ту-154 Ил-86
850
950
Ан-2
«Антей»
200
750
Ка-26 Ми-26
вертоле вертоле
170
295
т
т
7. Космические скорости.
Скорости в космосе огромны. Приведем примеры скоростей космических
объектов.
Таблица 7. Скорости космических объектов.
Объект
Луна вокруг Земли
Земля вокруг Солнца
Солнечная система относительно Галактики
Солнце вокруг центра Галактики
и, км/с
1
30
20
250
ОуКМ/Ч
3600
108 000
72 000
900 000
Существуют и такие скорости:
Первая космическая скорость - скорость, необходимая для того, чтобы
тело (космический корабль, ракета) смогло покинуть Землю и стать
искусственным спутником Земли. При этой скорости орбита спутника лежит
в пределах земного притяжения.
Первая космическая скорость впервые была достигнута при запуске
первого в мире искусственного спутника Земли 4 октября 1957 г.
Первая космическая скорость (у поверхности Земли) равна 7,91 км/с.
8
Вторая космическая скорость - скорость, необходимая для того, чтобы
тело смогло покинуть Землю и превратиться в искусственную планету спутник Солнца. При этой скорости тело выходит за пределы земного
притяжения.
Вторая космическая скорость впервые была достигнута при запуске
первой космической ракеты в сторону Луны 2 января 1959 г.
Вторая космическая скорость (у поверхности Земли) равна 11,19 км/с.
Третья космическая скорость - скорость, необходимая для того,
чтобы тело могло покинуть пределы Солнечной системы и уйти в галактику.
При этой скорости тело выходит из сферы притяжения Солнца и покидает
Солнечную систему.
Третья космическая скорость (у поверхности Земли) равна приближенно
16,67 км/с
Заключение.
В процессе проведенной работы, мы узнали, какие скорости могут быть
в живой и неживой природе. Ознакомились со скоростью животных, сравнили
их с собственной скоростью и со скоростью других транспортных средств.
На практике определили скорости некоторых машин и убедились в том,
что они сильно отличаются от максимальных из-за плохих дорог и других
причин.
1.
2.
3.
4.
5.
Литертура.
О.Ф. Кабардин. Факультативный курс физики 8 класс. Москва
«Просвещение», 1985.
И. Я. Ланина. Не уроком единым. Москва «Просвещение», 1991.
М. И. Блудов. Беседы по физике. Москва «Просвещение», 1991.
Я. И. Перельман. Занимательна физика. Москва. Наука, 1983.
Журнал «За рулем», №1, 2002 и др.
9
10
11
12