proekt sharik v strue

"Мир вибрирует вокруг нас,
Всё в мире есть вибрация"
первоучитель человечества
Гермес Трисмегист
Всё есть колебания и они
распространяются хотим
мы этого или нет
Шарик в струе
Выполнил работу: Корнеев Александр
Ученик 11 класса МБОУ СОШ №18 п Паркового
Цель проекта:
Исследовать зависимость периода
колебаний шарика, находящегося в
струе воды, от скорости струи и массы
шарика
План исследования:
I. Предлагаю 3 способа определения периода колебаний шарика в струе
жидкости:
Метод №1
1.Видеосъемка короткого фильма, демонстрирующего движение шарика в струе воды.
2. Обработка полученного видеофайла в программе «Измеритель 1 С»,
(Доступна для бесплатного скачивания с сайта Единой коллекции ЦОР: http://schoolcollection.edu.ru/),
оцифровка траектории, а затем математическая обработка графиков.
3. Анализ полученных графиков и решение поставленной физической задачи.
Метод №2
1.Видеосъемка короткого фильма, демонстрирующего движение шарика в струе воды.
2.Обработка полученного видеофайла при помощи программы VirtualDub
Метод №3
1 Исследование зависимости при помощи цифровой лаборатории «Архимед», датчика
расстояния и программы Multilab.
2. Обработка полученных данных
Способ определения скорости струи для всех трех методов одинаков
II. Составление отчета.
III. Вывод.
Оборудование
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Метод №1,2
1. Web-камера
2. Шарик
3. Шланг
4. Сосуд для сбора вытекающей
воды
5. Программа «Измеритель 1 С»
6. Программа VirtualDub
6. Секундомер
7. Штангенциркуль
8. Цифровой фотоаппарат
9. Весы
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Метод №3
1. Цифровая лаборатория
«Архимед»
2. Программа Multilab
3. Датчик расстояния
4. Сосуд для сбора
вытекающей воды
5. Шарик
6. Шланг
6. Секундомер
7. Штангенциркуль
8. Цифровой фотоаппарат
9. Весы
Постановка задачи
Если струя обтекает шарик равномерно, он будет держаться в ней на
какой-то высоте. Если же струя чуть отклонится или шарик собьется с
середины струи, сейчас же произойдет вот что: скажем, правая половина
шарика вышла из струи, она, значит, потеряла точку опоры, а на левую
струя продолжает нажимать, вследствие чего шарику сообщается
вращательное движение. Это хорошо видно в видеофрагменте с шариком
в струе воды .Он вновь как бы вкатывается в середину струи, не успев
окончательно выскочить из нее. Колебания происходят не синхронные,
что усложняет вычисления
1 способ определения периода колебаний:
1. Видеофрагменты полученные с
помощью Web-камеры
Опыт 1
Опыт 2
Опыт 3
2.Обработка видеофайла
Масштабирование
Результатом обработки исследуемого движения являются маркерные
точки (Стробоскопическое изображение движения), в соответствии с
которыми можно рассмотреть основные параметры их движения –
амплитуда, смещение в любой момент времени, период колебаний.
3.График зависимости координаты У
от времени
Опыт №3
№
, м/с
T,c
Скорость струи
Недостаток:: частота записи кадров веб камеры мала для
исследования при помощи программы «Измеритель 1 С»
1
0,223
0,16
2
0,226
0,14
3
0,268
0,08
Табл №1
2 способ определения периода колебаний:
№
, м/с
t,с
N
T,c
1
0,223
4,27
4
1,1
2
0,226
6,41
7
0,92
3
0,268
7,75
12
0,64
Табл №2
Просматривая видеофрагмент при помощи программы VirtualDub в
медленном темпе, можно подсчитать количество колебаний за
промежуток времени и согласно T=t/N определить период.
Данные представлены в таблице №2
Недостаток : большая погрешность вычислений, связанная с человеческим фактором
3 способ определения периода колебаний
1 Собираем установку:
-присоединяем к одному штативу
вертикально шланг
-на втором штативе на высоте не менее
20 см от шарика устанавливаем датчик
расстояния
-присоединяем датчик расстояния к
цифровой лаборатории «Архимед»
-включаем необходимый напор воды и
устанавливаем шарик в струе воды
-Включаем программу Multilab
- снимаем показания прибора.
2.Обрабатываем полученные данные.
Обработка полученных данных
Опыт №1
Опыт №2
Опыт №3
Т= 0,08с
Т= 0,06с
Т= 0,04с
Зависимость периода колебаний шарика от скорости струи
№
m,гр
t,с
Q, м3*10-3/с
, м/с
T,с
1
430
5
0,086
0,274
0,08
2
465
5
0,093
0,296
0,06
3
492
5
0,0984
0,313
0,04
Таблица №3
Чем больше скорость струи, тем меньше период колебаний шарика
Определение скорости струи
.
.
Объем V вытекающей за время t воды связан со скоростью истечения
простым соотношением: V = xS = v0tS
Определим время наполнения мерного сосуда водой и площадь
поперечного сечения вытекающей струи, задаваемой диаметром D круглого
выходного отверстия шланга на конце шланга:
 D2
S
4
Q=πr2 - объемный расход воды в струе
Q= V/t – вытекающий объем воды в секунду
м3*10-3/с
, м/с
№
m,гр
t,с
1
350
5
0,070
0,223
2
355
5
0,071
0,226
3
420
5
0,084
0,268
Q,
=Q/πr2
r = 1 cм=0,01м
r- радиус струи
Таблица №4
Решение поставленной задачи:
зависимость периода колебаний шарика от
скорости струи и массы шарика
Двигающееся в жидкости тело оказывает воздействие на частицы среды,
изменяя их скорость. По третьему закону Ньютона, на тело со стороны
среды действует противоположно направленная сила, которую называют
силой сопротивления. Коэффициент гидродинамического сопротивления,
которое испытывает шарик Cx =0,5
Сила лобового сопротивления
где S — площадь поперечного сечения шарика
 - плотность жидкости
 - скорость струи
mg
следовательно m~2 ,
а чем больше скорость струи, тем меньше период колебаний
Вывод
1.С увеличением скорости струи
период колебания шарика уменьшается.
2. Т. к. m~2, то струя с большей скоростью сможет
поднять шарик большей массы, а в соответствии с
таблицами №1-3 при увеличении скорости период
должен уменьшиться.
P.S.
Считаю, что наиболее точными являются данные
полученные при помощи цифровой лаборатории
«Архимед».
Литература
• Митрофанов А. Полеты в струе и наяву //Квант. — 1991.
— № 9. — С. 2-10
• class-fizika.spb.ru/index.php/opit/610-op-bernul1
• free-video-converter.ru/how-to-convert-wmv-to-avi.html
• http://ifilip.narod.ru/videoan/videoan.html
Спасибо за внимание!!!