Вес и невесомость

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Весенненская СОШ»

Номинация: детские исследовательские работы и проекты.

Вес и невесомость

Автор работы: Тиганов Сергей, ученик 7 класса

Руководитель: Рыбакова Вера Семеновна

с. Весеннее

2014

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Тема: «Вес и невесомость»

Актуальность темы.«Невесомость» вызвала у меня интерес при изучении темы «Вес» на уроке физики. До начала исследования мне было известно лишь то, что невесомость – состояние, которое наблюдается в космосе, на космическом корабле, при котором все предметы летают, а космонавты не могут стоять на ногах, как на Земле.

А еще мне хотелось узнать: встречается ли невесомость на Земле, где все предметы падают и где применяет человек явление невесомости? Может ли меняться вес тела? Так появилась тема исследования «Вес и невесомость».

Невесомость. Это слово сейчас знакомо каждому. Невесомость - главное отличие космической жизни от земной. Но в начале 20 века это слово Циолковскому К.Э. пришлось «придумать» для обозначения совершенно необычного состояния, которое наступает в ракете, когда она, отключив двигатели, вращается вокруг Земли или движется к другим планетам.

Что такое невесомость? Когда наступает невесомость? В чем она проявляется? Бывает ли человек в состоянии невесомости в обыденной жизни? А можно ли получить невесомость на Земле? Чтобы найти ответы на эти вопросы, я решил провести экспериментальное исследование.

Цель работы: исследование условий изменения веса тела и возникновения невесомости на Земле.

Поставленная цель предусматривает решение следующих задач:

Подобрать, изучить и обработать различные источники информации по данной теме;

Придумать эксперименты, демонстрирующие состояние невесомости и изменения веса;

Обобщить результаты исследований, сделать выводы.

Методы исследования: работа с различными источниками информации (Интернет – ресурсы, литература), эксперимент, работа с компьютером.

1. ВЕС ТЕЛА И НЕВЕСОМОСТЬ

В технике и в быту широко используется понятие веса тела.

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. При этом предполагается, что тело неподвижно относительно опоры или подвеса. Пусть тело лежит на неподвижном относительно Земли горизонтальном столе.

На тело действуют сила тяжести Fт=mgнаправленная вертикально вниз, и сила упругости Fy=Nс которой опора действует на тело. Силу Nназываютсилой реакции опоры. Силы, действующие на тело, уравновешивают друг друга:

В соответствии с третьим законом Ньютона тело действует на опору с некоторой силой Pравной по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону: P = -N. По определению, сила Pи называетсявесом тела. Из приведенных выше соотношений видно, чтот. е. вес тела Pравен силе тяжести mg

Но эти силы приложены к разным телам!

Рассмотрим теперь случай, когда тело лежит на опоре (или подвешено на пружине) в кабине лифта, движущейся с некоторым ускорением aотносительно Земли. На тело по-прежнему действуют сила тяжести mgи сила реакции опоры Nно теперь эти силы не уравновешивают друг друга и  вес тела зависит только от его ускорения. В этом случае вес Р=m(g-a)

Если ускорение тела направлено вниз, то вес тела меньше силы тяжести

Р

Если ускорение тела направлено вверх, то вес тела больше  силы тяжести

Р> mg

Наконец, если a = g, то P = 0. Тело свободно падает на Землю вместе с кабиной. Такое состояние называется невесомостью. Оно возникает, например, в кабине космического корабля при его движении по орбите при выключенных реактивных двигателях.

2. ОПЫТЫ С НЕВЕСОМОСТЬЮ И ИЗМЕНЕНИЕМ ВЕСА

. Можно привести немало примеров из собственной практики. При прыжках с вышки в воду или при прыжках на батуте, когда гимнаст парит в воздухе, наступает состояние полной потери веса, полной невесомости. Даже просто подпрыгнув, вы на пару секунд оказываетесь в невесомости. Каждый прыжок — это несколько секунд невесомости. А на качелях? При движении вверх или вниз происходит изменение веса.

Я провел  несколько опытов, доказывающих состояние невесомости и изменение веса на Земле.

Опыт №1. Вертикальное падение тела

Что произойдет с динамометром, если он падает  вместе с подвешенным к ним грузом? Он будет показывать отсутствие веса,его стрелка будет стоять на нуле.

Опыт №2. Невесомая вода

Возьми пустую пластиковую бутылку и сделай в ней  отверстие: Налей в бутылку воду и подними ее. Пока никаких чудес не происходит: вода исправно льется струйкой из дырочки в дне. Ведь она имеет вес и стремится упасть вниз, и дырочка дает ей эту возможность.

А теперь подними бутылку повыше и, внимательно глядя на струйку, выпусти ее из рук. Бутылка упала  на пол. Но можно заметить: пока она падала, струйка не текла.Вода в падающей банке была невесомой!

Опыт №3. Невесомый  брусок

Возьми линейку и положи на нее брусок. Под действием веса бруска линейка согнется. Если линейку отпустить с бруском, то при свободном падении брусок не будет давить на линейку и она выпрямится.

Опыт №4. Как уменьшить свой вес

Быстро уменьшить свой вес можно без сауны и диеты, одним только несложным упражнением.

Встань на пружинные напольные весы, и сделай приседание. В момент приседания весы показывают меньший вес! Ну да, ведь падающее тело теряет вес. Теряет полностью, если оно оборвалось и падает свободно. А ты ведь не совсем падаешь, а только быстро опускаешься. Вот и вес твой теряется не совсем, не полностью, а только уменьшается.

Можно подобным образом и «поправиться». Стоя на весах, быстро подними руки. В момент движения весы покажут больший вес.

Такой «опыт» ты можешь наблюдать ив продовольственном магазине. Когда продавец кладет товар на  весы, стрелка сначала отклоняется сильнее, показывает больший вес.

3. ЭТО ИНТЕРЕСНО

Операция в невесомости.

Группа французских хирургов из Бордо впервые осуществила ряд успешных микрохирургических операций на крысах в самолёте, воспроизводящем условия невесомости. Это открывает возможность проведения подобных операций во время длительных космических полётов. Пациентами были четыре крысы. Аэробус был специально оборудован для имитации невесомости. Исследователям удалось наложить «шов на артерию, размером 1,5 мм минимальную, обнаруживаемую в нормальных условиях». Этот опыт открывает возможность сложных хирургических вмешательств во время долгосрочных космических полётов, при этом возможно даже, что операция над больным астронавтом в космосе будет производиться при помощи робота, управляемого на расстоянии с Земли хирургом.

Пламя в невесомости. На Земле благодаря гравитации возникают конвекционные потоки, которые и  определяют форму пламени. Они поднимают раскалённые частички сажи, которые излучают видимый свет. Благодаря этому мы видим пламя. В невесомости конвекционные потоки отсутствуют, частички сажи не поднимаются, а пламя свечи принимает сферическую форму.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе гипотезой исследования стало предположение о том, легко ли получить невесомость на Земле. Большое место в работе занимает рассмотрение условий возникновения невесомости, перегрузок. Исследование ведется через рассмотрение таких проблем, как изменение веса тела при свободном падении, при движении тела, движущегося вертикально вниз с ускорением и вертикально вверх с ускорением.

Важнейшим элементом исследовательской работы является представление экспериментальных результатов работы и их физическое объяснение.

С помощью проведённых экспериментов, я смог решить поставленные задачи и убедиться в том, что невесомость – удивительное явление и совсем не редкое для людей состояние.

Проведя, исследования и опыты, которые описаны в данной работе, являются не сложными, но достаточно серьёзными. Благодаря им, я узнал для себя много нового и интересного о невесомости и весе тела.

Данная работа позволила мне расширить и углубить свои знания о невесомости и весе тела, усилить свой интерес к физике. В результате проведенных исследований и экспериментов можно сделать такие выводы:

Значимые результаты были получены в результате проведения 4 экспериментов. Различными исследованиями было получено состояние невесомости и дано им объяснение.

Математический вывод формул позволил подтвердить результаты экспериментальных исследований.

На Земле невесомых тел нет. Создать невесомость можно только на считанные секунды во время свободного падения.

Невесомость можно получить не только в космосе, но и на Земле. Но на Земле может быть получена только кратковременная невесомость, невесомость с частичной потерей веса тела. В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований и наглядный материал (фото), подтверждающий достоверность научных исследований.

ЛИТЕРАТУРА

1)  Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень). – М.: Издательство Мнэмозина, 2009

2)  Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы: Учебное пособие для уч-ся.-3 изд.- М.: Просвещение, 1991. – 367с.

3)  Чандаева С. А. Физика и человек. –М.: АО «Аспект Пресс», 1994

4)  Дюбанкова О. Космическая медицина не долетает до Земли Сайт издательского дома «Аргументы и факты» - http://gazeta. aif. ru/online/health/511/03_01

5)  Клушанцев П. Дом на орбите: Рассказы об орбитальных станциях. - Л.: Дет.лит.,1975. - С.25-28. Пер. в эл. вид. Ю. Зубакин, 2007: (http://www. google. ru, http://epizodsspace. testpilot. ru/bibl/Klusantsev/dom-na-orb75/Klushantsev_04. htm)

6)  Людей можно оперировать в космосе. Сайт Российской газеты. РИА Новости.: http://www. rg. ru/2006/09/28/nevesomost-anons. html

7)  Первая операция в невесомости прошла успешно. Медицинский портал.- http://medportal.ru/mednovosti/news/2006/09/27/zerog

8) Энциклопедия интересных фактов «Мое сознание». 7 интересны фактов о невесомости, 2010 - http://moesoznanye.ru/kosmos/268-7-interesnyh-faktov-o-nevesomosti.html

9) Энциклопедия GlobalPhysics. Физика от А до Я. Невесомость.2011.- http://globalphysics.ru/physics/power/31-nevesomost.html

10) Пламя в невесомости. Библиотека Мошкова. –http://n-t. ru/tp/nr/pn. htm