Межрегиональная научно-практическая конференция

«Математика, информатика, технология, физика: теоретические и прикладные исследования»

Секция: Физика

Тема: «Определение зависимости массы, объёма от плотности при создании домашнего спортзала»

Российская федерация

Забайкальский край

Дульдургинский район

Село Дульдурга

Автор: У-Тунгаланов Андрей ученик 9 «б» касса

Муниципального общеобразовательного учреждения «Дульдургинская средняя общеобразовательная школа»

Руководитель: Баянова Мария Алексеевна, учитель физики муниципального общеобразовательного учреждения «Дульдургинская средняя общеобразовательная школа»

с. Дульдурга

2020 г.

Оглавление

Аннотация        3

Глава 1. Зависимость массы тела от объёма от плотности вещества.        6

1.1.        Плотность. Единицы плотности.        6

1.2.        Расчет массы и объема тела по плотности его вещества.        7

Глава 2. Создание спортивного инвентаря своими руками.        8

2.1.        Способы создания спортивного инвентаря своими руками.        8

2.2.        Создание гантель из цемента и песка.        9

2.2.1.        Расчет объёма необходимого раствора на каждый цилиндр гантели.        9

2.2.2.        Изготовление гантели.        11

2.3.        Создание гантель из шпаклевки.        11

2.3.1.        Расчет объёма необходимого раствора на каждый цилиндр гантели.        12

2.3.2.        Изготовление гантели.        13

2.4.        Стоимость изготовленных гантель.        14

Заключение        15

Библиография:        16

Определение зависимости массы, объёма от плотности при создании домашнего спортзала 

У-Тунгаланов Андрей

Российская федерация, Забайкальский край, Дульдургинский район,

село Дульдурга

 Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Дульдургинская средняя общеобразовательная школа»

 9 «б» класс

Аннотация

В современном мире спорт имеет огромное значение для подростков. Многие хотят заниматься спортом, но не у всех  есть возможность. Так как стоимость современных гантель достаточно высока, а занятия в секциях не всегда возможно, особенно в маленьких населенных пунктах.

Для того что бы поближе познакомиться с данной проблемой нами проведено анкетирование. Анкета состоит из 4 вопросов:

1. Занимаетесь ли вы спортом?
2. Где вы занимаетесь спортом (дома, в школе, на секции)?
3. Хертели бы вы иметь возможность заниматься спортом  дома?
4. Имеете ли вы возможность приобрести спортивный инвентарь для дома (например гантели)?

В анкетировании участвовало 54 человека, 12 учащихся 8 класс, 20 учащихся 9 класса, 14 учащихся 10 класса им 8 учащихся 11 класса (см. приложение 1).

По итогам анкетирования нами выявлено, что многие учащиеся занимаются спортом, но их занятия ограниченны занятиями в школе и на секциях. Не смотря на это большинство учащихся желают заниматься спортом дома, но не имеют возможности.

Поэтому нами решено создать спортивный инвентарь своими руками. А именно создать гантели разной массы (5;2,5 и 1,5 кг).

Из курса физики мы узнали о множестве физических явлений, физических величину. У нас возникла идея сделать самодельный спортивный инвентарь. Но перед нами встает вопрос расчета размеров гантель.

В своей работе мы описываем предварительную подготовку и стадии выполнения, что позволяет в дальнейшем аккуратно обращаться с предметами и правильно организовывать план своей работы. Помимо изучаемых явлений природы, в этих опытах можно параллельно познакомиться с законами физики (закон Архимеда) и приобрести технические навыки (работать отвёрткой, раствором и т.п). Появляется возможность проявить творческую мысль и смекалку.

Мы решили использовать раствор цемента и песка в отношении 1:3, так как они являются доступным средством и кроме этого, безопасны в использовании.

Цель: сконструировать спортивный инвентарь, своими руками, объяснить принцип расчета массы на основе знаний плотности и объёма.

Гипотеза: созданный спортивный инвентарь, можно использовать для занятий спортом, рассчитав точную массу каждого тела на основе данных о плотности материала, необходимом объёме.

Задачи:

1. изучить научную и популярную литературу по теме «Плотность»;
2. изучить простые и доступные способы создания спортивного инвентаря;
3. исследовать различные материалы для создания спортивного инвентаря (изучить особенности работы с материалом, выявить положительные и отрицательные характеристики материала)
4. изучить особенности работы и  технику безопасности при работе с материалом (цементом);
5. сделать гантели из цемента и песка;
6. дать рекомендации для расчета массы спортивного инвентаря на основе плотности материала.

Определение зависимости массы, объёма от плотности при создании домашнего спортзала 

У-Тунгаланов Андрей

Российская федерация, Забайкальский край, Дульдургинский район,

село Дульдурга

 Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Дульдургинская средняя общеобразовательная школа»

 9 «б» класс

Практическая значимость работы

Значимость данной работы состоит в том, что многие школьники желают заниматься спортом дома (по результатам анкетирования учащихся см. приложение 1), но не у всех есть возможность приобрести гантели и другой спортивный инвентарь для занятий. Поэтому нами решено изготовить гантели самостоятельно и дать рекомендации по их изготовлению, а именно как рассчитать массу гантели зная плотность материала, из которого изготавливается инвентарь (в нашем случае бетон).

Пан исследования

Определение зависимости массы, объёма от плотности при создании домашнего спортзала 

У-Тунгаланов Андрей

Российская федерация, Забайкальский край, Дульдургинский район,

село Дульдурга

 Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Дульдургинская средняя общеобразовательная школа»

 9 «б» класс

Глава 1. Зависимость массы тела от объёма от плотности вещества.

1. Плотность. Единицы плотности.

Каждое вещество занимает некоторый объём. И может оказаться, что объёмы двух тел равны, а их массы различны. В этом случае говорят, что плотности этих веществ различны.

Рассмотрим кусок железа, масса которого равна 1 кг, и кусок дерева, масса которого равна 1 кг. Объём дерева больше, чем объём куска железа. Плотность дерева меньше, чем плотность железа (молекулы прилегают не так плотно друг к другу).

Плотность равна отношению массы тела к его объёму.

В физике плотность обозначают греческой буквой ρ (ро).

плотность=масса : объём

, где m — масса, V — объём.

Основной единицей плотности вещества является кг/м3. Иногда используют единицу плотности г/см3.

Пример:

Плотность железа равна 7900кг/м3, это означает, что масса 1м3 железа равна 7900 кг.

Плотность воды равна 1000кг/м3, значит, масса 1м3 воды равна 1000 кг.

Выражая по-другому, плотность воды равна 1г/см3, значит, масса 1см3 воды равна 1 г.

В различных состояниях плотность вещества различна.

Например, плотность расплавленного железа меньше плотности твёрдого железа.

Плотности веществ могут быть очень различны. Самое плотное вещество не находится на Земле.

Например, в космосе плотность белого карлика Сириуса Б (звезда) так велика, что масса спичечного коробка из этого вещества была бы равна 127 тоннам.

2. Расчет массы и объема тела по плотности его вещества.

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с необходимостью рассчитывать массы и объёмы разных тел. Это удобно делать, применяя плотность.

Плотности разных веществ определяются по таблицам, например, плотность воды 1000 кг/м3, плотность этилового спирта 800 кг/м3.

Из определения плотности следует, что масса тела равна произведению его плотности и объёма. Объём же тела равен частному от массы и плотности. Этим пользуются при расчётах:

m = ρ * V; или V = m / p, где m масса данного тела, ρ его плотность, V объём тела.

Определение зависимости массы, объёма плотности при создании домашнего спортзала 

У-Тунгаланов Андрей

Российская федерация, Забайкальский край, Дульдургинский район,

село Дульдурга

 Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Дульдургинская средняя общеобразовательная школа»

 9 «б» класс

Глава 2. Создание спортивного инвентаря своими руками.

1.  Способы создания спортивного инвентаря своими руками.

Как сделать гантели в домашних условиях - этот вопрос очень важен для тех, кто не имеет возможности заниматься в зале.

Купить гантели довольно дорого. Но существует много простых способов изготовить гантели дома:

1. пластиковые бутылки, наполненные водой;
2. пластиковые бутылки, наполненные песком;
3. гантели, изготовленные с помощью цемента и песка;
4. гантели, изготовленные из железа (нарезание метала на диски).

Каждый из способов имеет свои положительные и отрицательные черты. При выборе способа изготовления гирь мы обратили внимание на простоту при изготовлении и запас прочности.

Так, например гантели из пластиковых бутылок, наиболее просты при изготовлении, но имеют маленький запас прочности. Напротив гантели из метала, сложно самостоятельно изготовить, так как необходимы специальные приборы.

Поэтому нами выбраны гантели, изготовленные с помощью цемента и песка.

2.  Создание гантель из цемента и песка.

Для изготовления гантелей нами использовано:

• Брусок диаметром 28мм по 50см;
• Саморезы;
• Пластиковые емкости;
• Цемент;
• Песок;
• Проволока для армирования.

1. Расчет объёма необходимого раствора на каждый цилиндр гантели.

Прежде чем начать работу по изготовлению гантель массой 5 кг, мы рассчитали, какого объёма нем необходимы пластиковые емкости. Для этого нам понадобилось плотность смеси, из которой мы изготовили гантели.

Для определения плотности смеси (бетона) мы изготовили бетонный куб размерами а=150, в=150, с=140 (рис.1), из смеси бетона и песка 1:3.

Рис.1 Бетонный куб

Для определения плотности смеси нам необходимо рассчитать объём тела и найти его массу.

Объём куба мы можем рассчитать по формуле V=a*b*c. Следовательно, объём нашего куба равен Vтела=0.15*0.15*0.14= 0.00315 м3.

Массу тела можем найти, взвесив его на весах. В результате масса равна 7,664 кг.

Затем мы определили плотность смеси по формуле плотности:

 Зная плотность и желаемую массу М=5 кг, мы нашли объём смеси необходимой для изготовления гири.

Но для определения точного объёма гантели нам понадобилось вычесть из массы гантели массу рукоятки mрук=400г=0,4 кг. Отсюда масса бетона стала равна:                   mбет= М-mрук=5кг – 0,4 кг= 4,6 кг.

Зная  и mбет = 4,6 кг мы нашли объём бетона необходимого для изготовления гантели массой 5 кг. Но так как гантели состоят из 2 цилиндров, мы нашли объём каждого цилиндра:                                           =0,000945 м3.

Данный объём рассчитан без учета того, что часть рукояти находится в растворе. Кроме этого в раствор отпускается проволока для армирования (увеличения прочности тела).

Исходя из этого, рассчитаем общий объём, который необходим для достижения массы тела равной 5 кг. Так как любое тело, помещенное в раствор занимает определенный объём (закон Архимеда).

 Общий объём будет рассчитан по формуле: Vобщ=Vдоп+Vцил. Дополнительный объем – это объём рукояти и проволоки помещенной в раствор. Данный объем можно найти по формуле цилиндра: V=пR2h (эти тела имеют цилиндрическую форму).

Рассчитаем объём рукояти помещенной в раствор (рис.2): Vрук.ц=3,14*0,0152*0,07=0,0000494 м3.

Рис.2. Рукоятка гантели помещенная в бетон

Объём проволоки помешенной в раствор (рис.3): Vпр=3,14*0,00052*0,4=0,000000314 м3.

Рис.2. Проволока помещенная в бетон

Следовательно Vдоп= Vрук.ц + Vпр = 0,0000497 м3.

Отсюда общий объём: Vобщ=Vдоп+Vцил=0,0000497+0,000945=0,000994 м3=1 л.

На основе всех расчетов проведенных нами мы выяснили, что на гантели массой 5 кг, нужно использовать 1 л раствора, на каждый цилиндр.

2. Изготовление гантели.

Для изготовления самодельных гантель из бетона нам понадобятся: два куска трубы (бруска) примерно 30см, несколько саморезов и строительная смесь (бетон), форма для заливки объёмом 1 литр.

В бруски закручиваться саморезы для армирования (рис.4).

Рис.4. Рукоятка гантели.

Затем в центр емкости объёмом 1 литр ставиться брусок саморезами вниз. Наливается раствор цемента и песка 1:3, цемента и воды 1:2. И помещается проволока для армирования (рис.5). Раствор оставляется на сутки для схватывания. Затем все действия повторяются с другой стороны рукояти. В итоге через двое суток мы получили готовые гантели (рис.6).

Рис.5. Изготовление гантели

3. Создание гантель из шпаклевки.

Для изготовления гантелей нами использовано:

• Брусок диаметром 28мм по 50см;
• Саморезы;
• Пластиковые емкости;
• Шпаклевка;
• Проволока для армирования.

3. Расчет объёма необходимого раствора на каждый цилиндр гантели.

Прежде чем начать работу по изготовлению гантель массой 2 кг, мы рассчитали, какого объёма нем необходимы пластиковые емкости. Для этого нам понадобилось плотность смеси, из которой мы изготовили гантели. Плотность шпаклевки дана на упаковке:  .

 Зная плотность и желаемую массу М=2 кг, мы нашли объём смеси необходимой для изготовления гири.

Но для определения точного объёма гантели нам понадобилось вычесть из массы гантели массу рукоятки mрук=400г=0,4 кг. Отсюда масса шпаклевки стала равна:                   mш= М-mрук=2 кг – 0,4 кг= 4,6 кг.

Зная  и mш = 4,6 кг мы нашли объём шпаклевки необходимой для изготовления гантели массой 2 кг. Но так как гантели состоят из 2 цилиндров, мы нашли объём каждого цилиндра:                                           =0,0014375 м3.

Данный объём рассчитан без учета того, что часть рукояти находится в растворе. Кроме этого в раствор отпускается проволока для армирования (увеличения прочности тела).

Исходя из этого, рассчитаем общий объём, который необходим для достижения массы тела равной 2 кг. Так как любое тело, помещенное в раствор занимает определенный объём (закон Архимеда).

 Общий объём будет рассчитан по формуле: Vобщ=Vдоп+Vцил. Дополнительный объем – это объём рукояти и проволоки помещенной в раствор. Данный объем можно найти по формуле цилиндра: V=пR2h (эти тела имеют цилиндрическую форму).

Рассчитаем объём рукояти помещенной в раствор (рис.2): Vрук.ц=3,14*0,0152*0,07=0,0000494 м3.

Рис.2. Рукоятка гантели помещенная в бетон

Объём проволоки помешенной в раствор (рис.3): Vпр=3,14*0,00052*0,4=0,000000314 м3.

Рис.2. Проволока помещенная в бетон

Следовательно Vдоп= Vрук.ц + Vпр = 0,0000497 м3.

Отсюда общий объём: Vобщ=Vдоп+Vцил=0,0000497+0,0014375 =0,0014872 м3=1,5 л.

На основе всех расчетов проведенных нами мы выяснили, что на гантели массой 2 кг, нужно использовать 1,5 л раствора шпаклевки, на каждый цилиндр.

4. Изготовление гантели.

Для изготовления самодельных гантель из раствора шпаклевки нам понадобятся: два куска трубы (бруска) примерно 30см, несколько саморезов и строительная смесь (шпаклевка), форма для заливки объёмом 1,5 литр.

В бруски закручиваться саморезы для армирования (рис.4).

Рис.4. Рукоятка гантели.

Затем в центр емкости объёмом 1,5 литр ставиться брусок саморезами вниз. Наливается раствор шпаклевки. И помещается проволока для армирования (рис.5). Раствор оставляется на сутки для схватывания. Затем все действия повторяются с другой стороны рукояти. В итоге через двое суток мы получили готовые гантели (рис.6).

Рис.5. Изготовление гантели

4. Стоимость изготовленных гантель. 

Для определения стоимости изготовленных гантель (2 шт.) нам необходимо рассчитать стоимость материалов использованных при изготовлении гантель.

Таблица 1. Стоимость гантель из бетона массой 5 кг.

Таблица 2. Стоимость гантель из шпаклевки массой 2 кг.

Исходя из данных результатов можно сделать вывод, что гантели, изготовленные собственными руками в разы дешевле гантель купленных в магазинах.

Определение зависимости массы, объёма плотности при создании домашнего спортзала 

У-Тунгаланов Андрей

Российская федерация, Забайкальский край, Дульдургинский район,

село Дульдурга

 Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Дульдургинская средняя общеобразовательная школа»

 9 «б» класс

Заключение

В ходе данной работы мы изучили различную        научную и популярную литературу по теме «Плотность», на основе данных изученных нами в ходе работы описан процесс вычисления объёма необходимого раствора для создания гантели определенной массы,  рассчитали стоимость созданных нами гантель. 

Исходя из данных, можно сделать вывод, что изготовленные вручную гантели во много раз дешевле приобретённых гантель. Так как средняя цена гантель массой 5 кг составляет 1 628 руб. за 1 шт в то время когда цена изготовленных вручную гантель составляет 318 руб. за 2 шт.

Кроме этого сам процесс изготовления гантель очень увлекателен. В ходе данной работы нами  изучены такие физические величины как масса, плотность и объём тела, использован закон Архимеда.

В процессе работы мы научились изготавливать раствор цемента и песка. Изучили его физические свойства.

В дальнейшем планируем изготовить диски для штанги.

Определение зависимости массы, объёма плотности при создании домашнего спортзала 

У-Тунгаланов Андрей

Российская федерация, Забайкальский край, Дульдургинский район,

село Дульдурга

 Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Дульдургинская средняя общеобразовательная школа»

 9 «б» класс

Библиография:

1. Бобров А.А., Усова А.В. Формирование экспериментальных умений - М.: Просвещение 1988.
2. Гальперштейн Л. Занимательная физика.- М.: РОСМЭН, 2000.
3. Майоров А.Н. Физика для любознательных, или о чем не узнаешь на уроке. - Ярославль: Академия развития, Академия и К, 1999.
4. Перышкин А.В. Физика. – М.: Дрофа, 2012.
5. Перышкин А.В., Родина Н.А. Учебник физики для 7 класса.- М.:Просвещение. 2012 г.

Приложение 1