Проект Тема: Физика в рыбалке

Проект

Тема: Физика в рыбалке

Автор: ученик 10  класса Ладыгин Роман Андреевич

Руководитель: Горячева Вера Семеновна, учитель физики

 Образовательная организация: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Сокольниковская средняя общеобразовательная школа

Моршанского муниципального округа Тамбовской области

2024 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Теоретическая часть……………………………………………………………5

1.1 Условие плавания тел. Сила Архимеда. Лодка. Поплавок..…………5

1.2 Почему возможна зимняя рыбалка? Лёд и вода…………...................6

1.3 Инерция. Принцип работы инерционных катушек………………......7

1.4 Сила упругости в удилищах и лесках…………………………………7

1.5 Явление преломления света в воде…………………………................8

1.6 Траектория и дальность заброса…………..…….…………………….9

1.7 Рычаг. Ручка безынерционной катушки…………………………….10

1.8 Почему вода на глубине холоднее, чем на поверхности?.................11

1.9 Почему водомерки не тонут в воде?………………………………....11

2. Практическая часть…………………………………………………………...12

2.1 Эксперимент 1: «Определение и сравнение жёсткости и плетёной и монофильной лески» ……………………………………………………..12

2.2 Эксперимент 2: «Зависимость скорости намотки лески на инерционную катушку от её размеров»………………………………………..13

2.3 Эксперимент 3: «Зависимость дальности заброса от длины удилища»…………………………………………………………………..15

Заключение……………………………………………………………………….17

Список литературы………………………………………………………………18

Приложения………………………………………………………………….......19

2

ВВЕДЕНИЕ

Рыбалка – это целенаправленная ловля рыбы для пропитания или развлечения. Рыбалка – распространённое хобби, которым могут заниматься и взрослые, и дети.

Актуальность темы: Зачастую, многие из нас, занимаясь рыбной ловлей, не думают о том, как она связана с физикой. Но с точки зрения физики, рыбалка – это сложный и разнообразный процесс, в котором происходит большое количество физических явлений и соблюдается масса законов и правил. Это говорит об актуальности данной темы.

Проблема: Неосведомлённость людей о физических законах и явлениях, связанных с рыбалкой; боязнь их изучения из-за стереотипов и предрассудков.

Гипотеза: С должным усердием освоить и понять физические законы, связанные с рыбалкой, сможет каждый.

Цель: Как можно проще и понятнее с точки зрения физики объяснить явления, происходящие в рыбалке, и привлечь внимание людей к их изучению.

Задачи:

1. Повторить и обобщить физические знания, законы и правила для работы с данной темой.

2. С точки зрения физики рассмотреть и описать процессы, происходящие в рыбалке, опираясь при этом на изученные знания.

3. Провести эксперименты, связанные с простейшими проявлениями физики в рыбалке.

4. Сделать соответствующие выводы.

Объект исследования: Рыбалка.

Предмет исследования: Физические явления в рыбалке.

3

Методы исследования: Изучение информации интернет-источников и справочной литературы, эксперимент, сравнение, измерение, анализ данных.

Практическая значимость исследования: Совершенствование умений применять физические знания на практике, оптимизация навыков проведения экспериментов.

4

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.В этой части моего проекта я рассмотрю распространённые явления, происходящие в рыбалке, и опишу их, опираясь на знания физики.

        1.1 Условие плавания тел. Сила Архимеда. Лодка. Поплавок.

Рассмотрим ситуацию, когда на воде плавает алюминиевая лодка. Казалось бы, плотность алюминия больше в 2 раза больше, чем плотность воды, (т.е при одинаковых объёмах алюминий тяжелее воды) но лодка не тонет. Это происходит потому, что лодка имеет определённую форму объёма, позволяющую ей плавать, и на лодку со стороны воды действует выталкивающая сила (сила Архимеда), которая уравновешивает силу тяжести, действующую на лодку со стороны земли, что следует из условия плавания тел.

Сила Архимеда — это выталкивающая сила, действующая на тело, погружённое в жидкость.

FА = pgVпчт

где р – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения на Земле, равное 10 м/c2, Vпчт – объём погруженной части тела; в СИ [FА] = H (Ньютон).

Fтяж = mg

 где m – масса, g – ускорение свободного падения; в СИ [Fтяж] = H (Ньютон).

        Для плавания тела существует три условия:

• если сила тяжести больше силы Архимеда, тело тонет, погружается на дно;
• если сила тяжести равна силе Архимеда, то тело может находиться в равновесии в любой точке жидкости, при этом тело плавает внутри жидкости;

5

• если сила тяжести меньше силы Архимеда, тело будет плавать и подниматься. [2]

Это же явление связано с плаванием поплавка. Плотность поплавка из полиуретана или пробки меньше плотности воды, и поплавок не тонет в воде. Когда поплавок не окружён, он плавает на поверхности воды, сила Архимеда больше силы тяжести.  При огрызке поплавка появляется дополнительная сила тяжести, действующая на грузило, прикреплённое к леске, и она уравновешивает силу Архимеда, тем самым поплавок стоит в нормальном положении. Если же слишком сильно огрузить поплавок, то сила тяжести грузила будет больше силы Архимеда и поплавок утонет.

1.2 Почему возможна зимняя рыбалка? Лёд и вода.

Наверняка многие рыболовы ходили в том числе и на зимнюю рыбалку. Давайте разберёмся, почему вода в реках зимой не промерзает полностью.

Когда воздух охлаждается до отрицательных температур, происходит теплообмен воздуха с водой, при этом вода охлаждается и образуется лёд.

Во-первых, лёд обладает плохой теплопроводностью, поэтому при отрицательной температуре воздуха снаружи, под толстым слоем льда всегда будет относительно тепло, по крайней мере, температура будет выше нуля. Получается, что толстый слой льда защищает водоем от холода, как одеяло. Чем холоднее зима, тем толще слой льда, который нужен для создания нужной теплоизоляции. [3]

Во-вторых, замерзая, вода расширяется, и поэтому плотность льда меньше плотности воды (pводы = 1000 кг/м3, pльда = 900 кг/м3). В связи с разностью плотностей лёд всегда остаётся на поверхности воды и водоёмы не промерзают до дна. [4]

6

1.3 Инерция. Принцип работы инерционных катушек.

Некоторые рыболовы ставят на свои удилища инерционные катушки. Давайте поподробнее поговорим о них.

        Главной деталью инерционных катушек является так называемый барабан цилиндрической формы, который вмешает леску. Барабан держится на оси с подшипниками и с двух сторон закреплён гайками, причём с одной стороны от барабана находится круглый корпус, на котором есть крепление катушки к удилищу.

        Во время заброса такими катушками барабан под действием оснастки начинает раскручиваться со всё увеличивающейся скоростью, в ходе чего леска сходит с барабана и получается произвести дальний заброс. После того как снасть заброшена и уже не действует на катушку, барабан всё равно продолжает крутиться, сохранять свою скорость, и приходится пальцем его останавливать, чтобы не запуталась леска. Здесь проявляется такое явление, как инерция.

        Инерция – явление, при котором тело сохраняет скорость, когда на него не действуют другие тела. [1]

1.4 Сила упругости в удилищах и лесках

В процессе рыбалки во время вываживания рыбы гнётся удилище, натягивается леска. Здесь проявляется явление деформации.

Деформация – изменение формы или размера тела под действием внешних сил.[1] В удилище возникает деформация изгиба, а в леске – деформация растяжения.

При деформации под действием деформирующих сил каждое упругое тело пытается вернуться в изначальное состояние. При этом возникает сила упругости.

7

Сила упругости – сила, возникающая при деформациях и стремящаяся вернуть тело в исходное состояние. [5]

Fупр  = kx,

где k – жёсткость, х – удлинение; в СИ [Fупр] = H (Ньютон)

        В зависимости от материала и длины удилищ, толщины и материала лески деформация будет проявляться по-разному, и сила упругости будет принимать разные значения.  

1.5 Явление преломления света в воде.

Наверняка многие, находясь на водоёме, замечали, что в воде различные предметы видны искажённо. Это объясняется явлением преломления света.

        Преломление света — это явление, при котором световые лучи изменяют направление движения при переходе из одной среды в другую. [6]

        Рассмотрим этот процесс поподробнее. Для этого проведем перпендикуляр к границе раздела двух сред (воздуха и воды в нашем случае) через точку падения светового луча. При этом угол α между падающим лучом и перпендикуляром будет являться углом падения, а угол ℽ между преломленным лучом и перпендикуляром будет называться углом преломления. Угол падения всегда больше угла преломления.

        Закон преломления света в физике гласит, что падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред. Она равна относительному показателю преломления. [6]

8

1.6 Траектория и дальность заброса.

Заброс снасти является одним из важнейших элементов рыбалки. Забрасывать оснастку можно 2 способами: боковым забросом и забросом через голову. Рассмотрим каждый случай отдельно.

        Боковой заброс используется в условиях, когда над рыболовом сверху находятся нависшие деревья или другие объекты. При этом забросе происходит взмах удилищем вбок, параллельно горизонту. Движение оснастки можно рассматривать как движение с ускорением свободного падения, при котором начальная скорость направлена горизонтально.

Траекторией движения оснастки является дуга параболы.

        Максимальную дальность заброса (в метрах) можно вычислить по формуле:

Хmax = V0t

где хmax – дальность заброса, V0 – начальная скорость, которая сообщается оснастке удилищем, t – время движения оснастки. [1]

        Время движения оснастки можно найти по формуле:

где t – время движения оснастки, g – ускорение свободного падения на Земле, h – высота от земли до удилища. [1]

        Таким образом, при горизонтальном забросе дальность зависит от начальной скорости, задаваемой удилищем, и высоты от земли до удилища.

        Заброс через голову осуществляется в отсутствии препятствий и является самым дальним и эффективным. При таком забросе оснастка летит

9

под некоторым углом. Движение оснастки в данном случае можно рассматривать как движение с ускорением свободного падения и начальной скоростью, направленной под углом к горизонту.

Траекторией заброса является уже полноценная парабола.

        Дальность такого заброса можно найти по формуле:

где хmax – дальность заброса, V2 – начальная скорость во второй степени, которая сообщается оснастке удилищем, g – ускорение свободного падения на Земле, sin2a – синус угла вдвое большего, чем угол заброса. [1]

        Синус двойного угла принимает наибольшее значение, равное единице, когда угол а равен 45 градусам. При таком угле дальность заброса будет максимальной.

        В итоге дальность такого заброса зависит от начальной скорости и от угла, под которым производится заброс.

1.7 Рычаг. Ручка безынерционной катушки

        Существует особые катушки, называемые безынерционными. Они представляют собой довольно сложную конструкцию, существенно отличающуюся от инерционных. В их корпусе находится шестерёнчатый механизм, который управляется ручкой. Механизм крутит лесоукладыватель, который наматывает леску на неподвижную шпулю. При забросе леска сходит со шпули и потом сама останавливается.

        Ручка безынерционной катушки представляет из себя ни что иное, как рычаг. Здесь применяется одно из главных свойств рычага: чем длиннее плечо рычага, тем меньше силы нужно прикладывать. Проще говоря, чем

10

длиннее ручка у катушки, тем проще её крутить Поэтому катушки, предназначенные для ловли крупной рыбы, имеют прочные и длинные ручки.

1.8 Почему вода на глубине холоднее, чем на поверхности?

        Многие замечали, что температура воды на поверхности больше, чем на глубине. Давайте разберёмся, с чем это связано.

        На это есть 2 причины. Во-первых, вода обладает плохой теплопроводностью, т.е. плохо распределяет тепло между верхними и нижними слоями. Во-вторых, плотность холодной воды больше плотности тёплой, и холодная вода опускается вниз, а тёплая остаётся наверху.

        В связи с этим явлением рыба после зимы плывёт на мелководные участки, где вода прогревается быстрее.

1.9 Почему водомерки не тонут в воде?

        В воде присутствует сила поверхностного натяжения. Водомерка действует на воду силой своего веса. У водомерки широко расставлены ноги, на них есть множество волосков, и при этом вес водомерки распределяется на большой площади, что способствует оказанию меньшего давления на поверхность воды. В результате этого получается, что вес водомерки меньше силы поверхностного натяжения воды, и водомерка не тонет в воде. [7]

11

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2. В этой части моего проекта я проведу 3 эксперимента, связанных с проявлениями физики в рыбалке.

2.1 Эксперимент 1: «Определение и сравнение жёсткости плетёной и монофильной лески»

Цель: найти и сравнить жесткость монофильной и плетёной лески.

Оборудование: 2 отрезка плетёной и монофильной лески длиной 0,5 м и диаметром 0,4 мм, 3 груза массами 1, 1,5 и 2 кг, рулетка, неподвижный штатив.

Ход эксперимента

Закрепив монофильную и плетёную леску на штативе, поочерёдно прицеплял к ним грузы массами 1, 1,5 и 2 кг, при этом измерял их удлинение. Жесткость в данном случае можно выразить из формулы силы упругости:

Fупр  = kx  => k =  ,  где k – жёсткость, х – удлинение; F – сила упругости. [k] = Н/м

По 1 закону Ньютона сила упругости по модулю равна весу груза.     Вес – это сила с которой тело действует на опору или подвес.

P = mg

где P – вес тела, m – масса, g – ускорение свободного падения, равное 10 м/с2; в СИ [P] = H (Ньютон).

Найдем значение веса для каждого из 3 грузов:

1. Р1 = 1 кг × 10 м/c2 = 10 H
2. Р2 = 1,5 кг × 10 м/c2 = 15 H
3. Р3 = 2 кг × 10 м/c2 = 20 H

12

Теперь занесу измерения и данные в таблицу и высчитаю жёсткость лесок в трёх опытах.

 Таблица «Определение жёсткости лесок»

Теперь высчитаю среднюю жесткость лесок за 3 опыта по формуле:

kсред  = , где k1- жёсткость в 1 опыте, k2 - жёсткость во 2 опыте, k3 - жёсткость в 3 опыте, 3 – количество опытов.

kсред (монофильная) =  = 402 Н/м

kсред (плётеная) =  = 3286 H/м

Вывод: в ходе этого эксперимента вычислил и сравнил жёсткость  плетёной и монофильной лесок. Жёсткость плетёной лески оказалась больше, чем жёсткость монофильной. Это говорит от том, что плетёная леска менее растяжимая, но монофильная леска за счёт большой растяжимости имеет больше амортизационных свойств.

2.2 Эксперимент 2: «Зависимость скорости намотки лески на инерционную катушку от её размеров»

Цель: определить зависимость скорости намотки лески от размеров.

13

катушки.

        Оборудование: две катушки радиусами намотки 0,04 и 0,02 м, леска длиной 10 м, секундомер.

Ход эксперимента

Так как барабан инерционной имеет форму окружности, то можно рассматривать намотку лески как равномерное движение по окружности. При намотке на катушку леска имеет линейную и угловую скорость.

Линейную скорость можно найти по следующей формуле:

V = ,

где V – линейная скорость, r – радиус барабана, π – константа, равная приблизительно 3,14, Т – период – время одного обращения.

        Угловую скорость можно найти по формуле:

ώ = ,

где ώ – угловая скорость, π – константа, равная приблизительно 3,14, Т – период – время одного обращения.

Чтобы определить скорость намотки лески (т.е линейную скорость) в своём эксперименте я буду вращать катушки с одинаковой угловой скоростью, поочередно наматывая на каждую катушку 10 метров лески, засекая с помощью секундомера время намотки и считая число оборотов. Результаты измерений указаны в таблице.

14

Теперь найдём период обращения по формуле:

T = ,

где T – период обращения, N – число оборотов, t – общее время вращения.

Подставив данные в формулы в обоих случаях период получился равен 1 секунде. Теперь найдем линейную скорость по уже ранее записанной формуле V = . V =  = 2

Скорость намотки катушки радиусом 0,02 м V1 = 2 × 0,02 м × 3,14 = 0,126 м/с = 12,6 см/с.

Скорость намотки катушки радиусом 0,04 м V1 = 2 × 0,04 м × 3,14 = 0,25 м/с = 25 см/с.

Вывод: в ходе этого эксперимента измерял скорость намотки лески на катушки разных размеров. Скорость намотки лески зависит от размеров катушки. При одинаковой скорости вращения, т.е. угловой скорости, скорость намотки будет больше на катушке большего размера.

2.3 Эксперимент 3: «Зависимость дальности заброса от длины удилища»

        Цель: определить, как зависит дальность заброса от длины удилища.        

Оборудование: 3 удилища длиной 2,4, 3 и 3,6 метра, грузы массой 70 г, разноцветная леска, меняющая цвет каждые 10 метров своей длины.

Ход эксперимента

        К каждому из 3 удилищ необходимо поочерёдно привязать грузило массой 70 г. Каждым удилищем заброс будет выполнен 3 раза. Дальность заброса поможет определить специальная леска, которая меняет цвет каждые 10 метров своей длины. Зная, какой цвет соответствует той или иной длине,

15

можно определить дальность заброса.

        Примечание: для чистоты эксперимента заброс необходимо выполнять, прикладывая приблизительно одинаковое усилие.

        Результаты измерения дальности заброса указаны в таблице.

Таблица «Зависимость дальности заброса от длины удилища»

После измерения дальности заброса необходимо найти среднее значение дальности заброса по формуле:

Lсред = , где Lсред – средняя дальность,  L1- дальность заброса при 1 попытке, L2 - дальность при 2 попытке, L3 - дальность при 3 попытке, 3 – количество забросов.

Lсред (уд. 2,4 м) =   = 49 м

Lсред (уд. 3 м) =   67м

Lсред (уд. 3,6 м) =  = 78 м

Вывод: в ходе эксперимента измерял дальность заброса 3 удилищами груза массой 70 граммов. Измерения показали, что чем длиннее удилище, тем дальше можно им забросить. Это связано с тем, что удилище в данном случае является рычагом, и чем длиннее рычаг, тем проще далеко забросить груз.

16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

        В своём индивидуальном проекте я затронул такую актуальную тему, как «Физика в рыбалке». Эту тему я выбрал неспроста, ведь я сам занимаюсь рыбалкой и изучаю физику, поэтому совместил приятное с полезным.

        В ходе работы над проектом была достигнута цель по подробному и понятному объяснению с точки зрения физики явлений, происходящих в рыбалке, людям, которые могли до этого даже и не знать физики. Тем самым, своим проектом я мог возбудить у них интерес к изучению физики.

        В том числе были выполнены все задачи, поставленные перед созданием проекта:

        В теоретической части проекта я описывал явления, происходящие в рыбалке, опираясь при этом на физические знания. При объяснении явлений я использовал тексты бумажных и электронных пособий, приводил в пример определения, физические законы и правила, писал формулы для нахождения той или иной физической величины.

        В практической части проекта я успешно провёл 3 физических эксперимента, связанных с рыболовными явлениями. При их выполнении я также опирался на физические знания, использовал формулы, осуществлял измерения и проводил расчёты. Цели экспериментов были достигнуты и сделаны соответствующие выводы.

        Выполняя этот проект, я совершенствовал свои умения работать с различными источниками информации, применять изученные знания на практике, а также развивал навыки проведения экспериментов.

На основании данного проекта можно сделать вывод о том, что физика окружает нас везде и присутствует даже в таких обыденных вещах, например, как рыбалка.

17

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Учебник по физике 10 класс Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский.

2. Основные сведение о плавании тел в жидкости [Электронная публикация]// По материалам сайта https://wika.tutoronline.ru/fizika/class/7/osnovnye-svedeniya-o-plavanii-tel-v-zhidkosti 

3. Почему вода не замерзает под толстым слоем льда? [Электронная публикация]// По материалам сайта https://uchi.ru/otvety/questions/pochemu-voda-ne-zamerzaet-pod-tolstim-sloem-lda?ysclid=m25y3q9rbw57499011&utm_referrer=https%3a%2f%2fyandex.ru%2F 

4. Уникальность воды [Электронная публикация]// По материалам сайта  https://shtampik.com/photo/led-zanimaet/ 

5.Сила упругости, закон Гука [Электронная публикация]// По материалам сайта https://www.yaklass.ru/p/fizika/9-klass/mekhanicheskie-iavleniia-osnovy-dinamiki-18748/sila-uprugosti-7275717/re-7b59c4ce-e03b-4a6e-b5de-607370633a10?utm_referrer=https%3a%2f%2fyandex.ru%2f 

6. Закон преломления света  [Электронная публикация]// По материалам сайта https://www.yaklass.ru/p/fizika/9-klass/svetovye-iavleniia-131515/poniatie-prelomleniia-sveta-zakon-prelomleniia-161123/re-4b28ed23-7b7a-475d-bb7c-c88aad9d539e?utm_referrer=https%3a%2f%2fyandex.ru%2f 

7. Почему водомерки не тонут в воде? Закон преломления света  [Электронная публикация]// По материалам сайта https://multiurok.ru/index.php/files/issledovatelskii-proekt-pochemu-ne-tonet-vodomerka.html 

18

ПРИЛОЖЕНИЯ

 Сила Архимеда, действующая на лодку (рис.)

 Образование льда на воде (рис.)

Инерционная катушка (фотография)

Явление преломления света в воде (схема)

19

Безынерционная катушка (фотография)

  Клоп-водомерка на воде (фотография)

20