Исследовательская работа по физике "Бумеранг"
творческая работа учащихся по физике по теме
Исследование возможности полета бумеранга при помощи модели
Скачать:
Вложение | Размер |
---|---|
issledovatelskaya_rabota_po_fizike_bumerang.doc | 688 КБ |
bumerang.ppt | 1.81 МБ |
Предварительный просмотр:
Районная научно-практическая конференция школьников «Открытие».
Секция
физико-математических наук.
Тема «Бумеранг»
Вид работы: реферативно-исследовательская
Автор: Челазнов Данил 7 класс
Руководитель: Половко О.В. учитель математики и физики
(высшая квалификационная категория.)
Хандальск 2015
Содержание:
- Введение.
- Из истории…
- Типы бумерангов.
- Изготовление бумерангов.
- Запуск бумеранга.
- Исследование «Вернется или нет…»
- Литература
Введение
Проблема:
«Почему бумеранг возвращается»
Цель работы:
.Исследовать возможность полета бумеранга, при помощи моделей.
Метод проведения исследований:
Математическое моделирование
Результативность:
Изготовлены модели бумеранга для исследования полета, разработан
учебно–методический материал для проведения внеклассного мероприятия.
Из истории…
Среди множества вещей, пришедших к нам из глубокой древности, таких, как колесо, топор, стрела, бумеранг занимает особое место.
Бумеранг- это оригинальное оружие – самое совершенное произведение техники первобытного человека – долгое время вызывало удивление учёных. Действительно, странные, запутанные фигуры, описываемые бумерангом в воздухе, способны озадачить каждого.
Бумеранг - особый метательный снаряд, обладающий свойством описывать при полете своеобразные кривые или лететь по замысловатой траектории и даже возвращаться к ногам бросившего его человека. Кстати, далеко не все бумеранги обладали свойством, создавшим им известность, — возвращаться к бросившему его человеку. Да оно и не было главным для воина или охотника. Но любой бумеранг от обычной палки отличало то, что для увеличения дальности его полета использовались свойства воздушной среды.
Полет бумеранга - это потрясающее зрелище. При сильном броске, в полете, он описывает большую петлю, улетая далеко вверх и вперёд, и возвращается назад. Если с точно такой силой бросить камень, то он не пролетит и трети того, сколько летит хороший бумеранг.
Появился бумеранг у аборигенов — коренных жителей Австралии. Вначале это была обыкновенная палка. Мужчины, отправляясь на охоту за птицами или другой мелкой дичью, брали с собой по охапке разной формы палок. Бумеранг использовался аборигенами как игрушка для детей и излюбленный спортивный снаряд для молодежи – будущих охотников. В играх и соревнованиях с бумерангом охотно участвовали и взрослые Лишь в одном случае его применяли для охоты: устраивая облавы на стаи птиц, аборигены натягивали над землей сети, затем бросали бумеранг. Крутясь над землей, он летел со страшным свистом, вспугнутые птицы взлетали и запутывались в сетях. Бумеранги использовались и в древних ритуалах как гипнотическое средство.
Судя по раскопкам, аналоги бумеранга были известны многим народам. Самые первые изготавливали из кости, затем — из дерева, причем древесина не должна была иметь сучков, а слои должны были повторять форму бумеранга. Бумеранг был распространен у австралийских племен, в Юго-Восточной Азии, Южной Индии, Древнем Египте, у индейцев Мексики. Вполне возможно, что в Австралии они сохранились только потому, что там не был изобретён лук - гораздо более эффективное оружие охоты и войны.
Периоды развития бумеранга
В истории бумеранга было три крупных периода:
«Бронзовый век» – когда люди научились обрабатывать дерево и вырезать из него двухлопастные бумеранги для охоты. Тогда конструкция бумеранга прямо подчинялась особенностям переплетения древесных волокон.
«Серебряный век» бумеранга наступил на рубеже XIX и ХХ столетий, когда широкое распространение получила фанера: благодаря ее структуре удалось добиться большего разнообразия летающих конструкций.
«Золотой век» бумеранга настал еще позже– когда было налажено промышленное производство и обработка различных видов пластмасс и пластика. Именно пластик - самый перспективный материал, делающий возможным миллионы вариантов инженерных находок
Типы бумерангов.
Какой бы формы ни были бумеранги, они разделяются на два вида: возвращающиеся и невозвращающиеся. По внешнему виду их почти невозможно отличить друг от друга.
Сначала, видимо, был изобретён, как модификация метательной палицы, невозвращающийся бумеранг - «боевой». Его длина около метра, он изогнут в гораздо меньшей степени, чем его возвращающиеся родственники. Его бросают почти горизонтально, придавая естественное для броска палки вращение - но вокруг вертикальной оси. При правильном броске оружие поднимается на высоту до 15м и летит почти параллельно земле на расстояние до двухсот метров, что обеспечивает повышенную вероятность поражения какой-либо цели.
Бумеранг хорошо известен в силу своего свойства, возвращаться назад, к месту, с которого был произведён бросок. В действительности этим свойством обладают далеко не все бумеранги - только так называемые возвращающиеся (такие бумеранги представляют собой изогнутую пластину, образующую две лопасти неравной длины, нижняя поверхность которых плоская, а верхняя выпуклая), да и реализуется оно только при надлежащем умении и с непременным учётом силы и направления ветра. Форма возвращающегося бумеранга отличается от боевого большей изогнутостью, меньшей относительной толщиной и близостью профиля плеч-крыльев к профилю самолётного крыла. Размер и вес - поменьше, так что начальная скорость оказывается выше, чем у боевого бумеранга.
Траектория полета бумеранга зависит от аэродинамических сил, действующих на его лопасти. Они влияют одновременно на два движения - поступательное и вращательное.
Сравнительно быстрое вращение создает аэродинамический момент, постоянно отклоняющий бумеранг от полета по прямой линии.
Если не обращать внимания на изгиб, по которому мы узнаем бумеранг, то окажется, что этот снаряд весьма похож на воздушный винт. Поперечное сечение каждой лопасти мало отличается от профиля лопасти вертолетного несущего винта.
Если запустить бумеранг - а бросают его правой рукой, то бумеранг, вращаясь, полетит вперед. На лопасти, которая движется в ту же сторону, что и сам бумеранг, возникнет большая аэродинамическая сила, чем на той, которая в тот же момент летит в противоположном направлении. Поэтому при движении этот метательный снаряд будет не только описывать окружность - своего рода вираж, но и изменять ориентацию в пространстве: запущенный в вертикальном положении, бумеранг приблизительно через две трети окружности повернется, и будет вращаться уже в горизонтальной плоскости.
Собственно, практически так же летает кленовое семечко — крылышко. Такая форма движения чрезвычайно выгодна, она позволяет бумерангу описывать гигантские петли, спирали и «восьмерки», а при соответствующем навыке бросающего добиваться возвращения бумеранга буквально к его ногам.
Изготовление бумерангов.
- Чтобы сделать хорошо летающий бумеранг, вам потребуется квадратный лист фанеры (сторона квадрата — 400 мм) толщиной около 10 мм.
- Для начала он расчерчивается на клетки со стороной 20 мм, и контур бумеранга с нашего рисунка переносится на фанеру.
- Далее следует аккуратно выпилить заготовку лобзиком и прострогать с одной из сторон лопасти так, чтобы к их концам толщина заготовки плавно уменьшалась от 10 мм в середине до 6 мм.
- Теперь на заготовку в соответствии с рисунком наносится линия максимальной толщины поперечных сечений - чтобы построить ее, достаточно в любом сечении отложить четверть его длины от передней кромки каждой из лопастей и соединить полученные точки плавной линией.
- Теперь с помощью рубанка и рашпиля скругляют лопасти так, чтобы спереди они получились округлыми, а сзади — заостренными.
- Лучше всего сначала сделать два-три шаблона из картона или фанеры, как показано на рисунке, и в процессе работы контролировать по ним правильность обработки профиля лопастей.
В завершение надо тщательно отшлифовать бумеранг шкуркой, прошпаклевать дефекты и окрасить.
Сделайте бумажный бумеранг с длиной каждого плеча по 50 мм, шириной 10 мм и зажмите его под ногтем большого пальца, как показано на рисунке. Если теперь щелкнуть по верхнему концу модели, она полетит метров на пять, плавно опишет кривую и возвратится обратно. Мы изготовили три вида бумажного бумеранга:
Как запустить бумеранг
Научиться бросать бумеранг может любой человек в возрасте от 6 лет всего за 15 минут.
Во- первых, наденьте перчатки - поменьше опасность травм от неудачных попыток поимки.
Во- вторых - лучше всего запускать бумеранг в полный штиль - так проще начинать, тогда вы увидите истинную картину полёта, не искажённую невидимыми дуновениями ветра. А бумеранг очень чувствителен даже к малейшим колебаниям воздуха - подождите, пока освоите первые шаги, и тогда поймете, как учитывать ветер при запуске бумеранга.
Перед запуском посмотрите, одно или двусторонний у вас бумеранг? Верх и низ у него одинаковые по форме? Если одна сторона плоская, а другая округлая, перед вами двусторонний бумеранг. Округлая сторона - это верх бумеранга (она должна будет в полёте смотреть в небо).
Как ловить бумеранг
Ловить бумеранг нужно двумя ладонями горизонтально, так называемым прихлопом на некотором расстоянии от тела.
Исследование «Вернется или нет…»
Какие же силы действуют на бумеранг, брошенный горизонтально и вращающийся в вертикальной плоскости?
Из-за несимметричности профиля плеч (рис.) у него, как и у крыла самолета, возникает подъемная сила F. Кроме того, на плечо бумеранга действует еще сила сопротивления воздуха .
Результирующая этих двух сил стремится развернуть его. Величина каждой из этих сил пропорциональна квадрату скорости, и понятно, что они не равны, если рассматривать два плеча. В верхней точке скорость полета бумеранга V складывается со скоростью вращения U, а в нижней вычитается.
Таким образом, бумеранг испытывает действие сил F и сил сопротивления, стремящихся развернуть его вокруг горизонтальной и вертикальной оси. Но этого перемещения при запуске не происходит, потому что бумеранг, очень быстро вращаясь, приобретает устойчивость волчка или юлы.
Часто плоскость бумеранга, занимающая почти вертикальное положение в начале полета, в конце пути становится горизонтальной. Это объясняется тем, что силы, рассмотренные выше, заставляют бумеранг постепенно поворачиваться, чем и объясняется столь сложная траектория его полета.
Если бумеранг запустить с вдвое большей скоростью, то скорость наклона его плоскости также увеличится вдвое. В результате бумеранг опишет почти такую же кривую. Следовательно, диаметр ее не зависит ни от скорости вращения бумеранга, ни от его начальной скорости. Таким образом, длина пути модели - величина почти постоянная. Параметры орбиты пропорциональны моменту инерции, который тем меньше, чем легче бумеранг. Поэтому, чтобы при испытаниях в комнате он описывал малую орбиту, его нужно изготовить из бумаги.
Провели запуск и сделали вывод:
- Г - образные бумеранги значительно уступают крестообразным по абсолютно всем характеристикам.
- Они не так далеко летают.
- Кидать их надо под строго определённым углом с одной определённой силой, что бы он вернулся точно назад.
- Время нахождения в воздухе раза в полтора меньше.
Бумеранг можно использовать в медицине. Противопоказаний к метанию бумерангов – ноль, а польза для организма очевидна:
- Это эффективное снятие стресса, создание положительного эмоционального настроя, поддержание гибкости позвоночника, формирование осанки, предотвращение развития остеохондроза, комплексная координация движений тела,
развитие глазомера, расширение бокового поля зрения, аккомодация глаза, развитие чувства траекторных движений объекта, повышение скорости реакции, формирование образно-зрительного восприятия пространства, тренинг концентрации внимания.
- А от регулярных занятий с бумерангом у женщин улучшается характер.
Литература.
- Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2006 (3 CD)
- Журнал «Юный техник»
- Я.И.Перельман Занимательная физика.
- Интернет.
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Это оригинальное оружие – самое совершенное произведение техники первобытного человека – долгое время вызывало удивление учёных. Действительно, странные, запутанные фигуры, описываемые бумерангом в воздухе, способны озадачить каждого. Бумеранг Среди множества вещей , пришедших к нам из глубокой древности , таких , как колесо , топор , стрела , бумеранг занимает особое место .
Полёт бумеранга - это потрясающее зрелище. При сильном броске, в полёте он описывает большую петлю, улетая далеко вверх и вперёд и возвращается назад. Если с точно такой силой бросить камень, то он не пролетит и трети того, сколько летит хороший бумеранг.
40 секунд в воздухе, дальность прямого полета 114 метров , общая протяженность траектории около трети километра – таковы рекордные показатели, зафиксированные международной ассоциацией метателей бумеранга. Кроме перечисленных рекордов, интересно упомянуть: максимальная длительность полета бумеранга – 50,8 секунды , а также одновременное нахождение в воздухе 14 бумерангов , последовательно запущенных одним спортсменом! Рекорды
Судя по раскопкам, аналоги бумеранга были известны многим народам. Самые первые изготавливали из кости , затем — из дерева , причем древесина не должна была иметь сучков , а слои должны были повторять форму бумеранга . Бумеранг был распространен у австралийских племен, в Юго-Восточной Азии, Южной Индии, Древнем Египте, у индейцев Мексики . PS. Вполне возможно, что в Австралии они сохранились только потому, что там не был изобретён лук - гораздо более эффективное оружие охоты и войны.
Бумеранг использовался аборигенами как игрушка для детей и излюбленный спортивный снаряд для молодежи – будущих охотников. В играх и соревнованиях с бумерангом охотно участвовали и взрослые. Лишь в одном случае его применяли для охоты: устраивая облавы на стаи птиц, аборигены натягивали над землей сети, затем бросали бумеранг. Крутясь над землей, он летел со страшным свистом, вспугнутые птицы взлетали и запутывались в сетях. Появился бумеранг у аборигенов — коренных жителей Австралии. Вначале это была обыкновенная палка. Мужчины, отправляясь на охоту за птицами или другой мелкой дичью, брали с собой по охапке разной формы палок. PS. Бумеранги использовались и в древних ритуалах как гипнотическое средство .
В истории бумеранга было три крупных периода: «Бронзовый век» – когда люди научились обрабатывать дерево и вырезать из него двухлопастные бумеранги для охоты. Тогда конструкция бумеранга прямо подчинялась особенностям переплетения древесных волокон. «Серебряный век» бумеранга наступил на рубеже XIX и ХХ столетий, когда широкое распространение получила фанера: благодаря ее структуре удалось добиться большего разнообразия летающих конструкций. «Золотой век» бумеранга настал еще позже – когда было налажено промышленное производство и обработка различных видов пластмасс и пластика. Именно пластик -самый перспективный материал, делающий возможным миллионы вариантов инженерных находок. Периоды развития бумеранга
Различные типы бумерангов: А — боевой прямолетящий бумеранг; Б — бумеранг «пиль-пиль»; В — бумеранг «кайли» (при метании против ветра оба эти бумеранга способны возвращаться к метателю); Г — охотничий возвращающийся бумеранг; Д и Е — многолопастные возвращающиеся бумеранги.
Какой бы формы ни были бумеранги, они разделяются на два вида : возвращающиеся и невозвращающиеся . По внешнему виду их почти невозможно отличить друг от друга . Сначала, видимо, был изобретён, как модификация метательной палицы, невозвращающийся бумеранг - « боевой ». Его длина около метра, он изогнут в гораздо меньшей степени, чем его возвращающиеся родственники. Его бросают почти горизонтально, придавая естественное для броска палки вращение - но вокруг вертикальной оси. При правильном броске оружие поднима ется на высоту до 15 м и летит почти параллельно земле на расстояние до двухсот метров , что обеспечивает повышенную вероятность поражения какой-либо цели. Вернется или нет?
Бумеранг хорошо известен в силу своего свойства возвращаться назад, к месту, с которого был произведён бросок. В действительности этим свойством обладают далеко не все бумеранги - только так называемые возвращающиеся (такие бумеранги представляют собой изогнутую пластину, образующую две лопасти неравной длины, нижняя поверхность которых плоская, а верхняя выпуклая), да и реализуется оно только при надлежащем умении и с непременным учётом силы и направления ветра. Форма возвращающегося бумеранга отличается от боевого большей изогнутостью, меньшей относительной толщиной и близостью профиля плеч-крыльев к профилю самолётного крыла. Размер и вес — поменьше, так что начальная скорость оказывается выше, чем у боевого. д лина этого вида бумеранга 25 — 75 с м , ширина 3 — 5 с м , толщина до 1,5 с м , у гол между плечами изменяется от 80 ˚ до 140°, масса составляет около 700 г .
Оказалось , что траектория полета бумеранга зависит от аэродинамических сил , действующих на его лопасти . Они влияют одновременно на два движения — поступательное и вращательное . Сравнительно быстрое вращение создает аэродинамический момент , постоянно отклоняющий бумеранг от полета по прямой. Если не обращать внимания на изгиб , по которому мы узнаем бумеранг , то окажется , что этот снаряд весьма похож на воздушный винт . Поперечное сечение каждой лопасти мало отличается от профиля лопасти вертолетного несущего винта . Если запустить бумеранг — а бросают его правой рукой , то бумеранг , вращаясь , полетит вперед . На лопасти , которая движется в ту же сторону , что и сам бумеранг , возникнет большая аэродинамическая сила , чем на той , которая в тот же момент летит в противоположном направлении . Поэтому при движении этот метательный снаряд будет не только описывать окружность — своего рода вираж , но и изменять ориентацию в пространстве : запущенный в вертикальном положении , бумеранг приблизительно через две трети окружности повернется и будет вращаться уже в горизонтальной плоскости . Загадочный бумеранг?..
Какие же силы действуют на бумеранг , брошенный горизонтально и вращающийся в вертикальной плоскости ? Из - за несимметричности профиля плеч ( рис .) у него , как и у крыла самолета , возникает подъемная сила F. Кроме того , на плечо бумеранга действует еще сила сопротивления воздуха Q. Результирующая этих двух сил стремится развернуть его . Величина каждой из этих сил пропорциональна квадрату скорости , и понятно , что они не равны , если рассматривать два плеча . В верхней точке скорость полета бумеранга V складывается со скоростью вращения U, а в нижней вычитается . Таким образом , бумеранг испытывает действие сил F и сил сопротивления , стремящихся развернуть его вокруг горизонтальной и вертикальной оси . Но этого перемещения при запуске не происходит , потому что бумеранг , очень быстро вращаясь , приобретает устойчивость волчка или юлы . Немного физики...
Изготовление спортивного бумеранга: А — вычерчивание контура по шаблону: при этом необходимо слои «рубашки» расположить так, как показано на рисунке, Б — выпиливание заготовки. В — обработка рубанком, Г — доводка напильниками по контршаблонам. Прежде всего надо вычертить ту или иную модель в натуральную величину. Для этого на листе тонкого плотного картона размером 50X60 см наносят сетку со стороной квадрата, равной 25 мм, и перерисовывают на нее контуры бумеранга с чертежа, изображенного на пред. слайде. Получится шаблон, по которому из фанеры толщиной 10 мм выпиливают нужное количество заготовок (рис. А, Б).
Так можно изготовить в основном Г - образные бумеранги. Однако, Г - образные бумеранги значительно уступают + (крестообразным) по абсолютно всем характеристикам. Они не так далеко летают. Кидать их надо под строго определённым углом с одной определённой силой, что бы он вернулся точно назад. Время нахождения в воздухе раза в полтора меньше.
Технология
Вот ещё один вариант изготовления бумеранга. Он приведен в одном из номеров «Юного техника»: Материал изготовления - средние и тяжёлые сорта дерева, дуб, липа, берёза, бук и т.д. Фанеру на самом деле для этой схемы использовать затруднительно и не целесообразно. По середине у двух лопастей прорезаются пазы на разных сторонах, после чего они склеиваются клеем ПВА или столярным, в общем любым достаточно прочным клеем для дерева. Для большей прочности можно соединить маленькими шурупами.
Приведённая схема спортивного бумеранга может оказаться тяжеловатой для неподготовленного человека, по этому для начала ограничтесь длиной лопасти 25 – 30 см. Материал для изготовления - твердые тяжелые сорта дерева. Если бумеранг слишком лёгок и быстро возвращается назад, утяжелите концы лопастей. Возможно обклейка его стеклотканью с эпоксидной смолой, после отшлифуйте и отполируйте. Это увеличит его прочность. При изготовлении следить, что бы не возникала крутка лопастей, это заметно снижает его летучесть. Профиль применить лучше всего плосковыпуклый, 8 - 12%. Выпукло - выпуклые делают бумеранги более скоростными и какими то пилотажными, но менее возвращающимися. Хорошо подходят авиамодельные плоско выпуклые профили 8 - 12%. Точность изготовления профиля не особо критична, плюс - небольшой допуск. Вполне достаточно придерживаться профиля, указанного на рисунке. Бумеранг с обратной стреловидностью делайте жёстким, что бы лопасти не изменяли свою геометрию в полёте. Иначе он делается "слишком манёвренным".
Основные параметры, учитываемые при подготовке к броску: угол наклона в вертикальной плоскости, угол направления броска относительно встречного ветра, угол направления броска относительно горизонта. (Для левши —зеркально.) Запускаем!
Поимка вернувшегося бумеранга
Бумеранг можно использовать и в медицине . Противопоказаний к метанию бумерангов — ноль . А польза для организма очевидна . Это эффективное снятие стресса , создание положительного эмоционального настроя , поддержание гибкости позвоночника , формирование осанки , предотвращение развития остеохондроза и гиподинамии , комплексная координация движений тела , развитие глазомера , расширение бокового поля зрения , аккомодация глаза , развитие чувства траекторных движений объекта , повышение скорости реакции , формирование образно - зрительного восприятия пространства , тренинг концентрации внимания . А от регулярных занятий с бумерангом у женщин улучшается характер .
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Исследовательская работа по теме "Роль проектной и исследовательской деятельности учащихся на формирование личности молодого человека"
В течении 4 лет, с 8 класса по 11 класс, в роли классный руководителя, я строила свою работу с учащимися моего класса на основе проектно-исследовательской деятельности. Вела наблюдение...
Научно-исследовательская работа Внедрение инновационных форм контрольно-оценочных процедур в процесс изучения дисциплин естественно-математического цикла Научно-исследовательская работа Внедрение инновационных форм контрольно-оценочных процедур в проце
В любой образовательной системе особое место занимает контроль – отслеживание усвоения знаний и мониторинг качества обучения. Внедрение новых образовательных и информационных технологий в учебны...
Исследовательская работа учителя математики "Исследовательская и проектная деятельность учащихся: сходства и различия"
Исследовательская работа учителя математики Цель исследования: изучение процесса исследовательской и проектной деятельности учащихся.Задачи: найти сходства и различия в исследовательской и ...
Исследовательская работа Исследовательская работа на тему: «Метод проектов в моей работе»
в данном материале изложены результаты применения учителем в своей работе одного из методов современных технологий обучения во внеклассной работе - метод проектов...
Содержание исследовательской работы или Оглавление исследовательской работы
Содержание исследовательской работы или Оглавление исследовательской работы включает название глав и параграфов, которые точно соответствуют заголовкам в тексте проекта....
Научно-исследовательская работа позволяет каждому школьнику испытать, испробовать, выявить и актуализировать хотя бы некоторые из своих дарований. Дело учителя – создать и поддержать творческую атмосферу в этой работе. Научно-исследовательская деятельност
Научно-исследовательская работа позволяет каждому школьнику испытать, испробовать, выявить и актуализировать хотя бы некоторые из своих дарований. Дело учителя – создать и поддержать творческую ...
Основы научно - исследовательской работы (на примере участия в городском конкурсе исследовательских работ, посвященных 110-летию со Дня Рождения Д.Ф.Устинова)
Данный материал содержит основы научно - исследовательской работы и поможет в написании исследования....