ЧТО ОБЩЕГО МЕЖДУ ШПИЛЬКОЙ, ПЧЕЛОЙ, СЛОНОМ И ТАНКОМ А-34?

ЧТО ОБЩЕГО МЕЖДУ ШПИЛЬКОЙ, ПЧЕЛОЙ,

СЛОНОМ И ТАНКОМ А-34?

Тарасова Дарья Андреевна

обучающаяся 7 класса Муниципального общеобразовательного учреждения

 «Специализированная физико-математическая школа №35 города Донецка», Донецкая Народная Республика, г.Донецк

Научный руководитель: Кучеренко Маргарита Васильевна,

руководитель методического объединения учителей физики Калининского района г.Донецка, учитель физики Муниципального общеобразовательного учреждения «Специализированная физико-математическая школа №35 города Донецка»,

 Донецкая Народная Республика, г.Донецк

Актуальность темы. Вы когда-нибудь задавали себе вопрос: «Почему пчела жалить больно? Почему нам больно, когда в транспорте наступят на ногу, особенно каблуком?». В зимний период взрослые часто повторяют «Будьте осторожны на водоёмах. Тонкий лёд опасен!». А на уроке во время изучения темы «Давление твёрдых тел» вспомни стихотворение Виктора Лунина «Вежливый слон», которое учили в детском саду:

Вышел слон на лесную дорожку,

Наступил муравью на ножку 

И вежливо 

Очень

Сказал муравью:

— Можешь и ты наступить на мою!

Решено, найду на эти вопросы ответы!

Гипотеза: Результат действия силы зависит от модуля силы и от площади поверхности, перпендикулярно которой она действует.

Объект исследования: отпечатки следов обуви разной формы, школьный рюкзак с  разным количеством учебников.

Предмет исследования: давление твёрдых тел.

Цель: исследовать  зависимость  давления  от силы давления и площади  поверхности, на  которую  действует  сила давления.

Задачи:

1.        изучить понятия по теме «Давление твёрдых тел»;

2.        ознакомиться с методом палеток для измерения площадей плоских фигур неправильной формы (площадь отпечатков подошв обуви);

3.        выполнить эксперименты по установлению физических величин, от которых зависит давление;

4.        проанализировать полученные данные, сделать выводы.

Давление – это физическая величина равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности.

Запишем формулу нахождения давления твёрдого тела на перпендикулярную поверхность:

   , где  р – давление, Р – вес тела, S- площадь поверхности, на которую действует вес тела.

За единицу давления принимают такое давление, которое производит сила 1 Н, действующая на поверхность площадью 1м² перпендикулярно этой поверхности. Единицу давления называют паскалем (Па), в честь французского учёного Блеза Паскаля.

1 Па = 1 Н/м².

На практике используют другие единицы давления, а в данной работе будут использоваться:  1кПа = 1000 Па. [1]

Для решения многих инженерных задач при строительстве новых домов, фабрик, водохранилищ и т.п. требуется знать площади отводимых под строительство земельных угодий. Эти площади могут быть рассчитаны по результатам измерений на местности или определены по карте. Для этого применяют способ разбивки участка на простые геометрические фигуры или используют прозрачную плёнку с нанесёнными квадратами – палетку. Палетку накладывают сверху на карту и подсчитывают число полных квадратов, расположенных внутри контура участка N₁. Затем подсчитывают число квадратов N₂, через которые проходит граница участка. Тогда площадь измеряемого участка вычисляется так: S₀ = (N₁+1/2N₂), где S₀ – площадь под одним квадратом палетки.

Если фигура имеет неправильную геометрическую форму, то её площадь можно определить тоже с помощью палетки, начертив контур этой фигуры на бумаге в клеточку или с помощью палетки. В этом случае площадь фигуры вычисляют по аналогичной формуле: S=(n+1/2k)S_кв, где n- количество целых квадратиков, k – количество нецелых квадратиков, S_кв- площадь одного квадратика.[2]

В данной работе эти теоретические данные позволили вычислять площадь опоры различных тел, имеющих неправильную форму опоры.

В ходе работы было проведено три эксперимента. Целью эксперимента 1 было установление зависимости давления от изменения силы (веса) при постоянной площади поверхности (подошва ног), на которую действует сила. Использовалось такое оборудование как ботинки, бумага в клеточку, весы напольные, школьный ранец, учебники. 

Таблица 1. Результаты измерений и вычислений эксперимента 1

Вывод: чем больше вес тела при неизменной площади опоры, тем давление больше.

В эксперименте 2  устанавливалась зависимость давления от переменной площади поверхности (подошва ног) при постоянной массе тела с помощью следующего оборудования: туфли на широком каблуке, туфли на шпильке, бумага в клеточку.

Талица 2. Результаты измерений и вычислений эксперимента 2

Вывод: чем меньше площадь опоры, тем больше давление, оказываемое телом при постоянной весе тела. Туфли на шпильке оказывают наибольшее давление на пол.

Следующий  виртуальный эксперимент позволил рассчитать давление, которое оказывают африканский слон и танк А-34 на поверхность земли, медоносная пчела при укусе. Для этого были взяты данные из интернет-ресурсов. [3],[4]

Выполнение виртуального исследования проведено в виде решения задач.

Масса африканского слона около 6 тонн, длина окружности стопы равна 1,5 метра.

Масса танка А-34 равна 25,6 тонны, длина опорной поверхности гусеницы равна 3841мм, а ширина – 550 мм.

Средняя масса пчелы равна 0,1г, а диаметр пильчатого жала равен 0,1мм.

Данные расчётов собраны в таблицу 3 и проанализированы.

Таблица 3. Зависимость давления твёрдых тел от площади опоры

Таким образом, давление, оказываемое телом на поверхность, зависит как от веса тела, так и от площади опоры. Из результатов исследований  вытекает, что наибольшее давление оказывают туфли на шпильке.

По болевым ощущения, когда на ногу наступит человек каблучком-шпилькой, будет ощущаться, как будто бы укусили 14 медоносных пчёл, или наступили на ногу 22 слона или 30 танков А-34 проехались по ноге.

Список использованной литературы:

1.                  Физика.7 класс: учеб. для общеобразоват.организаций /В.В.Белага, И.А.Ломаченков, Ю.А.Панебратцев. – 2-е изд.- М.: Просвещение, 2014. – 144 с.

2.                  Измерение площадей плоских фигур [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.fizika.ru/fakultat/index.php?theme=01&id=1230   

3.                  Желтов И.Г., Макаров А.Ю. "От легких танков БТ к среднему танку Т-34" [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://t34inform.ru/publication/p01-12.html

4.                  Слоны, природа и Ко [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://elephantsandko.blogspot.com/2019/08/blog-post.html

Скачано с www.znanio.ru