ПРОЕКТ "Падающая башня"

физика

9 класс, «Статика»

 ТЕМА: Проект «Падающая башня"

Цель проекта: углубление знаний по теме «Равновесие твердых тел», приобретение знаний использования физических законов в строительстве и архитектуре.

 Приборы и материалы: пять спичечных коробков, линейка. 

Задание проекта: построить из пяти спичечных коробков падающую башню так, чтобы верхний коробок был максимально смещён по отношению к самому нижнему коробку. 

Архитектура – искусство проектировать и строить объекты, оформляющие пространственную среду для жизни и деятельности человека. Произведения архитектуры – здания, ансамбли, а также сооружения, организующие открытые пространства (монументы, террасы, набережные и т.п.)Архитектура – это не только система зданий и сооружений, а самое главное – искусство создавать здания и сооружения.В основе выбора архитектурной композиции лежат данные многих наук: надо учитывать назначение сооружения, его конструкцию, климат местности, особенности природных условий и т.д. Среди всех этих наук важное место занимает физика.

Первым, кто создал руководство для архитекторов, был Леон Альберти. Окончив Болонский университет, основательно изучив математику, Альберти занялся архитектурой и уехал в Рим. 
Художники-инженеры и архитекторы того времени не имели больших познаний в механике, но им были известны найденные Архимедом закон рычага и правила отыскания центра тяжести
Как вы считаете, что лежит в основе строительства любого здания? (Ответ)Да, фундамент – это в полном смысле слова основа здания. Расчеты фундаментов основаны, прежде всего, на учете силы давления на грунт: при данной массе сооружения давление уменьшается с ростом площади опоры.

Опыт 1. Зависимость силы давления от веса тела и площади его опоры.

У основания башня опирается десятью железобетонными «ногами» в кольцевой фундамент с внешним диаметром 74м, заложенный в грунт на глубину 4,65м.
Такой фундамент, несущий 55 000 т бетона и стали, обеспечивает шестикратный запас прочности на опрокидывание. На изгиб запас прочности был выбран двукратный. И это не случайно, т.к. амплитуда колебаний верхней части башни при сильном ветре достигает 3,5м!
Кроме ветра, врагом башни стало солнце: из-за нагрева с одной стороны корпус башни переместился у вершины на 2,25м, но 150стальных тросов удерживают башню от искривления.

А теперь давайте исследуем условия устойчивости

Эксперимент. Постройте башню из пяти спичечных коробков, чтобы смещение x (см. рис.) было максимальным. При этом нельзя пользоваться клеем, скотчем и другими клеящими материалами. 

Ход работы:

Опыт 1. Поставим одна на другую 5 пустых спичечных коробков так, чтобы получить из них ровную прямую колонну. Она неустойчива. Колонну можно сделать более устойчивой, если нижние коробки засыпать песком.

Опыт 2. Составим колонну из коробков так, чтобы верхний коробок был немного сдвинут относительно нижнего. Создается впечатление неустойчивости колонны, но колонну можно увеличивать в высоту до тех пор, пока угол ее наклона не вызовет такого смещения центра тяжести колоны, при котором вертикальная прямая, проведенная из этого центра тяжести не выйдет за пределы площади опоры. При этом сила тяжести создает опрокидывающий момент.

Ход работы: 1. Теоретический расчёт. Рассчитайте теоретически Xmax. Запишите теоретические расчёты.Рассчитаем крутящий момент  по формуле М=P*Rгде М-крутящий момент P-вес блока R-расстояние от края до центра массОбщий момент равен сумме всех крутящих моментов (т к вектора направлены в разные стороны М=0)Вес всей системы блоков Р=N; где N-кол-во блоковМ=Р*R; R=Х где Х-смещение тогда М= N*Х Мниж блока= 1*(1/2) по условию равновесия М системы=М нижного блока N*X = 1/2 ; Х=1/2N 

Итак формула по которой каждый блок можно сдвинуть относительно последующего блока
Х=1/2N
НА ТАКУЮ ВЕЛИЧИНУ можно сдвигать каждый блок
Проверим:
верхний блок сдвигаем на ½ длинны нижнего блока; второй на ¼ ; 1/8; 1/10

Результат: теорет xmax=0,1м. 

Сделайте фото башни на фоне линейки.

Результат: эксп xmax= 0,18м(тетради)xmax= 0,14м(телефоны)

Запишите полученный результат.

Вывод. На тела, имеющие площадь опоры, действуют и уравновешивают друг на друга сила тяжести и сила упругости со стороны опоры, перпендикулярные ее поверхности.
Равновесие будет устойчивым, если при отклонении тела от положения равновесия не возникает момент силы, удаляющий тело от этого положения.

Человек – это тело на опоре.

Можно сохранять равновесие на одной ноге, а можно упасть стоя на двух…

моделирование

Рефлексия

Упущенное время не вернуть. Важно не пропустить время… встречи с любимым, время проведенное с близкими, посещение падающей башни и конечно же бесценное время получения новых знаний.