Ученический проект 7 класс Мир невесомости и перегрузок

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 9 имени 63-ей

добровольческой танковой бригады»

Еманжелинского муниципального района Челябинской области

                                                                                                  

                     

                                                                            

 

 

 

Направление: исследовательское

                                         Образовательная область: естественные науки

                                                              Предмет: физика

                                                                                   

 

 

 

 

 

Мир невесомости и перегрузок

                                                               

 

 

 

 

 

 

Исполнитель: Саблин Максим                                                                  7А класс, МБОУ «СОШ № 9»

                                       Наставник: Услинская Наталья Евгеньевна

                                                           учитель физики

                                                                                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п. Красногорский

2021

Содержание

Введение ………………………………………………………………………………………… 3

Основная часть

1.                  Что такое вес?........................................................................................................ 4

2.                  Невесомость…………………………………………........……………………... 5

3.                  Влияние невесомости на организм человека на земле и в космосе……......... 6

4.                  Перегрузка и недогрузка……………………………………………………….. 8

5.                  Как справится с негативными последствиями от перегрузки?........................ 10

Практическая часть …………………………………………………………………………..... 11

Заключение …………………………………………………………………………………….. 13

Список литературы…………………………………………………………………………….. 14

 

Введение

 

Мы живем в век освоения космоса, полетов вокруг Земли, на Марс и другие планеты Солнечной системы. Нам часто приходится слышать, что космонавты и все предметы на космическом корабле испытывают состояние невесомости. Явление невесомости всегда вызывало у меня интерес. Еще бы, каждому человеку хочется летать, а невесомость – это что–то близкое к состоянию полета. До начала исследования мне было известно лишь то, что невесомость – состояние, которое наблюдается в космосе, на космическом корабле, при котором все предметы летают, а космонавты не могут стоять на ногах, как на Земле.

 В современном мире людям всё больше интересно космическое пространство, а эффект невесомости можно испытать, даже не полетев в космос. Как это сделать? Попробую в этом разобраться.

Цель исследования: изучение явления невесомости и перегрузки

Задачи:

1.      Познакомиться с информацией по теме проекта.

2.      Проанализировать фактический собранный материал о невесомости и перегрузках.

3.      Провести опыты.

4.      Изложить отобранный материал в интересной форме. Оформить проект.

5.      Создать продукт проекта – презентация по теме «Мир невесомости и перегрузок».

Объект исследования -  невесомость и перегрузка

Предмет исследования - сведения о невесомости и перегрузках.

Практическая значимость исследования заключается в том, что проведенные мной опыты наглядно показывают, как добиться состояние невесомости на Земле и какую форму принимает жидкость в условиях невесомости.

 

 

 

 

 

 

1.      Что такое вес?

В повседневной жизни очень часто используется понятие «вес». Под словом «вес» принимают массу какого - либо предмета, объекта, тела. Возможно, потому что инструмент для измерения массы - весы. Масса измеряется в килограммах.

Но с научной точки зрения, это ошибочное представление. Попробуем разобраться. В опытах, когда тело ставили на опору, сжималась не только опора, но и тело, притягиваемое Землей. Деформированное, сжатое тело давит на опору с силой, которую называют весом тела.

Вес тела - сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

Как правило, говорят о притяжении Земли, но весом обладают тела и на других планетах и даже в космическом пространстве, например, при вращении корабля вокруг своей оси.

Как и другие силы, вес – векторная физическая величина. Вес тела обозначается буквой Р и измеряется в ньютонах (Н). Сила тяжести приложена к телу (рис. А), а вес – к опоре или подвесу (рис. Б).

Если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела по своему числовому значению равен силе тяжести, т. е. P=F_тяж

рис. A

рис. Б

 

 

 

 

2.      Невесомость

Мы живём в век освоения космоса, в век полётов космических кораблей вокруг Земли, на Луну и на другие планеты Солнечной системы. Нам часто приходится слышать и читать о том, что лётчики-космонавты и все предметы на космическом корабле во время его свободного полёта находятся в особом состоянии, называемом состоянием невесомости. Что же это за состояние и можно ли его наблюдать на Земле?

Невесомость – сложное физическое явление. Однако некоторые представления о состоянии невесомости можно получить и в начале изучения физики.

Есть множество случаев, когда тело вместе с опорой движется с ускорением, в лифте, например. При движении с ускорением вниз возникает состояние невесомости, а при движении с ускорением вверх – перегрузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.      Влияние невесомости на организм человека на земле и в космосе.

Кратковременную невесомость можно испытать в прыжке, но и она даёт представление об ощущениях человека, оказавшегося в невесомости: многие мышцы расслабляются, возникает ощущение необыкновенной лёгкости.

Спортсменам нередко приходится управлять своим телом в свободном полёте, а также средствами передвижения (мотоциклом, например).

При свободном движении в земной атмосфере кроме силы тяжести на тело действует ещё и реакция внешней среды — сила сопротивления воздуха, действие которой аналогично действию «опоры». Состояние невесомости можно ощутить в начальный момент свободного падения тела в атмосфере, когда сопротивление воздуха ещё невелико.

Можно привести немало примеров из собственной практики и просмотреть фотографии.

При длительных полетах в космосе снижается активность некоторых иммунных клеток. Кроме того, из-за сбоев в работе иммунной системы возможно развитие аллергии в виде сыпи на коже. В условиях микрогравитации космоса кровь равномерно поступает во все отделы организма. По этой причине ноги немного худеют, а голова увеличивается в размерах. Из-за нарушения кровообращения меняется функционирование дыхательной системы человека, и органы дыхания пропускают меньше воздуха. В условиях невесомости нагрузка на кости и мышцы почти полностью снимается. Из-за отсутствия движения кости истончаются, а в кровь выбрасывается большое количество кальция. То же самое происходит с мышцами, которые из-за отсутствия нагрузок постепенно атрофируются.

ž    Длительное состояние невесомости вызывает существенные изменения в работе сердечно-сосудистой и вестибулярной систем человека, получившие название "спутниковая болезнь" или "космическая болезнь движения".

ž    Там, внутри орбитальных станций и космических кораблей, очень многое отличается от обычной земной «весомой» жизни: многие привычные для Земли физические явления не возникают, не все физические законы действуют. Даже учиться передвигаться приходится заново.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.      Перегрузка и недогрузка

Состояние тела, при котором его вес превышает силу тяжести, называют перегрузкой.

В нашем случае перегрузка – это отношение веса тела к силе тяжести.

Если в результате ускоренного вертикального движения вес тела увеличивается, имеет место явление перегрузки. Если же вес тела уменьшается, имеет место недогрузка

n=𝑷=𝒎𝒈= 1+ 𝒂𝒈

При a>0 имеет место перегрузка.

При a=0 перегрузка равна n=1, что соответствует равномерному прямолинейному движению или состоянию покоя.

При a<0 наступает состояние обезвешивания (недогрузка).

При a=-g, перегрузка равна n=0, что соответствует свободному падению и невесомости.

Большие перегрузки опасны для здоровья

 

Ускорение a	Перегрузка n	Физиологический эффект
2g	3	Движения затруднены
3g	4	Ходьба невозможна
5g	6	Временная потеря зрения

 

Кратковременные перегрузки может испытывать каждый на аттракционах, в лифте, на уроке физкультуры.

При больших значениях перегрузки могут наблюдаться ухудшение самочувствия или здоровья людей. Все мышцы, поддерживающие сердце, лёгкие, желудок, напряжены больше обычного. Обычно при 8-кратной перегрузке у человека полностью (восстановимо, хотя и с хроническими последствиями) отказывает зрение.

Перегрузка - безразмерная величина, однако повсеместно отождествляется с ускорением свободного падения g. Нормальная перегрузка 1g означает горизонтальный прямолинейный полёт самолёта. Такую же перегрузку имеет спокойно стоящий на Земле человек.

Обычный человек может выдерживать перегрузки до 5 g.

 

5.      Как справится с негативными последствиями от перегрузки?

Наиболее благоприятное положение тела человека, при котором он может воспринимать наибольшие перегрузки - лёжа на спине, лицом к направлению ускорения движения, наиболее неблагоприятное для перенесения перегрузок — в продольном направлении ногами по направлению ускорения.

Кратковременная перегрузка, которую тренированный человек выдерживает в направлении от спины к груди и от груди к спине - до 30, от головы к ногам - до 20, от ног к голове - до 8.

Лётчики и космонавты проходят специальные тренировки, чтобы сохранять работоспособность в условиях перегрузок. Тренированные пилоты в антиперегрузочных костюмах могут переносить перегрузки до 9 g.

 

 

6.      Практическая часть

В ходе работы над проектом я использовал такой методы исследования как анализ информации по теме, синтез полученной информации для формирования понятия невесомости и перегрузки, раскрыл содержание понятий и провел аналоговое моделирование через опыты, т.е. смоделировал состояние невесомости.

Опыт № 1. Невесомая вода

Для этого опыта понадобится консервная банка с дырочкой на дне, привязанная к веревке. Нальем в банку воды и поднимем ее за веревку. Пока никаких чудес не происходит: вода исправно льется струйкой из дырочки в дне. Ведь она имеет вес и стремится упасть вниз. И дырочка дает эту возможность. А теперь поднимем повыше банку и, внимательно глядя на струйку, выпустим веревку из рук. Пока банка падала – струйка не текла. Вода в падающей банке была невесомой!

Опыт № 2. Действие силы тяжести на тело

Под весом тела мы понимаем силу, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.

Представим себе такой случай: опора или подвес вместе с телом свободно падают. Ведь опора и подвес тоже тела, и на них также действует сила тяжести. Каков в этом случае будет вес тела, т. е. с какой силой тело будет действовать на опору или подвес?

Обратимся к опыту. Для опыта берут небольшое тело и подвешивают его к пружине (рис. 1, а), другой конец которой прикреплён к неподвижной опоре. Под действием силы тяжести тело начинает двигаться вниз, поэтому пружина растягивается до тех пор, пока возникшая в ней сила упругости не уравновесит силу тяжести. Затем пережигают нить, удерживающую пружину с телом, пружина вместе с телом падает. Наблюдая за пружиной, замечают, что растяжение её исчезло (рис. 1, б). И пока пружина с телом падает, она остаётся нерастянутой. Следовательно, падающее тело не действует на падающую вместе с телом пружину. В этом случае вес тела равен нулю, но сила тяжести не равна нулю, она по-прежнему действует на тело и заставляет его падать. Точно так же если тело и опора, на которой оно лежит, будут свободно падать, то такое тело перестанет давить на опору. Следовательно, в этом случае вес тела будет равен нулю.

Рис. 1

 Опыт № 3. Невесомое масло

Чтобы добиться эффекта невесомости можно провести опыт со спиртом и маслом.

Любая жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится. Какую форму примет жидкость в невесомости?

Чтобы получить невесомость, нужно создать некую среду. В стакан наливаем чистый 98% спирт, в эту спиртовую среду помещаем масло. Масло и будет той жидкостью, которую в дальнейшем мы будем взвешивать. Масло лежит на дне стакана, потому что его плотность больше чем у спирта. Добавляем в спирт в воду, увеличивая плотность жидкости, до тех пор, пока капельки масла не всплывут и не окажутся во взвешенном состоянии, как будто в невесомости. При этом масло приняло форму шара.

Докажем, что форма этих шаров не зависит от размера. Добавим в середину этой взвеси ещё немного масла, делая шар побольше. Вне зависимости от размера масло осталось в форме шара, это означает что шар является самой энергетически выгодной формой для жидкости в состоянии невесомости.

Все проведённые мною опыты записаны на видео и на основе их подготовлена презентация «Невесомость и перегрузки», которую можно использовать на уроках физики. 

Заключение

В данном проекте я самостоятельно познакомился с понятием «невесомость», изучил невесомость как физическое явление, проделал опыты с невесомостью, подготовил презентацию «Невесомость и перегрузки», которую можно использовать на уроках физики.   Эти знания мне понадобятся при изучении физики в старших классах.

Знания о невесомости и перегрузках в современном мире очень важны. Очень важно знать, что такое невесомость и как она влияет на самочувствие людей, путешествующих в космическом пространстве. Как следствие, необходимо решить эту проблему, создавая программы по уменьшению риска неблагоприятного влияния невесомости на организм.

Невесомость может быть использована для осуществления некоторых технологических процессов, которые трудно или невозможно реализовать в земных условиях (например, получения композиционных материалов с однородной структурой во всём объёме, получения тел точной сферической формы из расплавленного материала за счёт сил поверхностного натяжения, сварки разнородных материалов и многого другого), поэтому люди будут организовывать технологическое производство на орбите.

 

 

 

Список литературы

1. Энциклопедия физики и техники – Вес
2. «Спросите у космонавта» - Издательство: «Рипол-классик»
3. «Энергия» 1988 г №4, с.23-28
4. https://medicalplanet.su/Patfiz/1292.html
5. https://www.likar.info/coolhealth/article-79262-stesnyayus-sprosit-chto-s-chelovekom-proishodit-v-kosmose/
6. https://kosmosgid.ru/kosmicheskoe/osvoenie
7. http://fizika-for-all.blogspot.com/2012/10/blog-po...
8. Физика. 7 кл.: учебник / А.В. Перышкин. -2014

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скачано с www.znanio.ru