Почему в струе воздуха пылесоса висит теннисный шарик

Обновлено: 15.05.2024

Учащийся 3 класса изучил виды и способы действия аэротрубы, выяснил с помощью каких законов физики она работает, попробовал собрать аэротрубу в домашних условиях.

Вложение	Размер
issledovatelskaya_rabota_chto_takoe_aerotruba.pptx	1.34 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Цель: собрать из электронного конструктора аэротрубу в домашних условиях и с помощью струи воздуха поднять пенопластовый шарик. Объект исследования: аэротруба. Предмет исследования: принципы работы и строение аэротрубы. Гипотеза: полёт без механического воздействия – это не миф, а реальность. А значит в домашних условиях можно поднять небольшой предмет в воздух, при этом направляя на него только поток воздуха, без других механических воздействий.

История происхождения Несмотря на новизну аэротрубы как спортивного развлечения, придумана она была уже давно, только назначение имела далеко не развлекательное, скорее научное. В трубе исследовали поведение различных твердых тел, которые передвигались в воздушном потоке. Первая в России аэротруба появилась в 1873 году, ее построил военный инженер Алексей Пашкевич, чтобы проводить эксперименты в баллистическом деле.

Принцип действия Аэродинамическая труба состоит из одного или нескольких вентиляторов, которые нагнетают воздух в трубу, где находится модель исследуемого тела, тем самым создаётся эффект движения тела в воздухе с большой скоростью.

Впервые… Попробовать себя в полете в аэротрубе решился американский парашютист Джек Тиффани. Он занимался испытанием парашютов для одной американской компании, и в 1964 году захотел проверить, сможет ли поток воздуха выдержать человека. Вскоре появился такой вид спорта, как полеты в аэротрубе - бодифлайт .

И я подумал, а что, если изменить силу потока воздуха? Я взял фен и попробовали поднять шарик воздушной струей, переключая мощность прибора. Шарик поднялся выше на самой высокой мощности. Следовательно, чем сильнее воздушный поток, тем выше можно поднять предмет.

Почему шарик висит в воздухе? Оказывается, в струе, где скорость воздуха больше, давление меньше, чем в окружающем неподвижном воздухе на шарик с боков действуют силы, которые удерживают его в струе, а снизу на шарик действует аэродинамическое давление, которое уравновешивает силу тяжести шарика. Почему шарик не выпадает из струи в сторону? Работает один из законов аэродинамики – принцип Бернулли, чем больше скорость воздушного потока, тем меньше в нем давление. Скорость потока струи воздуха, производящей давление на центр шарика больше, чем на края шарика. Следовательно, давление на центр меньше, чем на края. Возникшая разность давлений возвращает его в центр.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Исследовательская работа "Такая ли замечательная белка"

Белка — это, пожалуй, самый грациозный и подвижный обитатель леса. Она совершенно не боится человека и легко приручается. Но приручением увлекаться не стоит. Белка - лесной зверек и место ее в лесу.

Проектно-исследовательская работа "Такая обычная пластиковая бутылка"

В данной работе проведено исследование о пользе и вреде пластиковой бутылки, приведены примеры вторичного использования пластика.

Исследовательская работа "Что такое счастье?" Автор Акбашев Альберт

В ходе своего исследования я очень многое узнал и переосмыслил. Оказывается, чтобы быть счастливым не обязательно иметь компьютер, канал Дисней и сладости, счастье порой .

Исследовательский проект на тему: "Нет в России семьи такой, где б ни памятен свой герой. "

Исследовательский проект в начальной школе по патриотическому и нравственному воспитанию.Цель проекта: узнать о трудовых подвигах женщин в годы Великой Отечественной войны на примере одной семьи, проа.

Исследовательский проект "Такие разные грибы"

1. Проблема проекта: привлечь внимание детей к бережному отношению к природе и в частности к царству грибов.2. Актуальность проблемы заключа.

Проектно-исследовательская работа "Такие разные куклы"

Данную работу написала ученица 3 класса, представляла ее на научно-практической конференции школьного этапа.

Исследовательский проект " Такие разные и такие похожие сказки"

Цель исследования: сравнить сюжеты и героев предложенных сказок, найти аналогичные сюжеты и героев в сказках народов мира.Объект исследования: авторские и народные сказки с похожим сюжетом.Гипотеза ис.

Справка.
Струя газа / жидкости, не ограниченная твердыми стенками, называется свободной струей. Если не рассматривать несколько экзотических случаев (нестационарная задачка, продольный вихрь, сверхзвук), то давление в свободной струе с высокой точностью совпадает с давлением окружающего газа / жидкости.

------------------------------------
Примечание.
Следует отметить, что очень распространено безграмотное заблуждение: давление в свободной струе якобы всегда обязано быть низким.
-------------------------------------

Пусть есть баллон со сжатым воздухом, через небольшое отверстие в из баллона в окружающую атмосферу истекает свободная струя.

Давление внутри баллона P₁.
Дырка, из которой истекает воздух, мала по сравнению с диаметром балона, так что можем с разумной точностью считать, что скорость воздуха внутри баллона равна нулю (v₁=0).
Скорость истекающей струи v₂
Давление в струе P₂
Струя истекает в атмосферу (P_атм) , считаем, что "экзотики" в нашей задачке нет, так что давление в струе будет атмосферным (P₂=P_атм)

Как этот текст будет выглядеть в идиотской лекции.

Для начала лектор расскажет о скорости истечения струи.
Нарисует картинку "истечение струи из баллона со сжатым воздухом".

Далее лектор напишет формулу Бернулли, автоматически приравняв P₂ = P_атм . Лектору столь очевидно совпадение давления в свободной струе с атмосферным, что лектор даже не сделает каких-либо пояснений по данному поводу.
После чего лектор получит абсолютно правильный ответ и порассуждает о том, что, пока отверстие в баллоне сравнительно мало, скорость истечения никак не зависит от диаметра отверстия.
Эта часть лекции правильна, что вполне ожидаемо. Задачка о скорости истечения из отверстия входит в учебники физики несколько сотен лет, со времен Бернулли. Лектора среди ночи разбуди - и он безошибочно изложит правильный текст из учебника.

После этого лектор расскажет о других якобы следствиях теоремы Бернулли, например, о пульверизаторе.
Нарисует картинку "истечение струи из баллона со сжатым воздухом".

Потом лектор пояснит: "совершенно очевидно" (как вариант - "легко видеть"), что чем меньше диаметр отверстия, тем выше будет скорость истечения.
Далее лектор заявит, что, раз скорость истечения высока, то, якобы по теореме Бернулли, P₂

Горный инженер Александр Балахнин в беседе с РЕН ТВ рассказал, почему произошла трагедия на шахте "Листвяжная".

"Такие аварии типовые. Это нарушение техники безопасности прежде всего, нарушение производства самих работ и собственно безалаберность со стороны людей. А основная причина — экономическая подоплека. Люди хотят заработать денег. Если начальство гонит в шахту, тем более если как на "Листвяжной" — если вы не пойдете, то завтра можете быть уволены — то конечно напрягаются и идут в шахту несмотря на опасность", — отметил Балахнин.

По его словам, он в свое время на шахте, опаснее которой "просто не придумаешь". Шахта была опасная по горным ударам и по внезапным выбросам. Выброс метана мог превышать 20 кубов на тонну угля, поэтому все шахтеры четко соблюдали технику безопасности, следили за всем, чем можно.

"Проводятся спецмероприятия по обеспыливанию шахты, смывают пыль, которая в соединении с метаном взрывоопасна. Специальной инертной пылью посыпают борта выработок. А с точки зрения электричества, оно отключается автоматически при превышении концентрации метана от 2 % как правило, потому что от 2 до 9 % происходит взрыв, дальше опять газ горит", — пояснил инженер.

Балахнин указал, что если какой-то из фактов нарушить, то возникнет искра, а потом сразу ряд взрывов в шахте, но не так, чтобы "хлопнуло и все". Инженер вспомнил о трагедии на одной из шахт в 1983 году, где погибли 20 человек.

"Что мне там довелось увидеть — это производит очень сильные впечатления, потому что после взрыва живым в шахте остаться невозможно. Как правило виновники погибают первыми. По степени повреждения людей — там несколько факторов. (давление при взрыве, огонь) и, если вдохнуть этот воздух, один вдох и человек умирает от ожога легких. Людей можно отправлять в шахту, если они сами контролируют уровень загазованности. И тут зависит от людей. Они не соблюдают технику безопасности, а это бывает часто, потому что план горит", — отметил Балахнин.

Он вспомнил, что датчики метана висят сверху, однако иногда их снимают, заматывают в фуфайки, кладут на почву и таким образом они не срабатывают.

"Последствия взрыва, где мы ходили — это ужасно. На три километра выработка заваленная, кровля обрушается, крепь вся рушится и найти людей потом спасателям тяжело. Вот мы ходили — там ясы двухметровые, там валуны доставали. Сами понимаете взрыв произошел в нескольких местах, на тебя повалились камни, ты завален под двухметровым слоем, ну что там может остаться", — поделился инженер.

Рассмотрим несколько примеров, подтверждающих справедливость закона сохранения импульса.

Наверняка многие из вас наблюдали, как приходит в движение надутый воздухом воздушный шарик, если развязать нить, стягивающую его отверстие.

Объяснить это явление можно с помощью закона сохранения импульса.

Пока отверстие шарика завязано, шарик с находящимся внутри него сжатым воздухом покоится, и его импульс равен нулю.

При открытом отверстии из него с довольно большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха. Движущийся воздух обладает некоторым импульсом, направленным в сторону его движения.

Согласно действующему в природе закону сохранения импульса, суммарный импульс системы, состоящей из двух тел — шарика и воздуха в нём, должен остаться таким же, каким был до начала истечения воздуха, т. е. равным нулю. Поэтому шарик начинает двигаться в противоположную струе воздуха сторону с такой скоростью, что его импульс равен по модулю импульсу воздушной струи. Векторы импульсов шарика и воздуха направлены в противоположные стороны. В результате суммарный импульс взаимодействующих тел остаётся равным нулю.

Движение шарика является примером реактивного движения. Реактивное движение происходит за счёт того, что от тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс.

На принципе реактивного движения основано вращение устройства, называемого сегне- ровым колесом (рис. 46). Вода, вытекающая из сосуда конической формы через сообщающуюся с ним изогнутую трубку, вращает сосуд в направлении, противоположном скорости воды в струях. Следовательно, реактивное действие оказывает не только струя газа, но и струя жидкости.

Вы знаете, что принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости. Поэтому для космических полётов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты, т. е. ракеты.

Рассмотрим вопрос об устройстве и запуске так называемых ракет-носителей, т. е. ракет, предназначенных для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов.

В любой ракете, независимо от её конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем. На рисунке 48 изображена ракета в разрезе. Мы видим, что оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае это космический корабль 1), приборный отсек 2 и двигатель (камера сгорания 6, насосы 5 и пр.).

Основную массу ракеты составляет топливо 4 с окислителем 3 (окислитель нужен для поддержания горения топлива, поскольку в космосе нет кислорода).

Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления, который мощной струёй устремляется наружу через раструб специальной формы, называемый сопло́м 7. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи.

С какой целью увеличивают скорость выхода струи газа? Дело в том, что от этой скорости зависит скорость ракеты. Это можно показать с помощью закона сохранения импульса.

Для простоты рассуждений будем пока считать, что ракета представляет собой замкнутую систему (т. е. не будем учитывать действие на неё силы земного притяжения).

Поскольку до старта импульс ракеты был равен нулю, то по закону сохранения суммарный импульс движущейся оболочки и выбрасываемого из неё газа тоже должен быть равен нулю. Отсюда следует, что импульс оболочки и направленный противоположно ему импульс струи газа должны быть равны по модулю. Значит, чем с большей скоростью вырывается газ из сопла, тем больше будет скорость оболочки ракеты.

Мы рассмотрели устройство и принцип действия одноступенчатой ракеты, где под ступенью подразумевается та часть, которая содержит баки с горючим и окислителем и двигатель. В практике космических полётов обычно используют многоступенчатые ракеты, развивающие гораздо большие скорости и предназначенные для более дальних полётов, чем одноступенчатые.

На рисунке 49 показана схема трёхступенчатой ракеты. После того как топливо и окислитель первой ступени будут полностью израсходованы, эта ступень автоматически отбрасывается и в действие вступает двигатель второй ступени.

Уменьшение общей массы ракеты путём отбрасывания уже ненужной ступени позволяет сэкономить топливо и окислитель и увеличить скорость ракеты. Затем таким же образом отбрасывается вторая ступень.

Если возвращение космического корабля на Землю или его посадка на какую-либо другую планету не планируется, то третья ступень, как и две первых, используется для увеличения скорости ракеты. Если же корабль должен совершить посадку, то она используется для торможения корабля перед посадкой. При этом ракету разворачивают на 180°, чтобы сопло оказалось впереди. Тогда вырывающийся из ракеты газ сообщает ей импульс, направленный против скорости её движения, что приводит к уменьшению скорости и даёт возможность осуществить посадку.

Идея использования ракет для космических полётов была выдвинута в начале XX в. русским учёным и изобретателем Константином Эдуардовичем Циолковским. Циолковский разработал теорию движения ракет, вывел формулу для расчёта их скорости, был первым, кто предложил использовать многоступенчатые ракеты.

Полвека спустя идея Циолковского была развита и реализована советскими учёными под руководством Сергея Павловича Королёва.

Вопросы

1. Основываясь на законе сохранения импульса, объясните, почему воздушный шарик движется противоположно струе выходящего из него сжатого воздуха.
2. Приведите примеры реактивного движения тел.
3. Каково назначение ракет? Расскажите об устройстве и принципе действия ракеты.
4.0т чего зависит скорость ракеты?
5. В чём заключается преимущество многоступенчатых ракет перед одноступенчатыми?
6. Как осуществляется посадка космического корабля?

Упражнение 21

1. С лодки, движущейся со скоростью 2 м/с, человек бросает весло массой 5 кг с горизонтальной скоростью 8 м/с противоположно движению лодки. С какой скоростью стала двигаться лодка после броска, если её масса вместе с человеком равна 200 кг?

2. Какую скорость получит модель ракеты, если масса её оболочки равна 300 г, масса пороха в ней 100 г, а газы вырываются из сопла со скоростью 100 м/с? (Считайте истечение газа из сопла мгновенным.)

3. На каком оборудовании и как проводится опыт, изображённый на рисунке 50? Какое физическое явление в данном случае демонстрируется, в чём оно заключается и какой физический закон лежит в основе этого явления?

П р и м е ч а н и е: резиновая трубка была расположена вертикально до тех пор, пока через неё не начали пропускать воду.

4. Проделайте опыт, изображённый на рисунке 50. Когда резиновая трубка максимально отклонится от вертикали, перестаньте лить воду в воронку. Пока оставшаяся в трубке вода вытекает, понаблюдайте, как будет меняться: а) дальность полёта воды в струе (относительно отверстия в стеклянной трубке); б) положение резиновой трубки. Объясните оба изменения.

Читайте также: