Исследовательский проект по физике &quot;Невесомость&quot;

Проект по физике на тему:

«Невесомость»

Проект подготовили

ученики 8 «А» класса

Салгереев Микаэль

Руководитель проекта

учитель физики

Пузанова А.Д.

2021

«Скажи мне, и я забуду

Покажи мне, и я запомню.

Дай мне действовать самому,

И я научусь».

Конфуций

Цели и задачи проектной деятельности.

Основные направления проектной деятельности.

· Цели:
1.Совместный поиск учащимися и педагогам новых комплексных знаний, овладение умениями использовать эти знания при создании своего интеллектуального продукта;
2.Воспитание активного ответственного гражданина и творческого созидателя;
3.Переход от традиционных образовательных форм к сотрудничеству, партнерству учителя и ученика.

· Задачи:
1. Укрепление, совершенствование и дальнейшее творческое развитие сложившейся в школе системы проектной деятельности;
2. Вовлечение в творческое проектирование новых его членов;
3. Расширение области тематического исследования в проектной деятельности;
4.Поиски новых направлений и форм творческого проектирования;
5.Укрепление престижа участия в проектной деятельности, воспитание сознательного, ответственного отношения к занятиям в проектно – образовательной сфере;
6.Активный поиск партнёров по проектной деятельности.

· Основное направление:
- направление «Мир вокруг нас», ориентированное на знакомство с законами окружающей нас природы за рамками школьной программы.

Цели проекта «Невесомость»:

· Узнать, как можно больше о невесомости;

· Узнать, как состояние невесомости влияет на здоровье человека;

· Провести опыт с невесомостью в домашних условиях;

· Найти интересные факты про невесомость.

Задачи проекта «Невесомость»:

· Познакомиться с понятием «невесомость»;

· Изучить литературные источники, рассказывающие о невесомости;

· Изучить влияние невесомости на человека;

· Провести опыты с невесомостью.

Объект исследования – невесомость.

Предмет исследования – сведения о невесомости.

— Все можно предвидеть:

перегрузки как будут действовать — знаем.

Радиация… В принципе тоже знаем.

Невесомость? Нет, не знаем!

За-гад-ка!

Цитата из произведения О. Апенченко

«Труден путь до тебя, небо»

Теоретическая часть:

Невесомость, между нами,

Это - если вверх ногами

К потолку летишь как муха!

Или так - в стакане сухо,

А вода весит отдельно!

Пить так очень канительно.

Нужно, если хочешь пить,

Воду в воздухе ловить,

Рот по шире распахнуть,

Шар воды в себя втянуть,

А потом ловить другой…

Ужас, а не водопой!

Не зря еда на станции

Вся в баночках и в тюбиках,

Чтоб не ловить в пространстве

Ни шариков, ни кубиков.

Р. Алдонина

Невесомость - сложное физическое явление. Состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, действием других массовых сил, в частности силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела, отсутствует.

Мы живем в век начала 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 полёта находятся в особом состоянии, называемом состоянием невесомости. Само слово невесомость говорит о том, что у тела отсутствует вес, то есть оно не давит на опору и не растягивает подвес. Причина невесомости заключается в том, что сила всемирного тяготения (взаимное притяжение всех тел во Вселенной) сообщает телу и его опоре одинаковые ускорения. Поэтому всякое тело, которое движется под действием только силы всемирного тяготения, находится в состоянии невесомости.

Рассмотрим подробнее:

Силу тяжести

с которой тела притягиваются к Земле, нужно отличать от веса тела. Понятие веса широко используется в повседневной жизни.

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. При этом предполагается, что тело неподвижно относительно опоры или подвеса. Пусть тело лежит на неподвижном относительно Земли горизонтальном столе (рис.1.11.1). Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной. На тело действуют сила тяжести

направленная вертикально вниз, и сила упругости

с которой опора действует на тело. Силу

называют силой нормального давления или силой реакции опоры. Силы, действующие на тело, уравновешивают друг друга:

В соответствии с третьим законом Ньютона тело действует на опору с некоторой силой

равной по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону:

По определению, сила

и называется весом тела. Из приведенных выше соотношений видно, что

т.е. вес тела

равен силе тяжести

Но эти силы приложены к разным телам!

Рисунок 1.11.1.

Вес тела и сила тяжести.

– сила тяжести,

– сила реакции опоры,

– сила давления тела на опору (вес тела).

Если тело неподвижно висит на пружине, то роль силы реакции опоры (подвеса) играет упругая силы пружины. По растяжению пружины можно определить вес тела и равную ему силу притяжения тела Землей. Для определения веса тела можно использовать также рычажные весы, сравнивая вес данного тела с весом гирь на равноплечем рычаге. Приводя в равновесие рычажные весы путем уравнивая веса тела суммарным весом гирь, мы одновременно достигаем равенства массы тела суммарной массе гирь, независимо от значения ускорения свободного падения в данной точке земной поверхности. Например, при подъеме в горы на высоту 1 км показания пружинных весов изменяются на 0,0003 от своего значения на уровне моря. При этом равновесие рычажных весов сохраняется. Поэтому рычажные весы являются прибором для определения массы тела путем сравнения с массой гирь (эталонов).

Рассмотрим теперь случай, когда тело лежит на опоре (или подвешено на пружине) в кабине лифта, движущейся с некоторым ускорением

относительно Земли. Система отсчета, связанная с лифтом, не является инерциальной. На тело по-прежнему действуют сила тяжести

и сила реакции опоры

но теперь эти силы не уравновешивают друг друга. По второму закону Ньютона

Сила

действующая на опору со стороны тела, которую и называют весом тела, по третьему закону Ньютона равна

Следовательно, вес тела в ускоренно движущемся лифте есть

Пусть вектор ускорения

направлен по вертикали (вниз или вверх). Если координатную ось OY направить вертикально вниз, то векторное уравнение для

можно переписать в скалярной форме:

В этой формуле величиныP,g и a следует рассматривать как проекции векторов

,

и

на ось OY. Так как эта ось направлена вертикально вниз, g=const>0, а величиныP и a могут быть как положительными, так и отрицательными. Пусть, для определенности, вектор ускорения

направлен вертикально вниз, тогда a>0(рис. 1.11.2).

Рисунок 1.11.2.

Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения

направлен вертикально вниз. 1)a<g, P<mg; 2)a=g, P=0(невесомость); 3)a>g,P<0

Из формулы (*) видно, что если a<g, то вес тела P в ускоренно движущемся лифте меньше силы тяжести. Если a>g, то вес тела изменяет знак. Это означает, что тело прижимается не к полу, а к потолку кабины лифта («отрицательный» вес). Наконец, если a=g, то P=0. Тело свободно падает на Землю вместе с кабиной. Такое состояние называется невесомостью. Оно возникает, например, в кабине космического корабля при его движении по орбите при выключенными реактивных двигателями.

Если вектор ускорения

направлен вертикально вверх (рис.1.11.3), то a<0 и, следовательно, вес тела всегда будет превышать по модулю силу тяжести. Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают космонавты, как при взлете космической ракеты, так и на участке торможения при входе корабля в плотные слои атмосферы. Большие перегрузки испытывают летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, особенно на сверхзвуковых самолетах.

Рисунок 1.11.3.

Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорениянаправлен вертикально вверх. Вес тела приблизительно в два раза превышает по модулю силу тяжести (двукратная перегрузка)

Модель. Человек в лифте

Итак, длительную невесомость человек испытывает в космосе, в космическом корабле, на орбитальной станции. Невесомость - главное отличие космической жизни от земной. Она влияет на всё: на кровообращение, дыхание, настроение, физиологические и биологические процессы. Невесомость - уникальное явление космического полёта. На Земле мы привыкли, если, например, дождевая капля упадёт с ветки или листа, то она обязательно попадёт на землю. На орбитальной станции всё иначе: лети, куда хочешь, и не упадёшь. Тяжесть - самое надежное качество, которым обладает каждый предмет на Земле. Тяжесть - это то, что природа распределила равномерно: поровну на каждую единицу массы. В течение всего времени орбитального полёта космонавты находятся в состоянии невесомости. Они теперь не ходят, а плавают, отталкиваясь как от опоры, от стен или от заземлённых предметов. Космонавты могут, образно говоря, ходить по потолку. Сила притяжения отсутствует, тело делается непривычно лёгким, при этом кровь тоже делается невесомой.

Несмотря на кажущуюся лёгкость, передвижение в невесомости - дело непростое. Оказавшись в невесомости, - рассказывает космонавт - у космонавта вся кровь и жидкость приливает в голову. Голова тяжёлая, заложен нос, глаза красные, плохо думается. После длительного полёта в невесомости организм космонавта испытывает резкий переход к большим перегрузкам, которые будут вызваны включением тормозной установки корабля. Длительное пребывание в невесомости - отрицательно сказывается на здоровье космонавта. Влияние невесомости на организм человека так полностью и не разгадано.

Невесомость можно обнаружить лишь вдали от массивных тел, вызывающих гравитационное поле. Но ощутить невесомость можно и не покидая поля притяжения Земли! Например, парашютист, пока он не раскрыл свой парашют и пребывает в состоянии свободного падения, находится в состоянии невесомости. Правда, сильнейший встречный воздушный поток не даёт насладиться невесомостью в полной мере.

Практическая часть:

Опыт

В кабине космического корабля во время свободного полета все предметы теряют вес. Карандаши, блокноты плавают в воздухе, словно воздушные шарики. Да что карандаши — утюги и те плавали бы, если бы только их брали в космический полет!

Ну, а жидкости в условиях невесомости «не хотят» заполнять стаканы, кастрюли и другую посуду. Они «не желают» покорно принимать форму сосуда, в который налиты. Нет, жидкости порхают в воздухе, собравшись в аккуратные шаровые капли! Вот почему космонавтам нельзя пить из стаканов и есть суп из тарелок. Им приходится выдавливать жидкость прямо себе в рот из тубы, похожей на тюбик с зубной пастой, только побольше.

Хочешь наблюдать жидкость в условиях невесомости? Нет, пока еще не в космическом корабле, а у себя дома, на кухне. Это вполне возможно, хотя опыт трудный.

Для опыта нужны три жидкости: вода, растительное масло и денатурированный спирт (его часто называют «денатурат»). Масло легче воды, и, если подлить его в банку с водой, оно соберется слоем на поверхности. А если налить это же масло в спирт, оно соберется слоем на дне. Значит, спирт еще легче, чем масло.

Если в стакан с водой долить денатурата, то масло, добавленное в эту смесь, утонет в спирте, но не утонет в воде. Оно должно плавать на границе воды и спирта, как плавал парафиновый шарик на границе керосина и воды. Но с керосином и водой было проще: они не смешивались. А спирт хорошо растворяется в воде.

Трудность нашего опыта как раз и заключается в том, что надо очень аккуратно, очень осторожно прилить спирт в стакан с водой, чтобы эти жидкости не перемешались. Для этого сначала налей воды до половины, а потом потихоньку сливай денатурат по стенке стакана.

Долив стакан почти доверху, осторожно влей в него чайную ложечку растительного масла. Ты, может быть, ожидал, что оно растечется слоем на границе спирта и воды? Ничего похожего! Масло ведь оказалось в состоянии невесомости. Оно как бы «парит» на границе раздела. И, словно в кабине космического корабля, это «невесомое» масло соберется в шар, совершенно ровный и гладкий! Разве только приплюснутый, если вода и спирт на границе все-таки немного смешались.

Шесть интересных фактов о невесомости

· Когда астронавт оказывается в невесомости, вся жидкость, которая находится в организме, поднимается вверх и вызывает закупорку носоглотки и отеки на лице;

· Еще один «бонус» от невесомости – это увеличение роста из-за низкого давления. Оно воздействует на позвоночник и человек вырастает как минимум на 5 см;

· Ученые провели опыты на крысах: что будет, если крыса вынашивает плод в космосе. Беременных крыс отправляли именно тогда, когда у плода начинало развиваться внутреннее ухо. Все потомство имело проблемы с вестибулярным аппаратом;

· Астронавты, которые храпели, в космосе совершенно от этого избавлялись.

· В космосе о полноценном сне и речи быть не может. Восходы случаются 16 раз, из-за чего, конечно же, происходят изменения и в восприятии ритма жизни;

· Те, кто прибыл из космоса, рассказывают, что сразу после прилета очень трудно двигать руками и ногами. Поэтому приземление многие называют вторым рождением.

"Красиво" о невесомости

Невесомость

Эта невесомость
Может только сниться,
Головою в пропасть
Сильной смелой птицей,
Руки словно крылья,
Ноги как пружины -
Грёзы стали былью,
Мягко, без нажима.
Легкий шаг - паренье
В вольной ипостаси
А прыжок - забвенье
В жарком заэкстазье.
Прочь наук химеру
И границы рамок,
Нет предела вере
В явь воздушных замков,
Выше всех законов
Лишь малютка совесть...
Плачет как икона
В сердце невесомость!

Михаил Дурнев

Вывод: в данном проекте учащиеся самостоятельно познакомились с понятием «невесомость», изучили невесомость как физическое явление, влияние невесомости на здоровье человека, проделали опыт с невесомостью.

Используемые информационные источники:

1. «Труден путь до тебя небо»- Ольга Апенченко;

2. Интернет-ресурсы.

Приложение к проекту: презентация-отчет.