Проект "Давление твердых тел. Лыжи или коньки?"; 7 класс

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №9 имени 63-ей добровольческой танковой

бригады

Еманжелинского муниципального района Челябинской области

Направление: информационно-познавательное

Образовательная область: физика

Предмет: физика

Давление твёрдых тел. Лыжи или коньки?

п.Красногорский

2020

Содержание

1.Введение …………………………………………………………………………………….…3

2. Основная часть………………………………………………………………………………...3

2.1. Понятие давления……………...……………………………………………………………3

2.2. Способы увеличения и уменьшения давления………….…...……………………………4

2.3. Учет давления в практической деятельности………….……………...…………….…….5

2.4. Практическая часть (мой эксперимент)……………………………………………………8

3. Заключение…………………………………………………………………………………….9

4. Список используемой литературы и интернет-ресурсы…………………………………..10

Введение

Веселимся и играем,
Санки, лыжи и коньки,
Мы зимой не заскучаем,
Эх, веселые деньки.

А нтонина Тесленко «Веселые деньки»

Мне очень нравится ходить на прогулки в зимний лес. Мне стало интересно: почему можно проваливаться в сугроб, стоя без лыж, а на лыжах можно скользить по любым снежным горкам.

Также я люблю кататься на коньках, но когда приходится, одев коньки, пройти несколько метров до льда по плотному утоптанному снегу, сделать это очень сложно, коньки сильно проваливаются. Почему?

Дома, садясь на жёсткий табурет, не возможно просидеть очень долго, а на мягком кресле можно сидеть часами.

На уроках физики мы изучали давление и мне стало, интересно, какую роль играет давление в жизни человека. Моя исследовательская работа направлена на то, чтобы углубить полученные на уроке знания о давлении твердых тел. Я проведу собственные эксперименты и постараюсь выяснить, как зависит давление от площади соприкасающихся поверхностей.

Гипотеза: Давление твердых тел зависит от силы давления и от площади поверхности, на которую действует данная сила.

Объект исследования: Давление твердых тел.

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

Задачи:

1. Расширить знания по теме давления твердых тел.

2.Исследовать зависимость давления от площади соприкасающихся поверхностей.

3. Рассчитать давление человека в различных ситуациях: стоя на лыжах и на коньках .

4. Рассмотреть случаи практического применения давления в жизни человека и живой природы.

Этапы работы над проектом:

1. Выбор темы.

2. Изучение литературы.

3. Выполнение исследовательской части работы, подготовка материала.

4. Оформление работы.

5. Подготовка и выступление на защите проектов.

Методы исследования:

Изучение теории, сравнение, проведение опытов, обобщение и анализ полученных результатов.

Практическая значимость: использование теоретических знаний на практике.

Моя работа предусматривала несколько этапов:

Первый этап - подготовительный – заключался в обсуждении темы, определении цели и задачи проекта;

Второй этап - основной – заключался в проведении опытов и обработке результатов.

Апробация исследования.

Материалы исследования могут быть использованы на уроках физики, во внеклассной работе и в повседневной жизни.

2.1. Понятие давления и силы давления

Когда какое-либо тело стоит на опоре, оно своим весом действует на нее. Но имеет ли значение, как именно расположить это тело на опоре? Положить его большей или меньшей гранью? В быту, если мы попробуем нарезать хлеб двумя разными ножами, то при одной и той же силе, которую мы будем прикладывать к каждому ножу, может получиться разный результат? Но почему один нож больше ломает хлеб, а другой режет идеально? Конечно же, все дело в качестве заточки режущей части лезвия этих ножей. Чем тоньше режущая кромка, тем нож лучше режет. Что это значит? А то, что в обоих случаях мы оказываем одну и ту же силу, но результат действия этой силы – разный. Все дело в площади, по которой была распределена эта сила.

Каждый из вас может привести огромное количество примеров из собственного жизненного опыта, когда изменение площади, по которой распределена одна и та же сила, приводит к тому, что результат действия этой силы оказывается различным.

Исходя из рассмотренных примеров, можно сделать вывод, что результат действия силы на некоторую поверхность зависит не только от самих этих величин, но и от их отношения. Это отношение называется давлением.

Давление – это величина, равная отношению силы, которая действует перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности:

p = _{ }

где p – давление, F – сила, S – площадь.

Давление показывает, какая сила действует на единицу площади поверхности тела. Единица измерения давления – паскаль (Па). Давление в один Паскаль оказывает сила в один ньютон на площадь в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/1м².

Силу, которая создаёт давление на какую-либо поверхность, называют силой давления.

F = p*S.

Роль силы давления способна играть любая сила. Это может быть вес, который деформирует опору, или сила, прижимающая какое-либо тело к определенной поверхности, и так далее.

2.2. Способы увеличения и уменьшения давления

Возникает вопрос о том, как можно контролировать (то есть, увеличивать, или уменьшать) давление? На этот вопрос нетрудно ответить, если посмотреть на формулу, по которой вычисляется давление.

p = _{ }

Для увеличения давления необходимо либо увеличить силу, либо уменьшить площадь. И, наоборот, для уменьшения давления нужно либо уменьшить силу, либо увеличить площадь.

Чтобы уменьшить давление, достаточно увеличить площадь, на которую действует сила. Например, увеличивая площадь нижней части фундамента, тем самым уменьшают давление дома на грунт. У тракторов большая опорная площадь гусениц, поэтому, несмотря на значительный вес, их давление на грунт не так велико: эти машины могут проходить даже по топким болотистым почвам.

В случаях, когда необходимо увеличить давление, уменьшают площадь поверхности (при этом сила давления остаётся той же). Так, для увеличения давления затачивают колющие и режущие инструменты – ножницы, ножи, иглы, кусачки.

2.3. Учет давления в практической деятельности человека. Давление в живой природе

Люди используют уменьшение или увеличение давления очень часто. Шины грузовых автомобилей значительно шире, чем шины легковых автомобилей. Это делается не только для большей устойчивости, но и для уменьшения давления. В особенности это важно для автомобилей, предназначенных для езды в пустыне или по бездорожью.

Даже такие тяжелые машины, как танк или трактор не оказывают на почву значительно большее давление, чем взрослый человек. Дело в том, что площадь гусеницы танка во много раз превышает площадь ступни человека. Таким образом, танк нередко может пройти по той болотистой местности, по которой не пройдет человек.

Передвигаясь в подобного рода местностях, люди нередко используют так называемые мокроступы.

За счет увеличения площади, эта обувь из пластика или резины позволяет передвигаться по заболоченным местностям, не проваливаясь в грязь и трясину. Раньше мокроступы изготавливались из древесины наподобие лаптей.

Также нередко возникает необходимость в увеличении давления. Это, как правило, нужно для колющих и режущих инструментов, таких, как ножи, ножницы, бритвы и так далее. Острые лезвия имеют очень маленькую площадь поверхности, поэтому, даже небольшим усилием можно создать большое давление. Например, играя в дартс, игроки бросают дротики с небольшой силой, но при попадании в мишень они создают давление, которое может в несколько десятков раз превышать давление гусеничного трактора на почву.

Подобные примеры нередко встречаются и в природе – это зубы, когти или клювы животных.

За счет того, что они имеют малую площадь поверхности и способны развивать значительное усилие, создается огромное давление. Например, оса действует своим жалом на кожу человека с силой всего в 10 мкН. Однако площадь жала осы настолько мала, что и это усилие создает давление в миллиарды паскалей.

Давление также учитывается в строительстве. Например, при возведении зданий, увеличивают площадь нижней части фундамента, чтобы грунт мог выдержать давление, создаваемое зданием. При строительстве мостов, нагрузку также стараются распределить, делая больше опор.

2.4. Практическая часть (мой эксперимент)

Цель эксперимента: убедиться что давление на снег на лыжах меньше, чем без них.

Процесс исследования

Для того, чтобы рассчитать давление человека, которое он оказывает, стоя на лыжах воспользуемся формулой:

p = _{ } Моя масса равна 47 килограммов. Зная, что сила тяжести рассчитывается по формуле:

Fт = m*g, я получаю, что сила тяжести равна 470 Ньютонов.

Размеры лыжи a=1,6м, b=0,04 м, то S₁=1,6*0,04=0,064(м²) (Это площадь одной лыжи, а у нас их две). В результате конечная расчетная формула будет иметь следующий вид:

P=m*g

2*S

P₁ = 470 = …..Па

2*0,064

Теперь рассчитаем давление, которое я оказываю, стоя на полу. Вычислим площадь одной ноги (это площадь одной ноги, у нас их две). В результате конечная расчетная формула будет иметь следующий вид:

P2= 470 = 15385Па

2*

В результате полученных вычислений выяснили – давление на лыжах равно …., а давление без лыж на опору …. Па.

Р1<Р2 в 3,3 раза

В результате полученных вычислений площадь лыж равна 0,128м², а площадь подошвы равна 0,039 м².

S1>S2 в 3,3 раза.

Вывод:

Во сколько раз увеличиваем площадь опоры, во столько же раз уменьшается давление, которое мы создаем на опору.

Исследование №2

Цель эксперимента: убедиться что давление на снег на лыжах меньше, чем на коньках.

Заключение

Литература:

1.Большая электронная энциклопедия Кирилла и Мефодия.

2.Детская энциклопедия по математике «Я познаю мир»