- Содержимое по тегу: дача

kalser.ru Опыты по физике Содержимое по тегу: дача

lopata0Проведем любопытный расчет схемы самодельной лебёдки, предлагаемой авторами книги "1600 полезных советов хозяевам дома", составитель Ф. П. Ефимов, 1990 г.

Авторы предлагают, обеспечив трубой вращение вокруг черенка лопаты, рычагом достать застрявший автомобиль.

Схема опыта поясняется подробной иллюстрацией:

lopata1

Оценим силу, которую можно развить таким способом.

Постановка задачи: Тело массы m, к которому привязан нерастяжимый трос. Длина рычага (плечо силы) h = 0.5 м. Один человек прилагает к рычагу силу, допустим, F = 50 Н. Найдем силу натяжения троса T, которую удается развить в эксперименте.

lopata

Для простоты, решим задачу через закон сохранения энергии. Читателю предоставляем проверить наш расчет другими способами.

Работа по вытаскиванию автомобиля есть A_1 = T \cdot S, где S - перемещение автомобиля. Очевидно, перемещение будет равно длине троса, смотанного на трубу.

Пусть мы сделали 1 виток, радиус трубы примем r = 0.05 м:

S = 2 \pi \cdot r

Работа момента силы по наматыванию одного витка A_2 = M \cdot 2 \pi = F \cdot h \cdot 2 \pi

Приравниваем выражения для работ:

T \cdot 2 \pi \cdot r = F \cdot h \cdot 2 \pi

Откуда сила натяжения:

T = \frac{h}{r} \cdot F

Произведем числовой расчет:

T = 10F = 500 Н

Как видим, полтонны-силы вполне достаточно, чтобы вытащить застрявший автомобиль.

На садовом участке стоит бак для полива кубической формы (400 л.) на подставках на высоте 1,8 м. над землей. Бак до краев заполнен водой.

У бака есть два крана: Кран 1 врезан в самый низ передней стенки бака. К нему подсоединен обычный резиновый шланг Кран 2 врезан в днище бака по центру. От него строго вертикально вниз до самой земли идет металлическая труба диаметром 3 см. И уже у земли на эту трубу одевается такой же резиновый шланг Собственно, вопрос - Будет ли давление воды во втором шланге сильнее, чем в первом?

Сосед по даче утверждает, что будет, причем намного. Из-за вертикальной трубы от бака до земли. А мне кажется, что давление будет одинаковое. Кто прав?

Смотреть решение задачи на форуме.

garden_phys_01Повторим любопытный расчет схемы дачного душа, предлагаемый авторами книги "1600 полезных советов хозяевам дома", составитель Ф. П. Ефимов, 1990 г.

Действие душа основано на давлении массы человеческого тела на поршень. Сила давления по закону Паскаля распространяется по столбу жидкости в том числе и вверх. При условии достаточного давления (достаточной массы) из душевой колонки сверху польется вода.

Общий вид схемы эксперимента показан на иллюстрации, расположенной на страницах этой книги:

garden_phys_02

Проверим расчет авторов статьи, касаемо диаметра поршня 21 см и массы человека в 70 кг. Схематично изображаем ситуацию задачи на рисунке:

garden_phys_03

Давление, образуемое телом массы m есть \vec{P} = \frac{\vec{F}}{S}.

Если поршень имеет форму цилиндра с основанием радиуса R, тогда, с учетом площади круга: \vec{P} = \frac{m \vec{g}}{\pi R^2}.

Чтобы вода полилась из душа наверху, давление, оказываемое на поршень, должно быть больше или равно давлению высоты столба жидкости H, то есть:

P_H = \rho g H => P \geq P_H

Или, беря модули векторов:

\frac{m g}{\pi R^2} \geq \rho g H

Получаем рабочее выражение для оценки массы:

 m \geq  \rho H \pi R^2

Числовые данные R = 0.105, за высоту столба жидкости примем рост человека H = 1.8

Числовой расчет:

 m \geq  1000 \cdot 1.8 \cdot 3.14 \cdot 0.105^2 \approx 62.3 кг

Очевидно, что для купания человека массы m_0 = 70 кг нужно ввести поправочный коэффициент k = \frac{m_0}{m} = 1.12 .

Очевидно также, что для расчетов авторы брали высоту, с которой польется вода H_0 = k \cdot H = 2 метра.

Вычислим высоту душа для ребенка массы 30 кг. Поправочный коэффициент в этом случае:


k = \frac{30}{62.3} = 0.48

поэтому детская высота душа:


h = kH = 0.48 \cdot 1.8 = 0.86 или 86 см.

zero_swimming_headВ жаркий летний день, на солнцепеке можно поставить любопытный физический опыт. Подобная демонстрация может быть полезной к объяснению действия силы Архимеда, нулевой плавучести тел и подъемной силы, и даже может являться прототипом собственной модели монгольфьера.

Для осуществления задуманного нам понадобится несколько пластиковых пакетов для мусора черного цвета (в нашем случае три штуки по 30 л), нить для крепления и, как всегда, немного терпения и сноровки.

Наполняем пакеты воздухом поочередно, стараясь наполнить как можно плотнее, и завязываем отверстия нитью. Скрепляем пакеты вместе. У нас получилась довольно таки легкая и подвижная конструкция. Выносим наш будущий монгольфьер на солнцепек.

Через короткое время воздух в черном пакете прогреется и...

zero_swimming

Небольшой видеофрагмент наших летных испытаний:

Плотность нагретого воздуха в пакете меньше, чем снаружи, поэтому сила Архимеда будет пытаться оторвать наш монгольфьер от земли. Однако вес оболочки будет компенсировать подъемную силу, создавая так называемую "нулевую плавучесть". Где-то будет равенство, а иногда сила Архимеда будет брать верх и попутный ветер начнет уносить наш монгольфьер вдаль, будьте внимательны во время летных испытаний.

Ну а теперь попытаемся оценить подъемную силу (силу Архимеда) в нашем опыте. Итак, 3 пластиковых пакета по 30 литров, при этом учтем потерю 5 л на завязывание, то есть объем V = 30 x 3 - 5 = 85 л. То есть V = 850 дм3 = 0.85 м3.

Примерная температура воздуха на солнцепеке в черном пакете (на скромный взгляд редактора физического блога) T = 40oC, то есть плотность воздуха ρ40 = 1.127 кг/м3, снаружи ρ25 = 1.109 кг/м3, а разность плотностей Δρ = 0.018 кг/м3.

Между тем, подъемная сила (сила Архимеда) есть:

ΔFA = ΔρgV

Делаем расчет по рабочей формуле нашей задачки:

ΔFA = ΔρgV = 0.018·10·0.85 = 0.153 Н

То есть подъемная сила, в нашем предположении, составляет почти 0.15 ньютона, и если мы наблюдаем нулевую плавучесть, соответственно, масса всей оболочки в нашем опыте:

P = mg => m = P/g = 15.3 г

Выходит, что один пластиковый пакет для мусора вместимостью 30 л имеет массу примерно 5 граммов.

физический блог, спектр, калсер

Мы будем наблюдать явление дисперсии видимой части электромагниного излучения (солнечного света), которое на практике обычно демонстрируют при помощи стеклянной призмы (Опыт Ньютона). Именно таким способом, в 1672 году, Исаак Ньютон осуществил опыт по разложению солнечного света в спектр, который описал в своем научном труде "Оптика".

Это опыт очень прост в исполнении, можно даже сказать - элементарен. Однако мы сделаем все немного иначе, чем у Ньютона. Наш способ будет походить на эксперимент Роджера Бэкона. Этот средневековый ученый наблюдал солнечный спектр в стакане с водой. Как же это можно осуществить в домашних условиях? Ответ представляется весьма интересным, однако для начала кратко ознакомимся с теорией явления. Послушаем перед тем, как сделать наш опыт учителя физики.

 

Часть первая: теоретическая


Prism_rainbow_schema Появление спектра после прохождения белого света через призму является самой простой демонстрацией явления дисперсии.

Дисперсия света возникает: из-за различной скорости распространения компонент солнечного спектра c разными длинами волн в оптически прозрачной среде.

Красный цвет: наибольшая скорость в среде и наименьшая степень преломления.

Фиолетовый цвет: наименьшая скорость в среде и наибольшая степень преломления.

Исаак Ньютон ввел в обиход само понятие спектр ( от латинского spectrum —  появление).

Он же условно разделил видимый свет на семь составляющих (цвета):

красный

оранжевый

жёлтый

зеленый

голубой

индиго (синий)

фиолетовый

 

 

Часть вторая: практическая

Можно сказать, что это будет опыт с водой. Для этой демонстрации нам понадобится всего несколько предметов.

Зеркало произвольной формы:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

 

Емкость с водой. Опять же, произвольной формы и необязательно прозрачная как у нас:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

 

Экран для спектра (здесь использован лист бумаги формата А4), ровная горизонтальная поверхность для емкости с водой, ну и конечно же, нам понадобится  прекрасный летний солнечный день:)

Устанавливаем наше зеркало в емкость с водой под углом, навстречу падающим солнечным лучам:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике


Таким образом мы получаем подобие стеклянной призмы. Лучи солнца дважды проходят  через оптически прозрачную среду, преломляясь в воде и отражаясь от поверхности зеркала:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

Подбирая вручную угол наклона зеркала, на экране мы получаем изображение солнечного спектра:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

Правда вода все время колеблется и полоска спектра крайне неустойчива.

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

Впрочем, красоты своей спектр от этого нисколько не теряет:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

Картины спектра причудливы и красочны...

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

... похожи на пламя огня...

spectr9

или на северное сияние:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

spectr12

А на что похоже это, по вашему?:)

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

(новое окно)

Как ввести формулу
Работает только для формы "Добавить комментарий" к материалу:
будет [img]http://latex.codecogs.com/gif.latex?t^2[/img]

YouTube-канал НИЯУ МИФИ >> YouTube-канал kalser.ru >>

Marvin and Milo Marvin and Milo
physics.org/marvinandmilo >>