МКУ «Управление образования Исполнительного комитета Елабужского муниципального района»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное  учреждение

«Гимназия №1-ЦНО» Елабужского  муниципального  района РТ

Муниципальная ученическая научно-практическая конференция

«Поиск и творчество»

СЕКЦИЯ ФИЗИКА

БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ  ПУШКА
(Исследование  баллистического  движения)

Исследовательская работа

                Выполнили:

                ученики  10  класса

                Халиков  Айрат

                Мирзаянов  Тимербулат

                Шайхезадин  Дамир

Научный руководитель –

учитель физики

МБОУ «Гимназия №1-ЦНО» ЕМР РТ

                                                                 Исхаков  Халил  Мулланурович

Елабуга, 2019

Содержание

Введение...........................................................................................................3-5

1 Теоретическая часть....................................................................................5-7

1.1.История возникновения баллистики.............................................................5

1.2.Основные разделы баллистики.....................................................................6

1.3.Баллистическое движение в поле тяготения Земли. Траектория

баллистического движения..................................................................................7

2.Практическая часть. Материалы и методика исследования………….8-11

3.Заключение и выводы………………………………………………………….12

- практическая значимость

- требование по технике безопасности

4.Литература………………………………………………………………………13

Введение

Актуальность работы: Довольно часто приходится иметь дело с движением тел, получивших начальную скорость не параллельно силе тяжести, а под некоторым углом к ней или к горизонту. О таком теле говорят, что оно брошено под углом к горизонту,  т.е.  движется  по баллистической траектории. На уроках физкультуры мы сталкиваемся с баллистическим движением: при метании спортивных снарядов, при игре в баскетбол, футбол, волейбол, бадминтон, прыжках в длину и высоту и т.д.

На  уроках  физики  баллистическое  движение  изучается  в  разделе  «Механика» Изучая баллистику, учащиеся повторяют основные теоретические положения и законы кинематики, а также исследуют и выводят новые закономерности, которые можно и даже необходимо проверять на опыте.

Эксперименты, представленные  ниже, дают возможность глубоко исследовать баллистическое движение и основные физические величины его характеризующие, а также мотивируют учащихся к более детальному  исследованию аспектов этой и других тем.

Работы предусматривают не только измерение основных величин и подтверждение теории на основе эксперимента, но также и привитие экспериментальных умений. К ним  относят не только умения, связанные непосредственно с выполнением эксперимента, но и умения высказывать и обосновывать гипотезы, совместно решать проблемы, выбирать и конструировать способ деятельности, оценивать результаты собственной и коллективной деятельности.

Движение тела, брошенного под углом к горизонту, часто называют

баллистическим движением.

Баллистика (греч. ballo ― бросаю) ― важная и древняя наука, которая

применяется в военном деле, в криминалистике, в спорте и других сферах

деятельности человека.

Пули, снаряды, теннисный и футбольный мячи, ядро легкоатлета, при

полёте движутся по баллистической траектории. На уроках физкультуры мы

сталкиваемся с баллистическим движением: при метании спортивных снарядов, при игре в баскетбол, волейбол, бадминтон, прыжках в длину и высоту и т.д.

Возникает проблема научного предсказания - как достигнуть высокой

меткости попадания, какие параметры баллистического движения необходимо знать, чтобы увеличить точность попадания в цель?

В связи с этим целью моей работы является изучение закономерностей

баллистического движения и их влияние на траекторию движения тела.

Задачи: изучить баллистическое движение; подтвердить теорию на основе эксперимента; выяснить какое значение имеет баллистика в жизни человека, изготовить модели.

Практическая значимость: Изучение баллистического движения имеет большое практическое значение:

- в спорте: для вратаря, выбивающего мяч от ворот, при метании гранаты, прыжки в  высоту и длину, прыжки с трамплина;

- для пожарного направляющего струю воды на крышу дома;

- для военных:при запуске баллистических ракет, мин, снарядов, пуль.

Используя законы кинематики, установленные Галилео Галилеем можно определить дальность и высоту полёта, время движения и угол наклона к горизонту.

В работе будут доказаны следующие гипотезы:

•при любых значениях угла, высоты, скорости движения тела форма

траектории остается неизменной.

•дальность и высота полёта тела при одной и той же начальной

скорости зависит от угла, под которым тело брошено к горизонту.

•дальность и высота полета тела зависят от начальной скорости.

В соответствии с поставленными гипотезами в работе предполагается

решение следующих задач:

•изучение литературы по теме;

•знакомство с историей и видами баллистики.

•экспериментальное исследование закономерностей баллистического

Движения  при  помощи  прибора  изготовленного  прибора  «Баллистическая  пушка».

Т.о. областью нашего исследования является раздел физики, который изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или  изменяющие это движение, т.е. механика, а предметом исследования - траектория движения тела в поле тяготения Земли.

В ходе работы использовались следующие методы исследования:

•сбор информации,

•анализ информации,

•обобщение информации,

•изучение теоретического материала

•проведение  эксперимента.

1 Теоретическая часть

1.1.История возникновения баллистики.

  Истоки баллистики теряются в древности. Самым первым ее проявлением

было, несомненно, метание камней доисторическим человеком. Такие

предшественники современного оружия, как лук, катапульта и баллиста, могут  служить типичным примером самых ранних видов применения баллистики. Возникновение баллистики как науки относится к 16 в. Первыми трудами по  баллистики являются книги итальянца Н. Тартальи «Новая наука» (1537) и  «Вопросы и открытия, относящиеся к артиллерийской стрельбе» (1546). В 17 в. фундаментальные принципы внешней баллистики были установлены  Г. Галилеем, разработавшим параболическую теорию движения снарядов, итальянцем Э. Торричелли и французом М. Мерсенном, который предложил назвать науку о движении снарядов баллистикой (1644). И. Ньютон провёл первые исследования о движении снаряда с учётом сопротивления воздуха - «Математические начала натуральной философии» (1687). В 17-18 вв. исследованием движения снарядов занимались: голландец Х. Гюйгенс, француз П. Вариньон, швейцарец Д. Бернулли, англичанин Робинс, русский учёный Л. Эйлер и др. Экспериментальные и теоретические основы внутренней баллистики заложены в 18 в. в трудах Робинса, Ч. Хеттона, Бернулли и др.

В 19 в. были установлены законы сопротивления воздуха (законы Н. В.  Маиевского, Н. А. Забудского, Гаврский закон, закон А. Ф. Сиаччи).

В начале 20 в. дано точное решение основной задачи внутренней баллистики -работы Н. Ф. Дроздова (1903, 1910), исследовались вопросы горения пороха в неизменном объёме - работы И. П.Граве (1904) и давления пороховых газов в канале ствола - работы Н. А. Забудского (1904, 1914), а также француза П. Шарбонье и итальянца Д. Бианки. Как самостоятельная, определённая область науки, баллистика получила широкое развитие с середины XlX века. Прогресс в конструировании оружия привел к тому, что в наши дни артиллерийские орудия стреляют 90-килограммовыми снарядами на расстояния более 40 км, противотанковые снаряды способны пробивать стальную броню толщиной 50 см, а управляемые ракеты могут доставить исчисляемую в тоннах боевую нагрузку в любую точку земного шара.

1.2.Основные разделы баллистики

 БАЛЛИСТИКА - наука о законах полёта тел(снарядов, мин, бомб, пуль), проходящих часть пути как свободно брошенное тело».

Баллистику подразделяют на: внутреннюю и внешнюю, а так же «терминальную» (конечную) баллистику.

∙Внутренняя баллистика изучает движение снарядов, мин, пуль и др. в канале ствола оружия под действием пороховых газов, а также другие процессы, происходящие при выстреле в канале или камере пороховой ракеты.

∙Промежуточная баллистика изучает прохождение снаряда через дульный срез и его поведение в районе дульного среза. Она важна специалистам по точности стрельбы, при разработке глушителей, пламегасителей и дульных тормозов.

∙Внешняя баллистика

изучает движение снарядов, мин, пуль, неуправляемых ракет и др. после прекращения их силового взаимодействия со стволом оружия (пусковой установкой), а также факторы, влияющие на это движение. Ею пользуются, когда рассчитывают поправки на ветер и деривацию (отклонение от основной траектории движения).

∙ «Терминальная» (конечная) баллистика, имеет отношение к взаимодействию снаряда и тела, в которое он попадает, и движению снаряда  после попадания, то есть рассматривает физику разрушающего действия  оружия на поражаемые цели, в том числе явления взрыва.

1.3. Баллистическое движение в поле тяготения Земли. Траектория

баллистического движения

Траекторией тела, движущегося в поле тяготения Земли, является баллистическая кривая. Если считать поле тяготения однородным, рассматривать движение тела вблизи поверхности Земли и, пренебречь сопротивлением воздуха, то баллистической кривой будет парабола.

Полученные результаты справедливы только тогда, когда можно пренебречь сопротивлением воздуха. Реальное движение тел в земной атмосфере происходит по траектории, существенно отличающейся от параболической из-за сопротивления воздуха.

На тело, брошенное с определенной скоростью под углом к горизонту, в полете действуют две основные силы: сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Действие силы тяжести направлено вниз, оно заставляет тело непрерывно снижаться. Действие силы сопротивления воздуха направлено навстречу движению тела, оно заставляет его непрерывно снижать скорость  полета. Все это приводит к отклонению траектории вниз.

При увеличении скорости движения тела сила сопротивления воздуха возрастает. Чем больше скорость тела, тем больше отличие баллистической  траектории от параболы.

2 Практическая часть.

Для  исследования  баллистического  движения  нами  было  изготовлена  баллистическая  пушка.

Устройство:

-ствол;

-пружина  с  жесткостью  ---Н/м;

-рукоятка; 

-шарик;

-рама;

-угломер.

Рама  и  ствол  изготовлены  из  полипропиленовой  трубы  диаметром  25 мм. Для  соединения  труб  применялись  5  тройников  и  6  углов.  Все  это сваривалось  при  помощи  паяльника  для  полипропиленовых  труб. 

Ствол  пушки  может  менять  угол  наклона.  Данный  прибор  очень  легкий,  удобный  в  использовании  и  имеет  широкое  применение  на  уроках  физики. С помощью  данного  прибора  можно  доказать  закон  сохранения  механической  энергии,  исследовать  движение  по  вертикали,  баллистическое  движение. С помощью  данного  прибора  можно  доказать  закон  сохранения  механической  энергии,  исследовать  движение  по  вертикали,  баллистическое  движение.

Сначала  измерили  коэффициент  жесткости  пружины. На  пружину  подвесили  груз  массой  1 кг  и  измерили  растяжение  пружины.  Из  условия, что  сила  тяжести  равна  силе  упругости  нашли  жесткость  пружины.

mg=kx      k=  k==220H/м.

Затем  вычислили  с  какой  начальной  скоростью вылетает  шарик  исходя  из  закона  сохранения  энергии.  Потенциальная  энергия  упруго деформированной  пружины    превращается  в  кинетическую  энергию  шарика. 

= 

 ==0,05=4(м/с)

==0,06=5(м/с)

==0,07=6(м/с)

С помощью  прибора мы  проводили  несколько  исследований и по  данным  исследований  построили  графики.

Исследование №1.  Демонстрация  движения тела, брошенного под углом к  горизонту изменяя начальную скорость и угол вылета тела.       

                                                                                                      L,м

Исследование №2. Влияние на дальность и  высоту баллистического полёта тела начальной  скорости тела.

        H,м

Исследование №2. Влияние на дальность и  высоту баллистического полёта тела угла  вылета

       H,м

Выводы:

- кривой баллистического  движения является  парабола. При любых значениях угла, высоты, скорости  движения тела форма траектории остается неизменной;

-чем  больше  начальная  скорость  тела, тем  больше  высота и дальность полета тела при одном и том же угле, под которым оно  было брошено к горизонту;

 -чем  больше  угол   при одной и той же начальной скорости,  тем  больше  высота  полета;

-при одной и той же начальной скорости максимальная дальность полета− 

достигается, когда α=45 °.

3.Заключение

В ходе данной работы был рассмотрен теоретический материал по теме

движение тела, брошенного под углом к горизонту, а именно движение тела под  действием силы тяжести в отсутствии сопротивления воздуха.

В ходе проведения экспериментов подтверждены выдвинутые гипотезы:

 при любых значениях угла, высоты, скорости движения тела форма−

-траектории остается неизменной.

-дальность и высота полёта тела при одной и той же начальной скорости−

зависит от угла, под которым тело брошено к горизонту.

- дальность и высота полета тела зависят от начальной скорости.

 Самое  главное  в  этой  работе  то,  что  мы  своими  руками  изготовили  прибор,  необходимое  для  проведения  опытов. Этот  прибор  совершенно    безопасен  с  точки  зрения  экологии  и  пожаробезопасности,  очень  дешевый  по  сравнению  в  заводскими  аналогами.,  а  главное  мы  приобрели  навыки  работы  полипропиленовыми  трубами.  Надеюсь  это  нам  в  жизни  пригодится.

4.Литература

1. Баллистика (наука) http://knowledge.su/b/ballistika-nauka
2. В. Дроздов. Парабола как баллистическая кривая, Журнал «Физика». 2008, №12
3. Генденштейн  Л.Э. , Ю.И. Дик  Физика 10 кл. – М.: Мнемозина, 2014.

4. Лысенко Л.Н. «Внешняя баллистика» Издательство: "Московский Государственный Технический Университет (МГТУ) имени Н.Э. Баумана" (2018)

5. Огарков Н.В. Военный энциклопедический словарь.