Исследовательская работа по физике Маятники. Определение своего роста с помощью математического маятника

IIIшкольная научно-практическая конференция

«Шаг в науку»

Математический маятник и его виды. Измерение своего роста с помощью математического маятника

Автор работы: Романчук Екатерина, ученица 9 а класса МАОУ ООШ № 10

Руководитель проекта: учитель физики и математики Елизарова Валентина Борисовна

Балаково

2017 г.

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………………………………. 3
2. История математического маятника…………………………………………………………… 3
3. Исследования №1, №2 ……………………....…………………………………………………...4
4. Интересные факты………………………………………………………………………………. 5
5. Литература……………………………………………………………………………………….. 5

        Введение

В этом году, изучая тему «Механические колебания», мы рассматривали колебательные движения на примере двух маятников – нитяного и пружинного. Узнали, какими основными физическими величинами характеризуется колебательное движение: периодом, частотой и амплитудой. Формулы периодов были даны без выводов, без объяснений, почему такая зависимость от длины и ускорения свободного падения, например, для нитяного маятника. В связи с этим возникла проблема исследования: экспериментально провести опыты, позволяющие убедиться в справедливости формулы периода нитяного или математического маятника. Отсюда вытекает тема исследования: «Математический маятник и его виды. Измерение своего роста с помощью математического маятника».

Цель исследования. Изучить теоретические основы колебательного движения, провести серию опытов и измерений, выявляющих, от чего и как зависит, период нитяного маятника.

Объект исследования:
Математический маятник

Задачи исследования:

• Изучить учебную литературу о колебаниях.
• Проследить историю маятников.
• Изучить методику проведения экспериментов.
• Провести эксперименты и сделать выводы.

Этапы исследования:

1. Изучение и анализ литературы по этой теме.
2. Проведение экспериментов.
3. Систематизация работы
4. Подбор наглядного материала. Написание работы.

Галилео Галилей(1564-1642)

             Великий итальянский ученый – один из создателей точного естествознания.

Родился в городе Пизе. Учился сначала в монастырской школе, а затем в университете. Уже в студенческие годы Галилей увлекся изучением колебаний. Он обнаружил, что колебания маятника не зависят от его массы, а определяются длиной подвеса.

Сохранилось предание о том, как молодой студент медицинского факультета Галилео Галилей в одно из воскресений 1583 года с интересом следил за качаниями зажженных лампад в церкви. По ударам пульса он определил время, необходимое для полного размаха лампад. С этого времени медицину пришлось ему оставить и сосредоточиться на физике.

Гюйгенс Христиан(1629 – 1695)

              Формула периода колебаний математического маятника впервые была получена на опыте голландским ученым Х. Гюйгенсом, современником И. Ньютона.

В 1656 году в возрасте 27 лет Гюйгенсом были сконструированы первые маятниковые часы со спусковым механизмом. Создание часов, измеряющих время с невиданной точностью, имело далеко идущие последствия для развития физического эксперимента и практической деятельности человека. До этого, время измеряли по истечению воды, горению факела или свечи.

                Колебательную систему образуют: нить с прикрепленным телом и Земля

Маятник Фуко находится в Исаакиевском соборе и он служит для демонстрации вращения Земли вокруг своей оси. Вначале опыт был выполнен в узком кругу, но так заинтересовал  НаполеонаIII, французского императора, что он предложил Фуко повторить его публично в грандиозном масштабе под куполом Пантеона в Париже. Эту публичную демонстрацию, устроенную в 1851 году, и принято называть опытом Фуко.

• Исследование №1

В работе мы также решили проверить, как влияет среда на колебания. Измерили время, за которое колебания затухают в воздухе, а затем опустили маятник в воду и снова измерили период его колебаний и время затухания.

Так как маятник качается в малосопротивляющейся среде, то, казалось бы, нет причины, которая могла бы заметно изменить скорость его качания. Между тем опыт показывает, что маятник в таких условиях качается медленнее (практически не качается), чем это может быть объяснено сопротивлением среды.

Это загадочное на первый взгляд явление объясняется выталкивающим действием воды на погруженные в нее тела. Оно как бы уменьшает вес маятника, не изменяя его массы. Значит, маятник в воде находится совершенно в таких же условиях, как бы он был перенесен на другую планету, где ускорение силы тяжести слабее. Отсюда следует, что с уменьшением ускорения силы тяжести время колебания должноуменьшится: маятник будет колебаться медленнее.

Исследование №2

Нахождение роста с помощью математического маятника по формуле:

Сначала я отложила свой рост.

Я подошла к двери, приложила карандаш к ней и сделала отметку.

Затем я отрезала ленту такой же длины, что и мой рост, прикрепила к ней грузик и повесила с помощью скотча в дверной проём.

Я отсчитала время за 10 и 15 колебаний.

По формуле я начала производить расчёты, но с первого раза у меня не вышло так, как я взяла слишком большую амплитуду, а нужно взять примерно 2-3 см от положения равновесия шарика

Но со второго раза у меня получилось 1,6 м.

Расчеты верны так, как мой рост 160 см.

Общий вывод:

Период колебания математического маятника прямо пропорционален длине маятника и обратно пропорционален ускорению свободного падения.

Практическое использование колебаний маятника

              Маятники используют для регулировки хода часов, поскольку любой маятник имеет вполне определённый период колебаний.

Ускорение свободного падения меняется с географической широтой, так как плотность земной коры различна. В районах, где залегают плотные породы, ускорение несколько больше. Прибор с маятником применили для разведки полезных ископаемых. Подсчитав число качаний, можно обнаружить в земных недрах руды или уголь. С помощью математического маятника я измерила  свой рост (так как период колебаний зависит от длины маятника).

Это интересно…

               О маятнике, его роли и влиянии на жизнь и судьбу человека, писали многие философы и великие ученые: Аристотель, Плутарх, Платон, Сократ, Архимед.

С помощью маятника однажды удалось отыскать пропавшего ребенка. Это произошло в 1934 году. Малыша на глазах у многих свидетелей унес орел.

После того как полицией были предприняты безуспешные попытки отыскать его, было решено прибегнуть к помощи маятника, который стали раскачивать над картой, и в том месте, где амплитуда его колебаний достигла максимальной силы, было решено искать ребенка. К удивлению многих, именно там и оказался пропавший мальчик. Эти сенсационные факты были опубликованы в швейцарской газете «Трибюн де Женев».

Список литературы

Блудов М.И., Беседы по физике. М.: Просвещение, 2001 г.

Кабардин О.Ф., Факультативный курс физики 8 класс. М.: Просвещение, 2009.

Перельман Я. И., Знаете ли вы физику? Домодедово «ВАП», 2000г.

Пинский А.А., Физика и астрономия. М.: Просвещение, 2010 г.

Рабиза Ф., Простые опыты. М.: Детская литература 2009 г..

Перышкин А.В., Физика 9 класс. М.:Дрофа 2011