Клен

Слайд 1

Слайд 2

Исследование движения падения семян деревьев типа клена Winged seed Investigate the motion of falling winger seeds such as those of the maple tree

Слайд 3

Цель работы: экспериментально и теоретически изучить падение семян клена в воздухе.

Слайд 4

Задачи: Экспериментально изучить падение семян клена . Объяснить закономерности падения семян клена и их вращение . Создать компьютерную модель падения тела в вязкой среде. Получить зависимость координаты от времени y(t) на компьютере.

Слайд 5

Объект исследования: Семена клена; Бумажная модель с одной лопастью; Бумажная модель с двумя лопастями; Бумажная модель с двенадцатью лопастями.

Слайд 6

Приборы и материалы: линейка, измерительная лента, фотоаппарат.

Слайд 8

Почему при падении семена клена начинают вращаться?

Слайд 9

Число Рейнольдса - безразмерная величина, являющаяся одной из основных характеристик движения тела в вязкой среде и равная отношению сил инерции к силам вязкости. Число Рейнольдса

Слайд 10

Скорость семени клена при падении с высоты 1м - Кинематическая вязкость воздуха - Диаметр массивной части семени клена-

Слайд 11

Значение числа Рейнольдса получилось большое, значит движение воздуха турбулентное , при падении семян клена образуются вихри. Эти вихри выводят его из первоначального положения. Образование вихрей

Слайд 12

Вращение семян клена Семена клена состоят из массивной части, ребра и крыла. Рассмотрим падение одного семени клена. Перейдем в систему отчета, которая опускается вместе с ним вниз. Относительно нее центр масс неподвижен, а на лопасть набегает поток воздуха. Ребро наклоняется вниз и поток воздуха, давя на лопасть, вызывает вращение.

Слайд 13

Сила сопротивления - Сила давления воздуха - Сила , вызывающая вращение лопасти - Разложим силу давления воздуха на две составляющие: силу, которая препятствует движению (сила сопротивления) и силу, которая вызывает вращение лопасти.

Слайд 14

Семя клена отклоняясь от положения равновесия прогибается (принимает обтекаемую форму). В том месте, где семя клена более прогнуто, скорость потоков воздуха больше, значит давление меньше. Возникает сила, направленная вниз, аналогичная подъемной. Объяснение равномерного падения

Слайд 15

Когда крыло разворачивается , сила сопротивления мала, так как плоскость крыла еще не установилась, а за счет “ подъемной ” силы семя клена переходит в почти горизонтальное положение и начинает вращаться. Силы и моменты сил уравновешивают друг друга, поэтому семя клена движется равномерно (вращается и падает).

Слайд 17

Экспериментальная зависимость координаты от времени Из графика видно, что почти сразу, как только начинается вращение, падение становится равномерным

Слайд 18

Нахождение предельной скорости семян клена: Сила сопротивления прямо пропорциональна скорости: По II закону Ньютона: По мере увеличения скорости сила сопротивления растет и ускорение стремится к нулю. Скорость при это стремится к некоторому предельному значению:

Слайд 19

Компьютерная модель зависимость a(t) и v(t) По II закону Ньютона :

Слайд 21

С помощью полученной формулы я вычислила скорость через равные промежутки времени, и составила следующую таблицу:

Слайд 22

В результате получили графики зависимости скорости семени и ускорения от времени:

Слайд 23

Эволюция семян клена Почему получилось так, что семена клена и некоторых деревьев падают медленно, а некоторых при этом вращаются. Мы это объясним тем, что при медленном падении ветер уносит семена клена на большие расстояния, где они имеют больше шансов превратиться в дерево. Это результат эволюции: вследствие мутации появляются деревья с различными формами семян, однако выживают те семена, которые улетают достаточно далеко от дерева.

Слайд 24

Вывод: Возможны два различных начальных режима падения семян клена. Падение из устойчивого положения равновесия, и из любого другого положения; Каждый из этих режимов заканчивается стационарным режимом падения с постоянной скоростью вращения ; Биологическая целесообразность такого движения состоит в том, что семена клена при падении достаточно долго находятся в воздухе, и могут быть снесены воздухом на довольно большие расстояния. Ареал произрастания клена увеличивается.