Преобразование энергии при скатывании тел по наклонной плоскости

Цели проекта

1. Исследование преобразования потенциальной энергии в кинетическую энергию поступательного и вращательного движения при скатывании тел по наклонной плоскости.

2. Изучение применения данного явления на практике.

Задачи проекта

1. Изучение теоретического материала по данной проблеме.

2. Определение кинематических параметров поступательного и вращательного движения различных тел при скатывании по наклонной плоскости.

3. Наблюдение скатывания различных цилиндрических тел по наклонной плоскости.

Оборудование

1. Доска для наклонной плоскости длиной не менее 1 м.

2. Две одинаковые цилиндрические пластиковые бутылки объёмом 0,5 л.

3. Сухой песок.

4. Однородный твёрдый шар.

5. Однородный твёрдый цилиндр (его можно заменить пластиковой бутылкой, плотно заполненной песком).

6. Однородный тонкостенный цилиндр (его можно заменить пустой пластиковой бутылкой).

7. Поролоновая губка в форме параллелепипеда.

8. Набор металлических скрепок или английских булавок.

9. Секундомер (можно использовать встроенный в электронные часы или мобильный телефон).

ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОЕКТА

Базовый уровень

1. Подберите такой угол наклона плоскости, чтобы подготовленные вами тела цилиндрической формы скатывались без начальной скорости в течение нескольких секунд.

2. Измерьте время скатывания различных тел.

3. Постройте столбчатую диаграмму для наглядного сравнения времени скатывания различных тел с одной и той же наклонной плоскости.

4. Присоединяя к губке металлические скрепки или английские булавки, добейтесь того, чтобы пропитанная водой губка находилась во взвешенном состоянии в бутылке, доверху наполненной водой.

5. Скатите бутылку с водой, в которой взвешена губка, по наклонной плоскости и рассмотрите, как изменяется положение губки в пространстве. Попробуйте сделать видеосъёмку этого явления и рассмотрите последовательные кадры.

6. На основании произведённых наблюдений сделайте вывод: преобразуется ли начальная потенциальная энергия воды в кинетическую энергию вращательного движения.

Углублённый уровень

7. Используя наблюдения, сделанные при выполнении предыдущего пункта, объясните, почему бутылка, наполненная песком, скатывается медленнее, чем пустая бутылка. 8. Оцените, в каком соотношении распределяется начальная потенциальная энергия различных тел между кинетической энергией поступательного и вращательного движения.

9. Сравните время скатывания шара и цилиндров (сплошного и тонкостенного). Исходя из результатов опыта, сделайте вывод: у какого из этих тел отношение кинетической энергии вращательного движения к кинетической энергии поступательного движения больше?

10. Наполните бутылку до половины песком и плотно закройте крышку, держа бутылку вертикально. Осторожно, стараясь, чтобы песок «не растёкся» внутри бутылки, положите её на наклонную плоскость. Пронаблюдайте за движением бутылки. Подберите такой угол наклона плоскости, при котором бутылка остановится посредине доски. Опишите, какие превращения энергии при этом произошли.

11. Исследуйте, как изменяется скатывание бутылки по мере её заполнения песком. Объясните, почему почти пустая и почти полная бутылка катятся по плоскости, а полупустая — не катится.

Загрузите архив «Песок в бутылке» с сайта Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов http://school- collection.edu.ru/catalog/rubr/6ff3234e-18e5-lldc-8314- 0800200c9a66/110820/?interface=pupil&class=53&subject=30 и откройте файл 51.avi.

Подготовьте презентацию о выполнении проекта.