ПРОЕКТ "ИЗУЧЕНИЕ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА В ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ ДАТЧИКОВ VERNIER". Авторы: Авдеев Михаил, Каламбет Анатолий

Авторы: Авдеев Михаил, 15 лет, 9 класс; Каламбет Анатолий, 14 лет, 9 класс

Руководитель: к.п.н., доцент МПГУ Лозовенко Сергей Владимирович

Номинация: Лучший проект с использованием цифровой лаборатории AFSTM

Предметная область: физика

Проект выполнен в летней школе "Лифт в будущее".


Цель проекта: изучить баллистическое движение тела (шара) при его запуске под некоторым углом к горизонту.

Мы ставили перед собой три задачи:

  1. Изучить зависимость дальности полета от угла вылета над горизонтом.
  2. Доказать одновременность падения тел.
  3. Написать программу для вычисления  дальности полета и вычисления угла бросания.

Баллистика — это наука о движении тел, брошенных в пространстве. Существует три раздела баллистики:

  1. Внутренняя баллистика. Этот раздел баллистики изучает поведение тела внутри пусковой установки до вылета наружу.
  2. Внешняя баллистика. Она изучает поведение тела вне пусковой установки до приземления.
  3. Терминальная баллистика. Это чисто военный раздел баллистики, изучающий поведение снаряда после попадания в цель для предсказания ущерба и разрушений.

Баллистика используется как в мирных, так и в военных целях. На сегодняшнее время 90% оружия использует баллистику: от самонаводящихся ракет до простых снарядов в танке. Также она используется при запуске космических ракет. Баллистика используется даже в самых повседневных вещах, таких как спортивные игры.

Эксперименты проводились на специализированном оборудовании, предоставленном компанией «Развитие образовательных систем». Стальной шарик запускался из специальной пушки Vernier Projectile Launcher. Пушка (рис. 1) представляет собой пневматическое устройство, позволяющее осуществлять запуск стальных шариков под углами от 0 до 70º к горизонту на расстояние до 2,5 м. Прибор оснащён лимбом (транспортирной шкалой) и встроенным оптоэлектрическим датчиком для точного определения угла и скорости запуска шарика. Для доказательства одновременности падения тел применялась специальная насадка (рис. 2) и времяпролётные чувствительные пластины (рис. 3) с интерфейсом Vernier (рис. 4).

 

Сначала с помощью математических преобразований нескольких уравнений и подстановок мы получили формулу для расчёта дальности полёта (S) при известной скорости (V), измеряемой в эксперименте, и заданной высоте пушки над горизонтом (h).

При расчётах мы не учитывали силу сопротивления среды и считали траекторию движения тела параболой, что не совсем верно.

Результаты проверочных экспериментов представлены в табл.1. Мы видим, что имеются расхождения между расчётными и измеренными значениями дальности полёта. Причинами этих отклонений могут являться приборные погрешности, а также сила трения воздуха.

С помощью специальной насадки осуществлялся одновременный запуск двух шариков с некоторой высоты h на две синхронизованные времяпролетные пластины. Один шарик вылетал под нулевым углом к горизонту с некоторой заданной скоростью. Второй свободно падал в вертикальном направлении. Во всех экспериментах, независимо от высоты и начальной скорости первого шарика, время падения шариков на землю было одинаковым в пределах приборной погрешности.

С помощью специальной насадки осуществлялся одновременный запуск двух шариков с некоторой высоты h на две синхронизованные времяпролётные пластины. Один шарик вылетал под нулевым углом к горизонту с некоторой заданной скоростью. Второй свободно падал в вертикальном направлении. Во всех экспериментах, независимо от высоты и начальной скорости первого шарика, время падения шариков на землю было одинаковым в пределах приборной погрешности.

В работе была выведена формула для расчёта угла (α) при заданной дальности (S).

Как результат, была написана программа на Python 3.3, которая выводит нам нужный параметр, т.е. её можно назвать модернизированным калькулятором.


Выводы:

  1. Из-за погрешностей прибора и установки происходят смещения в траектории движения тела.
  2. Траектория движения тела в связи с сопротивлением среды не является параболой.

Скачать подробное описание проекта

Скачать презентацию проекта

YouTube Вконтакт