Задачи исследования: Найти книги, которые содержат информацию о силе Кориолиса. Вкнигах найти определение, что такое сила Кориолиса, и закон ее действия icon

Задачи исследования: Найти книги, которые содержат информацию о силе Кориолиса. Вкнигах найти определение, что такое сила Кориолиса, и закон ее действия


Смотрите также:
План исследования предполагает определение объема работы и сроков его исполнения...
Задачи: Найти информацию о науке атлантологии. Найти сведения...
Курсовая работа на тему: «Внутренняя сила что это такое и как ее обрести»...
Задачи по теории вероятностей и математической статистике...
Рассказывай о всех поступках кряду...
Моей исследовательской работы «Минералы»...
«Сказка о трёх силах: Силе Тяжести, Силе Трения и Силе Упругости»...
Тема: «Сказка о трёх силах: Силе Тяжести, Силе Трения и Силе Упругости»...
Закон преломления до Снеллиуса и Декарта...
Проблемы загрязнения окружающей среды...
Задачи : Найти материал в литературе по данной теме, провести его анализ...
Г. А. Кренев Некоторые особенности развития биосферы...



Загрузка...
скачать


Введение


Однажды папа рассказал мне, что в Северном полушарии водовороты закручиваются в одну сторону, а в Южном полушарии – в другую. Мне стало интересно, почему это так происходит? Оказалось, что на воду и другие тела действует сила Кориолиса, названная в честь французского ученого Гюстава Кориолиса, который впервые разработал теорию этого явления.

Проблема исследования – можно ли увидеть проявление силы Кориолиса и изучить силу Кориолиса у себя дома?

Цель: узнать как можно больше о силе Кориолиса, обнаружить действие этой силы в быту и провести опыты в домашних условиях.

Задачи исследования:

  1. Найти книги, которые содержат информацию о силе Кориолиса.

  2. В книгах найти определение, что такое сила Кориолиса, и закон ее действия.

  3. Узнать роль силы Кориолиса в нашей жизни.

  4. Придумать способ показать действие силы Кориолиса на практике.

  5. Провести опыты.

  6. Сделать выводы.

Методы решения задач:

  1. Анализ литературы.

  2. Наблюдение.

  3. Эксперименты.

  4. Фото и видеосъемка.

  5. Анализ результатов.

Объекты исследования: движение вытекающей из ванны воды, прямолинейное движение маркера относительно вращающегося диска, течение воды в реках Северного полушария

^ Предмет исследования: сила Кориолиса, действующая на объекты исследования


Сила Кориолиса


Кориолисова сила- это несуществующая в действительности сила, которая проявляется для вращающегося наблюдателя и стремящаяся отклонить тело в сторону от его траектории.

Траекторией называется линия, вдоль которой движется тело.

Поясним на примере. Возьмем вращающийся диск и шар. Для наблюдателя, который находится в покое и смотрит на диск сверху, шар катится по вращающемуся диску прямолинейно. А для наблюдателя, который стоит, например, на диске в указанном месте и вращается вместе с диском против часовой стрелки, для него шар катится с изгибом в правую сторону. (рис.1)



Рис.1. Действие силы Кориолиса на катящийся по вращающемуся диску шар


Почему же так получается? Попробуем разобраться на опыте. Возьмем диск, маркер, линейку. Сначала проведем по линейке прямую линию маркером на диске так, чтобы остался четкий прямой след (см. приложение). Затем начнем вращать против часовой стрелки диск, на котором в это время будем проводить по линейке прямую линию маркером. Теперь получается вместо прямой линии кривая, при этом она отклонилась вправо походу движения (см. приложение). Теперь будем маркер двигать в произвольном направлении. На диске получается вместо прямой линии кривая, которая также отклонена вправо по ходу движения маркера (см. приложение). Повторим опыт, двигая маркер в противоположную сторону. Линия вновь отклоняется вправо.

Меняя направления движения маркера от опыта к опыту и поворачивая линейку, мы видим, что линия всегда отклоняется вправо, пока не меняется направление вращения диска.

Если диск вращать по часовой стрелке, то линия движения маркера, проведенная по прямой, всегда отклоняется влево (см. приложение).

Создается впечатление, что на шарик и маркер действует какая-то невидимая сила, та самая сила Кориолиса, которая заставляет движущееся прямо тело для вращающегося наблюдателя отклоняться вправо или влево в зависимости от направления вращения наблюдателя.

Эта сила на самом деле не существует, ученые называют ее «мнимая» сила, просто тела движутся по инерции. Например, если ты бежал и вдруг споткнулся о камень, твои ноги перестают двигаться, а тело по инерции все еще летит вперед. Поэтому ты падаешь.

Инерция, как мы можем узнать из книги «Физика для малышей» - это явление, когда тело стремится сохранить свою скорость и направление движения.

Наши шарик и маркер двигались по прямой, сохраняя направление движения и скорость, а вращающийся диск «уезжал» из-под прямолинейно движущегося тела. Поэтому для вращающегося наблюдателя создается впечатление действия на траекторию движения тела некоей искривляющей силы.

^ Правило нахождения направления силы Кориолиса (правило Жуковского):

  1. Если наблюдатель вращается по часовой стрелке, то тело, которое движется прямолинейно, для него будет отклоняться влево.

  2. Если наблюдатель вращается против часовой стрелки, то тело, которое движется прямолинейно, для него будет отклоняться вправо.

Ландау и Китайгородский приводят простейшую формулу расчета силы Кориолиса:

Fк = ∙n∙m∙v, где π – это число 3,14 , m – масса движущегося тела, n – совершаемое наблюдателем число оборотов в одну секунду, v - значение скорости движения тела, направленной под прямым углом к оси вращения.

Интересно, что сила Кориолиса не зависит от положения тела. Ее величина определяется скоростью движения тела, и при этом не только величиной скорости, но и ее направлением по отношению к оси вращения. Если тело движется вдоль оси вращения наблюдателя, то сила Кориолиса равна нулю. Максимальное значение сила примет при движении под прямым углом к оси, как при движении по вращающемуся диску, что и означает vв формуле. Как видно из формулы, сила Кориолиса тем больше, чем быстрее вращается наблюдатель и чем быстрее движется тело.

Оказывается, действием силы Кориолиса объясняются многие интересные явления, происходящие на Земле. Земля – шар, а не диск. Поэтому проявление сил Кориолиса сложнее. Эти силы будут сказываться как на движении вдоль земной поверхности, так и при падении тел на Землю.

Падает ли тело строго по вертикали? Да, но только на полюсах, где направление движения «вниз» совпадает с осью вращения Земли, вместе с которой вращаемся все мы, как наблюдатели. На экваторе тело падает «вниз», при этом скорость его направлена под прямым углом к оси вращения Земли, то есть сила Кориолиса будет максимальна. Например, тело падающее на экваторе с высоты 80 метров, смещается к востоку на 2-3 сантиметра.

Если отклонение тела при свободном падении максимально на экваторе и равно нулю на полюсах, то обратную картину мы будем наблюдать в случае отклонения под действием кориолисовой силы тела, движущегося по поверхности Земли.

Горизонтальная площадка на Северном и на Южном полюсах ничем не отличается от вращающегося диска, на примере которого мы объясняли понятие силы Кориолиса. Тело, которое будет двигаться по поверхности Земли в северном полушарии, оказывается, будет отклоняться для нас, вращающихся вместе с Землей наблюдателей, вправо, а в южном полушарии влево. Почему? Потому что если мы встанем, например, на Северный полюс и посмотрим себе под ноги, то увидим, что Земля вращается с запада на восток, для нас от правой руки к левой, то есть против часовой стрелки. А по правилу определения направления силы Кориолиса, если наблюдатель вместе с Землей вращается против часовой стрелки, то траектория движения тела будет отклоняться вправо. Для наблюдателя на Южном полюсе, Земля тоже будет вращаться с запада на восток, но для нас уже от левой руки к правой, то есть по часовой стрелке, а все траектории движущихся тел будут отклоняться влево (см. приложение). Причем чем ближе тело расположено к полюсу, тем сильнее будет отклонение.

Приведем примеры действия силы Кориолиса:

  1. Маятник Фуко – это массивное тело на очень длинном жестком подвесе – несколько десятков метров - которое свободно колеблется. Маятник медленно раскачивается, так медленно, что заметно, как Земля, вращаясь, уходит из-под маятника (см. приложение). В северном полушарии маятник Фуко при движении от одной крайней точки до другой отклоняется вправо от первоначального направления. За сутки маятник делает полный оборот.

  2. Выпущенный из орудия артиллерийский снаряд отклоняется вправо в северном полушарии, и влево в южном. Причем, чем дальше расположено орудие от цели и чем массивнее снаряд, тем больше отклонение от цели.

  3. На железной дороге один рельс под действием кориолисовой силы истирается заметно больше другого. Нам ясно, какой именно: в северном полушарии это будет правый рельс (по ходу движения), в южном – левый. Лишены хлопот по этому поводу лишь железнодорожники экваториальных стран.

  4. В северном полушарии реки сильнее подмывают правый берег, а в южном левый. Препятствия реки стремятся обойти справа в северном полушарии и слева в южном.

  5. Циклоны – потоки воздуха, направляющиеся в область низкого давления и изгибающиеся и закручивающиеся под действием силы Кориолиса вправо в северном и влево в Южном полушариях. Антициклоны – потоки воздуха, направляющиеся из области высокого давления, закручиваются в обратном направлении.

Таким образом, такая небольшая сила играет такую большую роль в движении водных и воздушных масс, работе транспорта.


^ Описание наблюдений и эксперимента

Наблюдение №1.

Задачи наблюдения:

1. Провести наблюдение и фотосъемку рек Уй, Увелька, Ай на предмет обнаружения признаков действия силы Кориолиса на текущую воду.

2.Изучить и проанализировать результаты съёмки.

Гипотеза:

Предположим, что реки Уй, Увелька и Ай, текущие в северном полушарии, обходят препятствия с правой стороны и подмывают правый берег русла (по течению реки).

^ Объекты наблюдения:

Река Уй в районе Профилактория и подвесного моста, река Увелька в районе поселка Мельничный, река Ай в районе Сикияз-Тамака (см. приложение).

Оборудование: Фотоаппарат.

Ход работы:

Мы провели фотосъёмку рек и проанализировали её.

На снимках реки Уй отчётливо видны крутой, обрывистый правый и заболоченный пологий левый берега. Также можно увидеть, что река изменила русло - раньше она протекала левее. На других фотографиях видно, как река обходит возвышенность (утёс у Профилактория) с правой стороны, а не с левой.

На снимке реки Увелька видим, что река обходит скальный выход с правой стороны.

На снимках реки Ай видим, что у реки очень высокий правый берег и пологий левый с заметными следами изменения русла и смещения его вправо.

^ Результаты и выводы:

Наша гипотеза подтвердилась – действительно, на практике видно, что изученные реки северного полушария подмывают правый берег (по течению реки) и обходят препятствия с правой стороны.

Наблюдение№2.

Задачи наблюдения:

1. Провести наблюдение и видеосъёмку закручивания воды при стоке из раковины и ванны под действием силы Кориолиса.

2.Изучить и проанализировать результаты съёмки.

Гипотеза:

Поскольку мы находимся в северном полушарии, то предполагаем, что вода при сливе будет закручиваться против часовой стрелки (см. рисунок 2).

^ Объект наблюдения: Сливаемая из ванны и кухонной раковины подкрашенная вода (см. приложение).

Оборудование: Пипетка, тушь, фотоаппарат.

Ход работы:

При сливе воды из ванны и кухонной раковины мы капнули в неё туши, произвели фото и видео съемку, а затем их анализ.

^ Результаты и выводы:

Оказывается, направление закручивания воды в раковине зависит не только от силы Кориолиса, но и от формы раковины, канализационной трубы, количества воды и других обстоятельств. Поэтому в действительности вода может закручиваться как в одну, так и в другую сторону. В большинстве случаев мы наблюдали «правильное» против часовой стрелки закручивание воды, но в некоторых наблюдалось и «неправильное» по часовой стрелке закручивание (см. приложение).




Рис.2. Закручивание воды в водовороте (Северное полушарие)


Эксперимент

Задача эксперимента: определить, как зависит сила Кориолиса от скорости вращения диска (наблюдателя).

Гипотезы:

1. Предполагаем, что сила Кориолиса зависит от скорости вращения диска, так как при этом меняется количество оборотов диска в секунду, а именно от этой величины зависит сила по формуле, описанной выше.

2. Чем больше скорость вращения диска, тем больше сила Кориолиса.

Оборудование: маркеры, фотоаппарат, линейка, компакт-диск, бумажные диски, скотч, ножницы (см. приложение).

План эксперимента:

1. Провести прямую линию с некоторой скоростью, при этом вращая диск также с некоторой постоянной скоростью.

2. Провести прямую линию с той же скоростью, что и в первом опыте, при этом увеличить скорость вращения диска.

3. Сравнить получившиеся в опытах траектории движения тела.

Условия: диск вращаем против часовой стрелки, линии начинаем проводить с одной и той же точки в одном и том же направлении.

^ Ход эксперимента и результаты: сначала мы взяли бумажный диск, приклеили его к обычному диску скотчем по краям. Потом мы положили на диск линейку и прочертили пунктирную линию направления движения. Проводили первый опыт так: мама медленно поворачивала диск против часовой стрелки, а я чертила прямую линию. У нас получилась довольно длинная изогнутая линия. Во втором опыте мама начала вращать диск против часовой стрелки примерно в два раза быстрее, чем в первом опыте, а я старалась чертить прямую линию в том же направлении и с прежней скоростью. На этот раз линия получилась короче и более изогнутая. У нас получились две непохожие друг на друга линии: при медленном вращении диска - длинная и мало изогнутая, при быстром вращении диска - короткая и сильнее изогнутая (см. приложение).

^ Анализ результатов и вывод: для того, чтобы определить, увеличилась ли сила Кориолиса, мы будем сравнивать получившиеся кривые линии по виду. Чем сильнее закручена линия, тем больше сила Кориолиса. Значит, чем быстрее вращается диск (наблюдатель), чем более изогнутая для него траектория движения тела, тем больше сила Кориолиса. В действительности, диск просто быстрее «уезжает» из-под движущегося маркера. Наша гипотеза подтвердилась.


Заключение


В результате исследования, мы нашли учебники по физике, в которых содержится информация о силе Кориолиса и явлении инерции.

Выяснили, что сила Кориолиса - несуществующая в действительности сила, которая проявляется для вращающегося наблюдателя и стремящаяся отклонить тело в сторону от его траектории. Если наблюдатель вращается по часовой стрелке, то тело, которое движется прямолинейно, для него будет отклоняться влево. Если наблюдатель вращается против часовой стрелки, то тело, которое движется прямолинейно, для него будет отклоняться вправо. Так в Северном полушарии движущиеся тела вследствие вращения Земли отклоняются для земного наблюдателя вправо по ходу движения, в Южном полушарии – влево по ходу движения.

В действительности эта сила не существует, это мнимая сила, никто специально траектории не закручивает, просто так проявляется инерция, когда тело стремится сохранить скорость и направление движения.

Мы выяснили, что в домашних условиях можно изучать силу Кориолиса с помощью диска и маркера, а также наблюдая водовороты в раковине.

В результате наблюдений и эксперимента выяснили, что:

1. Реки Уй, Увелька и Ай подмывают под действием силы Кориолиса правые по ходу течения берега и обходят препятствия преимущественно справа.

2. Вода в раковине в Северном полушарии при соблюдении условий чистоты эксперимента закручивается под действием силы Кориолиса против часовой стрелки.

3. Сила Кориолиса тем больше, чем быстрее вращается предмет, по которому прямолинейно движется тело. То есть, на небесных телах, которые вращаются быстрее Земли (например, Солнце), сила Кориолиса должна быть больше.

Мы выяснили, что силу Кориолиса обязательно должны учитывать артиллеристы, ракетчики, летчики, речники, железнодорожники, метеорологи и океанологи. Она показывает, как сильно на нашу жизнь влияет вращение Земли, которого мы в повседневности не замечаем.


Список литературы

  1. Ландау, Л.Д., Китайгородский, А.И., Физика для всех.-М.:Физматгиз,1963.-392с.

  2. Савельев,И.В.,Курс общей физики, том1 .-М.,1966.-404с.

  3. Сикорук,Л.Л.,Физика для малышей .-М.:Педагогика,1979.-168с.

  4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Сила_Кориолиса

  5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Маятник_Фуко






Скачать 114,75 Kb.
оставить комментарий
Дата27.09.2011
Размер114,75 Kb.
ТипКнига, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

хорошо
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх