Опыты на движение по окружности

ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА

Взгляните на рисунок.
Такую игрушку способен сделать любой мальчишка, мало-мальски владеющий плоскогубцами и ножовкой. Она представляет собой обруч из картона на проволочной ручке.

Вращая ручку, постарайтесь удержать шарик от настольного тенниса на внутренней стороне обруча.

Знаете, какое физическое явление используется в этой игре?
Ну конечно же, центробежная сила.
Благодаря ей шарик держится внутри обруча, словно прилипнув к его поверхности.

Правда, сделать это не так просто. В неопытных руках шарик будет поначалу выпадать. А потому склейте обруч из полоски шириной 10 см. Позже, когда дело пойдет успешней, замените его на более узкий, 50 мм.

ЛЕГЧЕ НА ПОВОРОТАХ

Когда вагон или автомобиль делает поворот, тебя что-то толкает к наружной стенке. Ты уже знаешь, чьи это шутки. Здесь работает центробежная сила, сила инерции, которая заставляет двигаться дальше прямо.

Но ведь сила инерции действует и на весь вагон, на весь автомобиль.
Значит, она и его стремится свалить наружу?

Да, стремится. Вот почему автомобиль на повороте обычно сбавляет скорость.
Как бы не перевернуться!

А на трамвайных линиях и железных дорогах в местах поворотов наружный рельс укладывают выше внутреннего. И вагон на повороте слегка наклоняется внутрь. Выходит, что вагон, покосившийся набок, здесь устойчивее, чем стоящий прямо!

Да ты и сам, катаясь на велосипеде, при поворотах наклоняешься внутрь. Ты делаешь это бессознательно, не задумываясь о силе инерции. Иначе просто не получается, иначе ты опрокинешься наружу!

Шоссейные дороги обычно на поворотах делают наклонными. Наружный край выше внутреннего, чтобы автомобили не переворачивались.

На треках для велосипедных и мотоциклетных гонок наклон пути на поворотах особенно заметен. Там ведь скорость движения очень велика.

А в цирке иногда можно видеть даже такой аттракцион: мотогонки по вертикальной стене. Трек устроен вроде стенок барабана. Мотоциклисты сначала разгоняются на земле, в середине, описывают круги все быстрее и быстрее, наклоняются все больше и больше… И вот они уже въезжают на стенку, и мчатся по ней, лежа в воздухе горизонтально!

ОПЫТ С КОЛЕЧКОМ

Этот аттракцион не каждому удастся увидеть, потому что показывают его не так часто. Зато каждый может сделать похожий опыт с колечком, катящимся в миске.

Возьми миску в руки, поставь на дно колечко и начинай потихоньку покачивать миску так, чтобы колечко покатилось по кругу. Быстрее, быстрее, и вот уже колечко, заметно наклонившись внутрь, бежит по стенкам миски. А если движение замедлится, колечко станет описывать все меньшие круги.

Хорошо напрактиковавшись с колечком, можешь попробовать проделать такой же опыт с монетой.

Кстати сказать, при очень быстром движении монета или колечко могут и вовсе выкатиться из миски. Беда здесь невелика.
Но на гоночных треках тоже иногда бывает, что неосторожный водитель вылетает через край вместе со своей машиной. Вот это уже большое несчастье.

Источники: журн. «Левша» 93г.; » Здравствуй, физика» Л.Гальперштейн

Видео:Опыты по физике. Связь гармонического колебания с равномерным движением по окружностиСкачать

Центробежная сила

Сегодня среди специалистов укрепилось мнение, что из двух составляющих криволинейного движения, частным случаем которого является вращательной движение, реальной является только центростремительная сила, а центробежная — это некая математическая фикция, являющеюся силой виртуальной. При этом реальный опыт во внимание не принимается.
Корни этого положения вещей кроются в фундаментальных ошибках Ньютона, одна из которых касается понимания природы центростремительной силы.

Отрывая свой труд «Материалистические начала натуральной философии» 1686 года Исаак Ньютон предваряет его описанием терминов, которые он использует в своей работе. Так на странице 26 [1] читаем:

«Центростремительная сила есть та, с которою тела к некоторой точке, как центру, отовсюду притягиваются, гонятся или как бы то ни было стремятся.
Такова сила тяжести, под действием которой тела стремятся к центру Земли; магнитная сила, которою железо притягивается к магниту, и та сила, каковою бы она не была, которые планеты постоянно отклоняются от прямолинейного движения и вынуждаются обращаться по кривым линиям…»

Здесь Ньютон достаточно не двусмыслено определяет центростремительную силу, как некую внешнюю силу действующую на тела и заставляющюю их изменять свое прямолинейное джижение в соответствии с его первым законом механики на криволинейное движение. Здесь важно отметить, что под центростремительной силой Ньютон понимает именно силу, а не просто препятствие прямолинейному движению.

Но вот то, что он пишет далее является одной из его фундаментальных ошибок определившей судьбу центробежной силы:

«Камень, вращаемый в праще, стремится удалиться от вращающей пращу руки, и этим свои стремлением натягивает пращу тем сильнее, чем сильнее вращение, и как только его пустят, то камень улетает.
Силу, противоположную сказанному стремлению, которою праща постоянно оттягивает камень к руке и удерживает его на круге, т.е. силу направленную к руке или к центру описываемого круга, я называю центростремительной. Это относится и до всякого тела, движущегося по кругу.»

Здесь Ньютон становится заложником логического принципа «аналогия»: если гравитационная и магнитная сила являются центростремительными, то и любое непрерывное ограничение прямолинейного движения является силой.
Если в отношении гравитационной и магнитной силы утверждение, что эти силы являются центростремительными, при определенных условиях, верно, то распространение этого утверждения на все случаи непрерывного ограничения прямолинейного движения является фундаментальной ошибкой Ньютона.
Праща, удерживающая камень на орбите вращения, не создает ни какой силы, а лишь препятствует прямолинейному движению камня. Это доказывается тем, что сила, которая натягивает пращу, пропорциональна угловой скорости вращения, и если бы существовала аналогичная центростремительная сила, то тело бы, сколько не увеличивай скорость вращения, всегда оставалось бы в равновесии, так как пропорционально этому увеличивалась бы и центростремительная сила. Но при достижении определенной скорости вращения, если прочность материала пращи будет недостаточна, она рвется и камень уходит с орбиты, но не в сторону центра, а в противоположную. Причём не по касательной как многие считают, а под углом к ней в 54,74 градуса.
Если бы Ньютон, провел опыт с телом, свободно передвигающимся по вращающемуся штоку, то увидел бы, что тело это всегда стремится от центра к периферии и никогда обратно. Если не ограничивать тело на концах штока, то оно всегда уходит с орбиты вращения. Это указывает на то, что на тело во время вращения действует, лишь одна сила, направленная в противоположную от центра вращения сторону, а центростремительной силы в пассивных связях физически не существует. Поэтому отождествлять реакцию кинематической связи с центростремительной силой в корне не верно.

Сделав эту фундаментальную ошибку, Ньютон вновь возвращается к рассмотрению центростремительной силы тождественной гравитационному и магнитному взаимодействию, тем самым дав понять, что кинематическая связь во вращательном движении и собственно источники центростремительной силы суть одно и тоже, закрепив в сознании своих последователей искаженное понимание природы центростремительной силы. Так на странице 81 [1] он пишет в отношении тела вращающегося внутри круга:

«Такова центробежная сила, с которою тело давит на круг; ей равна и противоположна сила, с которою круг отталкивает тело к своему центру.»

Здесь мы уже видим приложение четвертого следствия третьего закона Ньютона: у любого действия есть равное и обратно направленное противодействие.
Ложность этого утверждения показана мною в статье «Третий закон Ньютона».
В рассмотренном случае в отсутствии природной центростремительной силы (гравитационной, магнитной или иной аналогичной) круг лишь ограничивает движение тела под действием центробежной силы, но сам при этом никакой силы не создает.

На странице 513 [1] Ньютон достаточно витиевато объясняет, что основной причиной, по которой Луна находится на своей орбите, есть равенство центростремительной и центробежной силы. Причем в качестве центростремительной силы Ньютон рассматривает силу тяжести, или как мы её теперь называем силу гравитационного взаимодействия.
Этим утверждением Ньютон фактически признает, что при наличии двух равных по модулю и противоположных по направлению сил вращательного движения, тело находится в равновесии неограниченно долго. Поэтому если в связке двух тел отсутствует центростремительная сила, то тело сателлит, которое движется вокруг центра вращения, будет находиться под действием всего одной физически реальной силы — центробежной. В связи с этим для того чтобы удержать его на стационарной орбите нужна кинематическая связь, позволяющая сохранять расстояние между телами постоянным. При этом следует помнить, что эта связь, также как и тело-сателлит будет находиться под воздействием центробежной силы со всеми вытекающими из этого последствиями.

Далее Ньютон рассматривает различие природы центростремительной силы, в качестве которой выступает гравитация, и центробежной силы.
Гравитационная сила всегда направлена к центру Земли, поэтому её значение в любом месте на поверхности Земли одинаково.* А вот центробежная сила зависит от расстояния рассматриваемой точки до оси вращения Земли, и чем дальше от полюсов, тем больше его значение. В связи с этим вес тела у полюса будет больше чем на экваторе. Этого не могло бы произойти, если бы центростремительная сила находилась в той же плоскости, что и центробежная, и зависела от параметров вращательного движения. Отсюда мы можем сделать один единственный вывод, что центростремительная сила (именно сила) является особого рода природной силой и зависящей исключительно от расстояния между телами, а не от угловой скорости тела-сателлита.
Этот вывод подтверждает и собственно форма Земли – сплюснутый эллипсоид, образовавшийся благодаря тому, что в природе не существует центростремительной силы, в том виде, в каком её представляет Ньютон вне действия природных сил взаимодействия материальных тел (гравитационных, магнитных и аналогичных).

Таким образом, вращательное (криволинейное) движение является уравновешенным в двух совершенно разных случаях:
1. В качестве центростремительной силы выступает некая природная сила, характер которой не зависит от скорости движения тела-сателлита по криволинейной траектории. В качестве такой силы может выступать гравитационная, магнитная или аналогичная им сила.
2. Вращательное (криволинейное) движение осуществляется исключительно под воздействием центробежной силы, действие которой ограничивается кинематической связью, которая в свою очередь, так же находится под её воздействием. В этом случае, ни какой центростремительной силы в криволинейном движении нет.

1. Ньютон Исаак. Математические начала натуральной философии. — М.: Наука, 1989. Перепечатка с VII тома собрания трудов академика А.Н. Крылова, его собственного перевода. М.-Л.: изд. АН СССР, 1936.
* Эта одинаковость условна в определенных границах.

Видео:Физика - движение по окружностиСкачать

Лабораторная работа № 4 «Изучение движения тела по окружности»

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Видео:Движение тел по окружностиСкачать

«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

План-конспект урока по теме «Лабораторная работа 4 . Изучение движения тела по окружности »

Тема: «Лабораторная работа 4 . Изучение движения тела по окружности »

Образовательная : научиться определять опытным путем период обращения, модули центростремительного ускорения, угловой линейной скорости при движении тел по окружности со скоростью, модуль которой постоянен, а также рассчитывать абсолютную и относительную погрешности прямых измерений промежутка времени движения тела ;

Развивающая : Продолжить развитие навыков самостоятельной деятельности, навыков работы в группах.

Воспитательная : Формировать познавательный интерес к новым знаниям; воспитывать дисциплину поведения.

Тип урока: урок применения знаний и умений

Оборудование и источники информации:

Исаченкова, Л. А. Физика : учеб. для 9 кл. учреждений общ. сред. образования с рус. яз. обучения / Л. А. Исаченкова, Г. В. Пальчик, А. А. Сокольский ; под ред. А. А. Сокольского. Минск : Народная асвета, 2015

Тетрадь для лабораторных работ и экспериментальных исследований по физике для 9 класса: пособие для учащихся учреждений общ.сред. образования с рус.яз.обучения / Л.А. Исаченкова [и др.]. Минск : Аверсэв, 2016, 2017.

Штатив с лапкой или кольцом, нить, два двойных листа бумаги, приклеенных друг к другу(на листах начерчена окружность радиусом 10 см), металлический шарик, секундомер, линейка.

Организационный момент (5 мин)

Актуализация знаний (5 мин)

Применение приобретенных знаний(10 мин)

Тренировочные упражнения(1 5 мин)

Творческие упражнения(8 мин)

Итоги урока (2 мин)

Здравствуйте, садитесь! (Проверка присутствующих). Сегодня на уроке мы должны научиться определять опытным путем период обращения, модули центростремительного ускорения, угловой линейной скорости при движении тел по окружности со скоростью, модуль которой постоянен, а также рассчитать абсолютную и относительную погрешности прямых измерений промежутка времени движения тела . А это значит, что Тема урока : «Лабораторная работа 4 . Изучение движения тела по окружности » ОПБ.

Актуализация опорных знаний

Движение тела (материальной точки) по окружности радиусом R со скоростью, модуль которой постоянен, характеризуется:

а) угловой скоростью, модуль которой определяется как

где Т — период обращения тела. Модули линейной и угловой скоростей связаны соотношением:

б) центростремительным (нормальным) ускорением, модуль которого

С уч етом формул (1) и (2)

Измерив период обращения Т шарика, можно определить

Применение приобретенных знаний

Нить длиною 40—45 см привяжите одним концом к шарику, а другим — к лапке или кольцу штатива. Лист бумаги положите так, чтобы центр начерченной на нем окружности находился под центром (рис. 264) шарика.

Взявшись за нить вблизи точки подвеса, приведите шарик в движение по окружности. Небольшой тренировкой добейтесь того, чтобы он двигался над окружностью, начерченной на листе бумаги.

С помощью секундомера определите промежуток времени t , за который шарик совершит N = 10 оборотов. Для чего один из учащихся фиксирует начало отсчета времени словом «нуль», а второй с этого момента начинает вслух отсчет оборотов движения шарика. После совершения шариком 10 оборотов отсчет времени прекращается. Опыт повторите пять раз. Результаты измерений занесите в таблицу.

Рассчитайте среднее значение времени t >.

Рассчитайте среднее значение периода обращения шарика:

3. Найдите среднее значение модуля ускорения по формуле:

4. Определите, используя формулы (1) и (2), средние значения модулей угловой и линейной скоростей.

5. Аналогично, как в лабораторной работе 2, рассчитайте абсолютную A t и относительную е, погрешности прямых измерений промежутка времени движения шарика. Результат прямых измерений промежутка времени t запишите в интервальной форме.

Как изменяется линейная скорость при движении шарика по окружности, если модуль скорости const ? ( Линейная скорость характеризуется направлением и величиной (модулем). Модуль — величина постоянная, а направление при таком движении способно изменяться.)

Как доказать соотношение ? ( Так как v = 1/T, связь циклической частоты с периодом и частой 2π = VT, откуда V = 2πR. Связь линейной скорости и угловой 2πR = VT, отсюда V = 2πr/T. (R — радиус описанной, r — радиус вписанной)

Как зависит период обращения Т шарика от модуля его линейной скорости? ( Чем выше показатель скорости, тем меньше показатель периода.)

Определите ускорение материальной точки при ее движении по окружности, если за Δ t = 1 с она прошла длины окружности с линейной скоростью, модуль которой = const .

В ходе лабораторной работы мы научились определять период вращения, модули, центростремительного ускорения, угловую и линейную скорости при равномерном вращении тела и рассчитывать абсолютную и относительную погрешности прямых измерений промежутка времени движения тела.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 933 человека из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

• Курс добавлен 23.11.2021
• Сейчас обучается 43 человека из 25 регионов

Курс повышения квалификации

Авторская разработка онлайн-курса

• Курс добавлен 02.12.2021
• Сейчас обучается 78 человек из 39 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

также Вы можете выбрать тип материала:

Видео:Лабораторный эксперимент №4 - Изучение движения тела по окружности (9 класс)Скачать

Дистанционные курсы для педагогов

Другие материалы

• 18.03.2018
• 2014
• 68

• 18.03.2018
• 3830
• 59

• 18.03.2018
• 280
• 0

• 18.03.2018
• 730
• 2

• 18.03.2018
• 3646
• 92

• 18.03.2018
• 3028
• 114

• 18.03.2018
• 4551
• 101

• 18.03.2018
• 10376
• 71

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Добавить в избранное

Настоящий материал опубликован пользователем Чепелевич Павел Юрьевич. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

• На проекте: 3 года и 9 месяцев
• Подписчики: 0
• Всего просмотров: 219128
• Всего материалов: 41

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Видео:Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью | Физика 9 класс #18 | ИнфоурокСкачать

Дистанционные курсы
для педагогов

530 курсов от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Первые результаты по сокращению отчетности у учителей ожидаются осенью

Время чтения: 1 минута

В Китае приняли закон о сокращении нагрузки на школьников

Время чтения: 1 минута

Проходной балл ЕГЭ для поступления на бюджет снизился впервые за 10 лет

Время чтения: 3 минуты

В России утвердили новые правила аккредитации образовательных учреждений

Время чтения: 1 минута

В Минпросвещения рассказали о формате обучения школьников после праздников

Время чтения: 1 минута

В Роспотребнадзоре заявили о широком распространении COVID-19 среди детей

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

📺 Видео

Урок 89. Движение по окружности (ч.1)Скачать

Урок 43. Криволинейное движение. Равномерное движение по окружности. Центростремительное ускорениеСкачать

Ускорение при криволинейном движенииСкачать

Центробежная силаСкачать

Равномерное движение точки по окружности | Физика 10 класс #7 | ИнфоурокСкачать

"Скорость при движении по окружности".Скачать

Лабораторная работа "Изучение движения шарика по окружности"Скачать

Поступательное и вращательное движения.Скачать

Лекция 6.1 | Описание движения по окружности | Александр Чирцов | ЛекториумСкачать

Движение по окружности | Физика в анимациях | s01e07Скачать

КРИВОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ - Угловое Перемещение, Угловая Скорость, Центростремительное УскорениеСкачать

Физика | Равномерное движение по окружностиСкачать

Примеры равномерного движения по окружностиСкачать

Урок 90. Движение по окружности (ч.2)Скачать