Исследовательская работа по физике: Исследование движения водяной ракеты, запущенной под углом к горизонту

Работу выполнил: ученик 10 класса

Сидоров Игорь

Работу проверил: учитель физики

Сафронова Анна Юрьевна
Дмитров, 2014 год

Цель работы:

1) Установить зависимость дальности полета от начальной скорости движения.

Баллистика – раздел механики, изучающий движение тел в поле тяжести Земли.

Если тело бросить под углом к горизонту, то в полете на него действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Если силой сопротивления пренебречь, то остается единственная сила – сила тяжести. Поэтому вследствие 2-го закона Ньютона тело движется с ускорением, равным ускорению свободного падения ; проекции ускорения на координатные оси равны а_х= 0,а_у= -g.

Любое сложное движение материальной точки можно представить как наложение независимых движений вдоль координатных осей, причем в направлении разных осей вид движения может отличаться. В нашем случае движение летящего тела можно представить как наложение двух независимых движений: равномерного движения вдоль горизонтальной оси (оси Х) и равноускоренного движения вдоль вертикальной оси (оси Y) (рис.1).

Проекции скорости тела, следовательно, изменяются со временем следующим образом:

,

где – начальная скорость, α – угол бросания.

Координаты тела, следовательно, изменяются так:

При нашем выборе начала координат начальные координаты (рис. 1) Тогда

(1)

.

(2)

Дальность полета получим из первой формулы (1). Дальность полета – это значение координаты х в конце полета, т.е. в момент времени, равный t₀. Подставляя значение (2) в первую формулу (1), получаем:

.

(3)

Наибольшую высоту подъема брошенного тела можно получить из второй формулы (1). Для этого нужно подставить в эту формулу значение времени, равное половине времени полета (2), т.к. именно в средней точке траектории высота полета максимальна. Проводя вычисления, получаем

.

(4)

и подставить его во второе уравнение. Тогда получим:

Это уравнение является уравнением траектории движения. Видно, что это уравнение параболы, расположенной ветвями вниз, о чем говорит знак «-» перед квадратичным слагаемым. Следует иметь в виду, что угол бросания α и его функции – здесь просто константы, т.е. постоянные числа.

1. 
   Наполняем ракету водой на 150 мл
   
2. 
   С помощью пусковой установки создаем давление внутри сосуда
   
3. 
   Запускаем ракету
   
4. 
   Засекаем время движения
   
5. 
   Замеряем расстояние полета
   

Получаем таблицу данных дальность полета

Расчеты

Время будет равно 0,6 с., а дальность полета 13,3 м

Следовательно, в результате расчетов


Теперь по формуле

Составим таблицу для нескольких значений угла



Теоретические данные о дальности полета не совпадают с практическими, но сохраняется зависимость дальности полета от угла наклона ракеты.

В обоих случаях максимальная дальность полета устанавливается при наклонении ракеты на угол 45°

1. 
   Высота и дальность полета тела зависит от начальной скорости и угла полета.
   
2. 
   Максимальная дальность полета устанавливается при наклонении ракеты на угол 45°
   
3. 
   Теоретические данные о дальности полета не совпадают с практическими, но сохраняется зависимость дальности полета от угла наклона ракеты. Разница результатов создается из-за силы трения с воздухом.
   

1. 
   Касьянов В. А., Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2012 , 405 с.
   
2. 
   Смирнов А. П., Соколов Н. Н. Физический практикум российского Невтона. - М.: фирма «Кругозор», 1995, 225 с.
   
3. 
   Энциклопедия необходимых знаний. 5-11 класс– М.: Олма-Пресс, 2002, 512 с.