Тезисы к исследовательской работе на тему: «Стеариновая машина»
скачать Тезисы к исследовательской работе на тему:
Работу выполнил ученик 11 «в» класса ГОУ гимназии № 406 Пушкинского района Санкт-Петербурга Крюков Александр.
Седова Ирина Игоревна, Кушеверская Нина Павловна,
научный консультант – Ковтун Владимир Павлович.
Когда появилась эта задача?
Первые свечи появились достаточно давно. Делали их сначала из животного жира, а потом из пчелиного воска с тростниковым фитилем. Немного позже стали делать фитили из конопляных или хлопковых волокон. В 1816 году французским химиком Шеврелем была открыта стеариновая кислота, из которой также начали изготавливать свечи.
Абсолютно точно сказать нельзя, когда именно и кому пришла в голову идея стеаринового двигателя. Однако известно, что она упоминалась французом Артуром Гудом (Arthur Good), писателем конца 19 века, в еженедельном издании «La Science Amusante», которое включало в себя объяснения физических экспериментов, выполненных в быту, демонстрации известных геометрических теорем с различными объектами, развлечения и научные игры, а также небольшие работы любителей. Звучала задача следующим образом:
«Чтобы сделать этот мотор, нам не нужно ни пара, ни электричества, ни сжатого воздуха, ни бензина. Нам нужна для этого только. свеча.
Раскали две булавки и воткни их головками в свечу с двух сторон, посредине, перпендикулярно фитилю. Это будет ось нашего двигателя; положи свечу концами булавок на края двух стаканов и получше уравновесь. Если теперь зажечь свечу с обоих концов, капля стеарина упадет в одну из тарелок, подставленных под концы свечи. Равновесие нарушится, другой конец свечи перетянет и опустится; при этом с него стечет несколько капель стеарина, и он станет легче первого конца; он поднимется кверху, первый конец опустится, уронит каплю, станет легче, и. наш мотор начнет работать вовсю; постепенно колебания свечи будут увеличиваться все больше и больше…»
Сконструировать двигатель, основанный на колебании закрепленной на игле и зажженной с двух концов свечи.
План проведения работы:
Проверить, будет ли система совершать незатухающие колебания
Установить, от каких параметров зависят колебания
Создать теоретическую модель двигателя
Сконструировать рабочий двигатель
Посчитать КПД и мощность двигателя.
Далее детально рассматривался каждый пункт плана, и были проведены необходимые опыты.
Для начала необходимо было убедиться, будет ли установка совершать колебания:
В ходе эксперимента было установлено, что уравновешенная на горизонтально расположенной игле и зажженная с двух концов свеча может совершать незатухающие колебания.
Почему же происходят колебания?
При сгорании свечи с ее концов капает парафин, и свеча наклоняется в сторону плеча с большей массой. Если капли падают с концов свечи поочередно, то она совершает колебания.
Но в случае с большой свечой такое изменение массы незначительно.
В ходе опыта было установлено, что свеча с большой массой также совершает колебания. Это происходит при образовании в свече желобка. При наклоне воск выливается из желобка и это приводит систему в колебательное движение.
Первичные выводы
Теоретическая модель
Частота колебаний зависит от:
Как превратить колебательное движение во вращательное?
Для этого была изготовлена система роликов. Один, из которых крепился в центре масс рейки, а другие на неподвижных осях. Нижние пары роликов соединены прямой и обратной петлей, а ролики, закрепленные на одной оси, вращались только в одну сторону друг относительно друга для обеспечения почти непрерывного поднятия груза.
Ролики без обратного хода
Для двигателя были изготовлены пары роликов с ограниченным ходом. Они представляли собой легкие деревянные блоки, на один крепились разогнутые скрепки-стопоры, на другом протачивались радиальные канавки для зацепа скрепок.
Параметры двигателя
Расчет массы сгоревшего и расплавленного парафина
Экспериментально измерим массу свечи и расплавленного парафина
Тезисы к исследовательской работе на тему: «Стеариновая машина»
Тезисы к исследовательской работе на тему:
Работу выполнил ученик 11 «в» класса ГОУ гимназии № 406 Пушкинского района Санкт-Петербурга Крюков Александр.
Седова Ирина Игоревна, Кушеверская Нина Павловна,
научный консультант – Ковтун Владимир Павлович.
Когда появилась эта задача?
Первые свечи появились достаточно давно. Делали их сначала из животного жира, а потом из пчелиного воска с тростниковым фитилем. Немного позже стали делать фитили из конопляных или хлопковых волокон. В 1816 году французским химиком Шеврелем была открыта стеариновая кислота, из которой также начали изготавливать свечи.
Абсолютно точно сказать нельзя, когда именно и кому пришла в голову идея стеаринового двигателя. Однако известно, что она упоминалась французом Артуром Гудом (Arthur Good), писателем конца 19 века, в еженедельном издании «La Science Amusante», которое включало в себя объяснения физических экспериментов, выполненных в быту, демонстрации известных геометрических теорем с различными объектами, развлечения и научные игры, а также небольшие работы любителей. Звучала задача следующим образом:
«Чтобы сделать этот мотор, нам не нужно ни пара, ни электричества, ни сжатого воздуха, ни бензина. Нам нужна для этого только. свеча.
Раскали две булавки и воткни их головками в свечу с двух сторон, посредине, перпендикулярно фитилю. Это будет ось нашего двигателя; положи свечу концами булавок на края двух стаканов и получше уравновесь. Если теперь зажечь свечу с обоих концов, капля стеарина упадет в одну из тарелок, подставленных под концы свечи. Равновесие нарушится, другой конец свечи перетянет и опустится; при этом с него стечет несколько капель стеарина, и он станет легче первого конца; он поднимется кверху, первый конец опустится, уронит каплю, станет легче, и. наш мотор начнет работать вовсю; постепенно колебания свечи будут увеличиваться все больше и больше…»
Сконструировать двигатель, основанный на колебании закрепленной на игле и зажженной с двух концов свечи.
План проведения работы:
Проверить, будет ли система совершать незатухающие колебания
Установить, от каких параметров зависят колебания
Создать теоретическую модель двигателя
Сконструировать рабочий двигатель
Посчитать КПД и мощность двигателя.
Далее детально рассматривался каждый пункт плана, и были проведены необходимые опыты.
Для начала необходимо было убедиться, будет ли установка совершать колебания:
В ходе эксперимента было установлено, что уравновешенная на горизонтально расположенной игле и зажженная с двух концов свеча может совершать незатухающие колебания.
Почему же происходят колебания?
При сгорании свечи с ее концов капает парафин, и свеча наклоняется в сторону плеча с большей массой. Если капли падают с концов свечи поочередно, то она совершает колебания.
Но в случае с большой свечой такое изменение массы незначительно.
В ходе опыта было установлено, что свеча с большой массой также совершает колебания. Это происходит при образовании в свече желобка. При наклоне воск выливается из желобка и это приводит систему в колебательное движение.
Первичные выводы
Для длительного совершения колебаний и большей стабильности установки свеча должна иметь большую длину и поперечное сечение (l>>>d).
Необходимо крепление, позволяющее свече колебаться только в одной плоскости.
Теоретическая модель
Частота колебаний зависит от:
Скорости сгорания свечи (изменения массы на концах плеч) –прямопропорционально
Массы свечи и плеч – обратнопропорционально
Скорость сгорания свечи зависит от многих факторов: толщина свечи, толщина фитиля, его материал, а также различные условия внешней среды (ветер, насыщенность кислородом и т.д.)
Как превратить колебательное движение во вращательное?
Для этого была изготовлена система роликов. Один, из которых крепился в центре масс рейки, а другие на неподвижных осях. Нижние пары роликов соединены прямой и обратной петлей, а ролики, закрепленные на одной оси, вращались только в одну сторону друг относительно друга для обеспечения почти непрерывного поднятия груза.
Ролики без обратного хода
Для двигателя были изготовлены пары роликов с ограниченным ходом. Они представляли собой легкие деревянные блоки, на один крепились разогнутые скрепки-стопоры, на другом протачивались радиальные канавки для зацепа скрепок.
Тезисы к исследовательской работе на тему: «Стеариновая машина»
Тезисы к исследовательской работе на тему:
Работу выполнил ученик 11 «в» класса ГОУ гимназии № 000 Пушкинского района Санкт-Петербурга Крюков Александр.
Когда появилась эта задача?
Первые свечи появились достаточно давно. Делали их сначала из животного жира, а потом из пчелиного воска с тростниковым фитилем. Немного позже стали делать фитили из конопляных или хлопковых волокон. В 1816 году французским химиком Шеврелем была открыта стеариновая кислота, из которой также начали изготавливать свечи.
Абсолютно точно сказать нельзя, когда именно и кому пришла в голову идея стеаринового двигателя. Однако известно, что она упоминалась французом Артуром Гудом (Arthur Good), писателем конца 19 века, в еженедельном издании «La Science Amusante», которое включало в себя объяснения физических экспериментов, выполненных в быту, демонстрации известных геометрических теорем с различными объектами, развлечения и научные игры, а также небольшие работы любителей. Звучала задача следующим образом:
«Чтобы сделать этот мотор, нам не нужно ни пара, ни электричества, ни сжатого воздуха, ни бензина. Нам нужна для этого только. свеча.
Раскали две булавки и воткни их головками в свечу с двух сторон, посредине, перпендикулярно фитилю. Это будет ось нашего двигателя; положи свечу концами булавок на края двух стаканов и получше уравновесь. Если теперь зажечь свечу с обоих концов, капля стеарина упадет в одну из тарелок, подставленных под концы свечи. Равновесие нарушится, другой конец свечи перетянет и опустится; при этом с него стечет несколько капель стеарина, и он станет легче первого конца; он поднимется кверху, первый конец опустится, уронит каплю, станет легче, и. наш мотор начнет работать вовсю; постепенно колебания свечи будут увеличиваться все больше и больше…»
Сконструировать двигатель, основанный на колебании закрепленной на игле и зажженной с двух концов свечи.
План проведения работы:
Проверить, будет ли система совершать незатухающие колебания
Установить, от каких параметров зависят колебания
Создать теоретическую модель двигателя
Сконструировать рабочий двигатель
Посчитать КПД и мощность двигателя.
Далее детально рассматривался каждый пункт плана, и были проведены необходимые опыты.
Для начала необходимо было убедиться, будет ли установка совершать колебания:
В ходе эксперимента было установлено, что уравновешенная на горизонтально расположенной игле и зажженная с двух концов свеча может совершать незатухающие колебания.
Почему же происходят колебания?
При сгорании свечи с ее концов капает парафин, и свеча наклоняется в сторону плеча с большей массой. Если капли падают с концов свечи поочередно, то она совершает колебания.
Но в случае с большой свечой такое изменение массы незначительно.
В ходе опыта было установлено, что свеча с большой массой также совершает колебания. Это происходит при образовании в свече желобка. При наклоне воск выливается из желобка и это приводит систему в колебательное движение.
Первичные выводы
• Для длительного совершения колебаний и большей стабильности установки свеча должна иметь большую длину и поперечное сечение (l>>>d).
• Необходимо крепление, позволяющее свече колебаться только в одной плоскости.
Теоретическая модель
Частота колебаний зависит от:
• Скорости сгорания свечи (изменения массы на концах плеч) –прямопропорционально
• Массы свечи и плеч – обратнопропорционально
Скорость сгорания свечи зависит от многих факторов: толщина свечи, толщина фитиля, его материал, а также различные условия внешней среды (ветер, насыщенность кислородом и т. д.)
Как превратить колебательное движение во вращательное?
Для этого была изготовлена система роликов. Один, из которых крепился в центре масс рейки, а другие на неподвижных осях. Нижние пары роликов соединены прямой и обратной петлей, а ролики, закрепленные на одной оси, вращались только в одну сторону друг относительно друга для обеспечения почти непрерывного поднятия груза.
Ролики без обратного хода
Для двигателя были изготовлены пары роликов с ограниченным ходом. Они представляли собой легкие деревянные блоки, на один крепились разогнутые скрепки-стопоры, на другом протачивались радиальные канавки для зацепа скрепок.
Параметры двигателя
• Lплеча = 74 см
• Мсилы трения= 0,059 м·Н
• hза полн цикл = 4 см
Расчет массы сгоревшего и расплавленного парафина
Экспериментально измерим массу свечи и расплавленного парафина
Задачи XXXI Всероссийского турнира юных физиков 2009 г (стр. 1 )
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5
Задачи XXXI Всероссийского турнира юных физиков 2009 г.
Свеча сбалансирована на поперечной горизонтальной, закрепленной на двух опорах игле, проходящей вблизи центра масс свечи. Если зажечь свечу с обоих концов, то свеча может совершать незатухающие колебания. Сконструируйте мотор, основанный на этом эффекте.
Поместите два компаса на стол вплотную друг другу. Слегка повращайте один из них так, чтобы магнитная стрелка этого компаса начала колебаться. При этом стрелка другого компаса также начнет колебаться. Изучите и объясните характер связанных колебаний магнитных стрелок.
Поместите мобильный телефон внутрь металлического контейнера с отверстием. Исследуйте, при каких условиях телефон будет принимать сигналы вызова.
При использовании вспышки при фотографировании на изображении могут появиться светлые диски, как показано на рисунке. Исследуйте и объясните этот феномен.
Чтобы предотвратить капание из бутылки после наливания жидкости, ее слегка поворачивают. Исследуйте, как нужно поднимать бутылку, чтобы капли не падали на скатерть.
Поместите пластиковый стаканчик на тонкий слой жидкости, налитой на твердую плоскую горизонтальную поверхность. Закрутите стаканчик. Исследуйте, от каких параметров зависит замедление вращения стаканчика.
Опытный скейтбордист может начать движение на покоящемся скейтборде, находящемся на горизонтальной плоскости, путем определенных телодвижений, без соприкосновения с опорой и другими закрепленными объектами. Исследуйте параметры, влияющие на движение скейтборда таким способом.
Поток воздуха из вертикально стоящей соломинки для коктейля, направленный на поверхность воды, создает в ней углубление. Какие параметры влияют на объем и глубину этой ямы?
Исследуйте процесс высыхания вертикально висящего мокрого листа бумаги. Как будет двигаться граница раздела мокрой и сухой бумаги?
Если посмотреть внутрь отполированной изнутри металлической трубы, то можно увидеть темные и светлые полосы. Исследуйте этот феномен.
Простой закон работы трансформатора гласит, что отношение выходного к входному напряжению равно отношению количества витков обмоток.
Изучите зависимость коэффициента трансформации от частоты и других параметров в реальном трансформаторе.
Поместите горячий металлический шар на горизонтальные рельсы. Шар начнет двигаться. Изучите и объясните этот феномен.
На дне неглубокого водоема можно увидеть волновую структуру песчаного дна. Исследуйте зависимость структуры от различных параметров.
Исследуйте поведение капли воды, упавшей на гидрофобную поверхность, например, поверхность покрытую сажей или тефлоном.
Небольшой груз подвешен посредине длинной горизонтально закрепленной проволоки. При пропускании тока через проволоку можно наблюдать колебания груза. Опишите и объясните этот феномен.
Электромагнитный мотор.
Конец стального шурупа с легким сильным магнитом, присоединенным к его головке, подводят к корпусу батарейки. Шуруп оказывается «подвешенным» к батарейке (см. рисунок). Если второй полюс батарейки соединить скользящим контактом с магнитом, то можно наблюдать вращение шурупа. Исследуйте параметры, определяющие угловую скорость вращения шурупа.
После продолжительной эксплуатации на автомобильной дороге появляется поперечная волнообразная структура покрытия. Исследуйте и объясните этот феномен.
Задачи XXX Всероссийского Турнира Юных Физиков.
2008, Москва, СУНЦ МГУ
Поместите деревянную палочку на край стола. Ударьте по свешивающемуся концу палочки так, чтобы она полетела. Как дальность полета зависит от параметров задачи. Найдите условия, при которых «чижик» улетит на наибольшее расстояние.
Исследуйте движение падающего с дерева семени клена.
Исследуйте характеристики камеры Обскура и найдите условия получения изображения оптимального качества.
Разряд электронной вспышки вблизи одной литавры вызывает ее звучание. Объясните явление и исследуйте его зависимость от параметров.
Сконструируйте гальванический элемент, используя бумагу в качестве солевого мостика между полуэлементами батарейки. Исследуйте и объясните, как свойства такой батарейки зависят от времени.
Высыхающая капля такой жидкости как кофе обычно оставляет след по периметру капли. Исследуйте, почему след остается на краю капли, и найдите, какие параметры влияют на образование пятна.
Твердое тело роняют в воду с высоты 50 см. Найдите условия минимизирующие всплеск.
Если на падающем большом мячике лежит маленький, то после удара о твердую поверхность маленький, мяч отскакивает на значительно большую высоту по сравнению с высотой падения мячей. Исследуйте явление и сконструируйте систему из многих мячей вплоть до 4 штук для достижения наибольшей высоты верхним мячом.
Просверлите дырочку в боковой поверхности трубки, открытой с одного конца и подуйте в него для появления звука. Исследуйте высоту и тембр звука, и их зависимость от положения и диаметра дырочки.
Эффект Кея (Kaye effect).
Если тонкой струйкой выливать шампунь на поверхность, неожиданно появляется другая струйка, исходящая из объема вылитого шампуня. Этот эффект длится меньше секунды, но повторяется. Исследуйте феномен и дайте ему объяснение.
При течении тонкого слоя воды вдоль наклонного желоба, иногда можно видеть волновые картины. Исследуйте это явление.
Установите вертикально открытую сверху длинную трубу, заполненную водой, и нагревайте ее с нижнего конца. Через некоторое время можно наблюдать выбросы воды. Сделайте устройство позволяющее собирать выплеснутую воду и возвращать ее в сосуд для наблюдения повторяющихся извержений. Исследуйте, как различные параметры влияют на временные характеристики этого процесса.
Налейте очень горячую воду в чашку и перемешайте ее, чтобы вода медленно вращалась. Поместите маленький кубик льда в центр чашки. Ледяной кубик будет вращаться быстрее, чем вода в чашке. Исследуйте параметры, влияющие на вращение льда.
Сконструируйте униполярный электрический генератор, исследуйте его электрические характеристики и найдите его коэффициент полезного действия.
Горячий раствор желатины застывает (превращается в гель) при охлаждении. Изучите, как при этом меняется электропроводность системы. Объясните полученные результаты.
Закоптите столовую ложку в пламени свечи. Закопченная ложка в воде будет казаться блестящей. Исследуйте явление и определите оптические характеристики такого «зеркала».
Сконструируйте тепловую машину, которая бы работала лишь за счет разности дневной и ночной температур воздуха без использования солнечного излучения. Найдите коэффициент полезного действия этой машины.
Задачи XXIX Всероссийского Турнира Юных Физиков
2007 г., СУНЦ УрГУ, Екатеринбург
1. Лампа накаливания
При включении лампочки в цепи наблюдается скачок силы тока. Предложите теоретическую модель и исследуйте явление экспериментально.
Возьмите слинки вертикально и отпустите. Исследуйте ее свободное падение.
Две струи пересекаются под произвольным углом. Какие эффекты вы можете при этом наблюдать?
Проденьте нить в отверстия пуговицы как
показано на рисунке и, удерживая концы
нити, сделайте несколько движений
подобных вращению скакалкой.
При этом нить будет закручиваться. Потянув за концы нити, можно почувствовать эффективную упругость, нить при этом будет раскручиваться. Оцените эффективный коэффициент жесткости системы.
Аккуратно положите лезвие бритвы на поверхность воды. При приближении заряженного тела лезвие начинает двигаться. Опишите движение бритвы во внешнем электрическом поле.
Известно, что пытаясь выбраться из трясины не стоит делать резких движений. Предложите модель явления и изучите ее свойства.
Некоторые насекомые, например кузнечики, издают звуки путем трения разных частей тела друг о друга. Исследуйте это явление. Сконструируйте аналогичное устройство и опишите его характеристики.
На стакане с холодной водой образуются капли воды. Объясните явление и исследуйте параметры, определяющие размер и число капель.
Поместите маленькую каплю пасты из шариковой ручки на водную поверхность, при этом капля начинает двигаться. Опишите это явление.
Лодка может двигаться с помощью устройства, состоящего из свечи и трубки, открытой с обоих концов (как например на рисунке). Объясните, как работает такой двигатель, и оптимизируйте пароход для получения максимальной скорости.
С какой минимальной скоростью нужно тянуть объект на веревке по водной поверхности, чтобы он не утонул? Исследуйте параметры системы экспериментально и теоретически.
Создайте систему жидких линз с переменным фокусным расстоянием. Исследуйте качество этой системы и определите возможные приложения.
13. Воздушный шарик
Как изменяются оптические свойства оболочки воздушного шарика при его надувании? Дайте количественное описание.
Как можно сделать здание устойчивым к землетрясению? Проведите эксперименты и объясните результаты.
плеча = 74 см
Lплеча = 74 см
Поместите мобильный телефон внутрь металлического контейнера с отверстием. Исследуйте, при каких условиях телефон будет принимать сигналы вызова.
Электромагнитный мотор.
Проденьте нить в отверстия пуговицы как