Исследование влияния силы Кориолиса на движение тел в...

Научно-практическая конференция

УФМЛ, 2016

Бурлака Данил, 11-Д

Исследование влияния силы Кориолиса на

движение тел в неинерциальных системах отсчета

Тема работы

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция» Слайд №2

План доклада

Теоретическая часть

Слайд №3Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

• Основные понятия • Сила Кориолиса• Проявление и использование кориолисового

эффекта

• Анализ ТЮФовской задачи• Лабораторная работа

Практическая часть Выводы по работе

►

►

►

Цель работы

Целью моей работы было:• Исследовать процессы перемещения тел

относительно неинерциальных систем отсчета• Изучить влияние действия силы Кориолиса при

вращательном движении• Предложить собственную лабораторную

работу• Выяснить перспективы применения силы

Кориолиса в сферах человеческой жизни


Теоретическая часть


Основные понятия

состоит из:• тела отсчета• системы координат связанной с телом• прибора для измерения времени

Слайд №6

Инерциальная системаотсчета (ИСО)

Неинерциальная системаотсчета (НСО)

1)2) Сила инерции

Система отсчета

Рассматриваемое тело движется прямолинейно

равномерно или находится

в состоянии равновесия

Движутся с ускорением относительно

инерциальных систем отсчета

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Основные понятия

Силы инерции

𝑚 𝑑�⃗�𝑑𝑡 =− 𝛿𝑈𝛿𝑟 −𝑚�⃗�+𝑚 [ ⃗̀𝑟 �⃗� ]+2𝑚 [�⃗� �⃗� ]+𝑚[ �⃗� [ ⃗̀𝑟 �⃗� ] ]

– масса тела или частицы– относительная скорость– потенциальная энергия тела

– радиус-вектор от центра окружности

– угловая скорость– ускорение тела или частицы

Сила Кориолиса

1 2 3 4


О

ω

Сила Кориолиса

Причина появления: скорость относительно СО, какая вращаеться

Слайд №8

�⃗� кО

А B

�⃗� кор=2𝑚 [�⃗� �⃗� ]

Направление действия: перпендикулярно векторам угловой и относительной скоростям


Проявление силы Кориолиса

𝐹 к=𝐹 к𝑚𝑎𝑥 ∙ sin𝜑=2𝑚𝜗𝜔 ∙ sin𝜑

Сила Кориолиса, какая действует на определенной широте:

𝛗

Слайд №9

Проявление силы на Земле


Слайд №10

Маятник Фуко Пантеон, ПарижГироскоп

Циркуляция атмосферыЦиркуляция водных течений



Практическая часть

Слайд №11

Анализ ТЮФовскойзадачи

Лабораторная работа


Условие задачи

«Если поставить легкое тело, которое может катиться (например, кольцо, диск или сферу), на горизонтальный вращающийся диск, оно может начать двигаться, не покидая диск. Опишите различные виды движения в зависимости от управляющих параметров системы.»


Установка

5 10 150 20

Вид сбоку: Вид сверху:

Источник

питания

Горизонтальный

диск

Штатив

Двигатель

Слайд №13

Желоб


Наблюдения

Слайд №14

1

2

21 72

Для однороднойсферы:

21 52

Для полой сферы:

Силы и их направления


Параметры системы

В ходе проведения опытов, было уместно изменять следующие начальные параметры системы:• Частоту вращения диска • Массу шариков (опыты проводились с

различными видами шариков)• Относительную скорость (за счет

изменения высоты падения шарика на диск)


Результаты

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.350.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

Относительная скорость V, м/с

Сил

а К

орио

лиса

F,

мH

Таблица


Результаты

Слайд №17

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.60.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

Угловая скорость ω, об/с

Сил

а К

орио

лиса

F,

мH

Таблица


Выводы с экспериментов

Для того, чтобы наблюдалась круговая траектория движения шарика необходимо равенство инерционных сил:𝐹 ц=𝐹 кор

𝑚𝜔2𝑅=2mω𝜗в

𝜔 𝑅=2𝜗 в

❑ ⇒❑ ⇒

Слайд №18

𝝎


Силы и их направления

Демонстрация изменения направления кориолисовой силы инерции при изменении

направления переносного вращения (вращение платформы)

1

2

3

4

О

ω ω

О�⃗� к�⃗� к

Слайд №19

Против часосовой стрелки По часовой стрелкой


Цель работы:Исследовать действие силы Кориолиса экспериментальным путём

Оборудование:• Лабораторный штатив• Электро-двигатель• Горизонтальный диск • Источник питания• Индикатор на диске


Демонстрация зависимости величины кориолисовой силы инерции от

изменения частоты переносного вращения (вращение платформы)

1

2

3

4

Слайд №19

2

О

ω1

�⃗� 1 О

ω2

�⃗� 2

𝜔2>𝜔1 > ❑⇒



Демонстрация зависимости величины кориолисовой силы инерции от

относительной скорости1

2

3

4

Слайд №19

3

О

ω

�⃗� 1h1 О

ω

�⃗� 2

h2

> 𝜗сер 2>𝜗сер 1 > ❑⇒

❑⇒



Демонстрация зависимости величины кориолисовой силы инерции от массы

шарики1

2

3

4

Слайд №19

4

𝑚2 >𝑚1 > ❑⇒

О

ω

�⃗� 1 О

ω

�⃗� 2

𝑚2𝑚1



Перспективы использования в космонавтике

Слайд №20

Кабина корабля

�⃗�

𝝎𝑹

Невесомость

𝑔=𝜔2 𝑅=9,81 мс

𝒉�⃗� к𝟐

�⃗� к𝟑

�⃗� к𝟏<<

h≈𝑅❑⇒ Разница , какая действует на разные части тела

𝑚=80 кг𝜗=0,5 мс

𝑅=4м

𝐹 кор=2𝑚𝜗𝜔¿125Н

Опыт NASA


Выводы по работе

✔ Описаны процессы движения тел относительно неинерциальных систем отсчета✔ Выполнено исследовательскую работу по изучению силы Кориолиса✔ Подтверждено экспериментальным путем теоретические сведения о движении тел под действием инерционных сил✔ Предложенно лабораторную работу для физического практикума✔ Выяснено перспективы и возможные области применения силы Кориолиса в сферах человеческой жизни Слайд №21Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Используемые источники

1. Яблонський А.А., Никифорова В.М. «Курс теоретичної механіки», частина1, Статика, Кінематика , підручник для вузів М., вища школа,1977.2. Яблонський А.А., . «Курс теоретичної механіки», частина 2, Динаміка, підручник для вузів М., вища школа,1977.3. І.В. Савєльєв, «Курс загальної фізики», Т.1 – М. Наука, вид. Астрел 2002. – с.3364. Р. Дике., Експеримент Єтвеша, «Техніка-молоді», 1963, №7, с.28-29 5. Интернет-ресурс: http://wikipedia.org/6. Интернет-ресурс : http://phys.bspu.by/7. Интернет-ресурс : http://geophys.geol.msu.ru/


Спасибо за внимание!vk.com/daniel_burlaka

facebook.com/daniel.burlaka.7

plus.google.com/+DanielBurlakapro

[email protected]


http://vk.com/daniel_burlaka

http://facebook.com/daniel.burlaka.7

http://google.com/+DanielBurlakapro

Таблица №1

Номердосліду

Кутова швидкість

обертання ω, об/с

Відносна швидкість

V, м/с

Маса кульки m,

г

Сила Коріоліса

F, мН

1 0,5 0,15 2,3 2,172 0,8 0,15 2,3 3,473 1 0,15 2,3 4,334 1,2 0,15 2,3 5,205 1,5 0,15 2,3 6,50

6 0,5 0,15 2,9 2,73

7 0,8 0,15 2,9 4,378 1 0,15 2,9 5,469 1,2 0,15 2,9 6,5610 1,5 0,15 2,9 8,20Наза

дБурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Таблица №2

Номердосліду

Кутова швидкість

обертання ω, об/с

Відносна швидкість

V, м/с

Маса кульки m,

г

Сила Коріоліса

F, мН

1 1,2 0,10 2,3 3,472 1,2 0,15 2,3 5,203 1,2 0,20 2,3 6,934 1,2 0,25 2,3 8,675 1,2 0,30 2,3 10,40

6 1,2 0,10 9,5 14,32

7 1,2 0,15 9,5 21,488 1,2 0,20 9,5 28,649 1,2 0,25 9,5 35,8010 1,2 0,30 9,5 42,96Наза

дБурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Опыт NASA

Первоисточник: graybiel.brandeis.edu

Траєкторія пальця

Исследование последствий действия кориолисовой силы на космонавтов:

Назад



𝐹 к=𝐹 к𝑚𝑎𝑥 ∙ sin𝜑=2𝑚𝜗𝜔 ∙ sin𝜑

Сила Кориолиса, какая действует на определенной широте:

𝛗

Назад


Силы, действующие на шар

𝝎 𝝎

𝜗ц𝜗від

𝜗пер

𝜗пер=𝜔𝑟

𝑟

�⃗�від=�⃗�пер+�⃗�цНазад

�⃗� к�⃗� ц

�⃗� к�⃗� ц

�⃗� к

�⃗� ц

¿𝐹 ц∨¿¿𝐹 к∨¿Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Исследование влияния силы Кориолиса на движение тел в...

Science