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

Слайд №4Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Теоретическая часть

Слайд №5Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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

Слайд №7Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Проявление силы Кориолиса

𝐹 к=𝐹 к𝑚𝑎𝑥 ∙ sin𝜑=2𝑚𝜗𝜔 ∙ sin𝜑

Сила Кориолиса, какая действует на определенной широте:

𝛗

Слайд №9

Проявление силы на Земле

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Слайд №10

Маятник Фуко Пантеон, ПарижГироскоп

Циркуляция атмосферыЦиркуляция водных течений

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Проявление силы Кориолиса

Практическая часть

Слайд №11

Анализ ТЮФовскойзадачи

Лабораторная работа

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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.»

Слайд №12Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Установка

5 10 150 20

Вид сбоку: Вид сверху:

Источник

питания

Горизонтальный

диск

Штатив

Двигатель

Слайд №13

Желоб

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Наблюдения

Слайд №14

1

2

21 72

Для однороднойсферы:

21 52

Для полой сферы:

Силы и их направления

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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)

Слайд №15Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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

Слайд №16Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Цель работы:Исследовать действие силы Кориолиса экспериментальным путём

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

Лабораторная работа

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 > ❑⇒

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Лабораторная работа

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 > ❑⇒

❑⇒

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Лабораторная работа

Демонстрация зависимости величины кориолисовой силы инерции от массы

шарики1

2

3

4

Слайд №19

4

𝑚2 >𝑚1 > ❑⇒

О

ω

�⃗� 1 О

ω

�⃗� 2

𝑚2𝑚1

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Лабораторная работа

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

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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/

Слайд №22Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Спасибо за внимание!vk.com/daniel_burlaka

facebook.com/daniel.burlaka.7

plus.google.com/+DanielBurlakapro

danielburlaka@gmail.com

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

Проявление силы Кориолиса

𝐹 к=𝐹 к𝑚𝑎𝑥 ∙ sin𝜑=2𝑚𝜗𝜔 ∙ sin𝜑

Сила Кориолиса, какая действует на определенной широте:

𝛗

Назад

Бурлака Данил, «Научно-практическая конференция»

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»