Номер 2, страница 435 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Примеры заданий для индивидуальной и групповой проектной деятельности - номер 2, страница 435.

Условие.

2. Сконструируйте и постройте модели различных средств передвижения, использующих реактивное движение (воздушные шарики, резервуары с водой, паровые двигатели).

Решение.

Все предложенные модели основаны на принципе реактивного движения, который является следствием третьего закона Ньютона и закона сохранения импульса. Суть этого принципа заключается в том, что при отделении от тела некоторой его части с определённой скоростью, само тело получает скорость, направленную в противоположную сторону. Закон сохранения импульса для замкнутой системы "тело + отделяемая часть" можно записать как:

$m_1 \vec{v}_1 + m_2 \vec{v}_2 = 0$ или $\vec{F}_1 = - \vec{F}_2$

где $m_1$ и $\vec{v}_1$ — масса и скорость тела, а $m_2$ и $\vec{v}_2$ — масса и скорость отделяемой части (например, струи воздуха, воды или пара). Сила, движущая тело вперед, называется реактивной тягой.

---

Модель с использованием воздушного шарика

Это простейшая модель, демонстрирующая реактивное движение. Можно создать небольшую машинку, которая будет двигаться за счёт воздуха, выходящего из шарика.

Материалы:

• Лёгкая основа для машинки (например, пластиковая бутылка 0.5 л, картонная коробка из-под сока).
• Четыре пластиковые крышки от бутылок для колёс.
• Две деревянные шпажки или пластиковые трубочки для осей.
• Один воздушный шарик.
• Одна коктейльная трубочка (желательно с гофрированным изгибом).
• Скотч или клеевой пистолет.

Инструкция по сборке:

1. Подготовьте корпус: проделайте в пластиковой бутылке или коробке два сквозных параллельных отверстия для осей колёс.
2. Вставьте оси (шпажки или трубочки) в отверстия.
3. В центре каждой крышки проделайте отверстие и наденьте их на концы осей. Закрепите их так, чтобы они могли свободно вращаться, но не соскальзывали.
4. Наденьте хвостик воздушного шарика на конец коктейльной трубочки и плотно замотайте скотчем, чтобы не было утечки воздуха.
5. Проделайте в верхней части корпуса машинки ещё одно отверстие и вставьте в него свободный конец трубочки так, чтобы она смотрела назад, параллельно поверхности. Закрепите трубочку скотчем.
6. Надуйте шарик через трубочку. Зажмите её пальцем, поставьте машинку на ровную поверхность и отпустите. Машинка поедет вперёд.

Принцип действия: Сжатый воздух внутри шарика с силой вырывается наружу через трубочку. Согласно третьему закону Ньютона, сила действия (истекающий воздух) равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия (реактивной тяге), которая и толкает машинку вперёд.

Ответ: Сконструирована и построена модель автомобиля, которая приводится в движение реактивной силой, создаваемой потоком воздуха, выходящим из надутого воздушного шарика.

---

Модель с использованием резервуара с водой

Классическим примером такой модели является водяная ракета, которая использует энергию сжатого воздуха для выброса воды и создания тяги.

Материалы:

• Пластиковая бутылка (1.5-2 л) для корпуса ракеты.
• Пластик или плотный картон для стабилизаторов (3-4 шт.).
• Конус для носового обтекателя (можно сделать из другой бутылки или картона).
• Винная пробка или резиновый уплотнитель, плотно входящий в горлышко бутылки.
• Велосипедный или автомобильный насос с иглой для накачивания мячей.
• Вода.
• Прочный скотч или клей.

Инструкция по сборке и запуску:

1. Прикрепите к нижней части бутылки (которая будет верхом ракеты) носовой обтекатель для улучшения аэродинамики.
2. Вырежьте из картона или пластика 3-4 одинаковых стабилизатора и симметрично приклейте их к части бутылки у горлышка. Стабилизаторы обеспечат устойчивость в полёте.
3. Просверлите в центре пробки сквозное отверстие, в которое плотно входила бы игла насоса.
4. Налейте в бутылку воду, заполнив её примерно на 1/3 объёма.
5. Плотно закройте горлышко бутылки пробкой с вставленной в неё иглой насоса.
6. Для запуска вынесите ракету на открытое пространство. Установите её на стартовую площадку (например, на кирпичи) горлышком вниз.
7. Подсоедините насос к игле и начните накачивать воздух в бутылку.
8. По мере роста давления внутри бутылки, в определённый момент оно вытолкнет пробку. Вода под давлением устремится вниз, а ракета, по закону сохранения импульса, взлетит вверх.

Принцип действия: Сжатый воздух давит на воду, выталкивая её с большой скоростью через узкое горлышко. Масса воды, выброшенная в одном направлении, создает реактивную тягу, которая толкает ракету в противоположном направлении.

Ответ: Сконструирована и построена модель ракеты, использующая реактивное движение, создаваемое струёй воды, выбрасываемой из бутылки под давлением сжатого воздуха.

---

Модель с использованием парового двигателя

Простой паровой двигатель можно создать для лодки, известной как "поп-поп". Она использует тепло от свечи для превращения воды в пар, который и создает тягу.

Материалы:

• Основа для лодки (кусок пенопласта, небольшой пластиковый контейнер).
• Мягкая медная трубка диаметром 3-5 мм и длиной 15-20 см.
• Маленькая свечка (например, чайная).
• Водостойкий герметик или эпоксидный клей.
• Плоскогубцы.

Инструкция по сборке:

1. Создайте "паровой котёл": аккуратно согните медную трубку посередине, сделав 2-3 витка в виде спирали. Это будет нагревательный элемент.
2. Оставшиеся концы трубки выгните так, чтобы они были параллельны друг другу. Это будут сопла.
3. Вырежьте из пенопласта корпус лодки.
4. Проделайте в корме лодки два отверстия на расстоянии, равном расстоянию между концами трубки. Отверстия должны быть чуть выше ватерлинии.
5. Проденьте концы трубки через отверстия так, чтобы они выходили наружу и были погружены в воду. Спираль-котёл должна находиться внутри лодки.
6. Тщательно загерметизируйте места входа трубок в корпус, чтобы внутрь не попадала вода.
7. Установите под спиралью свечку так, чтобы пламя нагревало витки трубки.
8. Для запуска "заправьте" двигатель: заполните всю трубку водой (например, с помощью шприца или опустив её концы в воду и всасывая воду с другого конца). Важно, чтобы внутри не осталось воздуха.
9. Поставьте лодку на воду и зажгите свечу.

Принцип действия: Пламя свечи нагревает воду в спирали до кипения. Образующийся пар резко расширяется и выталкивает воду из трубок, толкая лодку вперёд. Затем из-за разрежения, созданного конденсацией пара, в трубки засасывается новая порция холодной воды. Цикл повторяется, создавая характерный пульсирующий звук "поп-поп" и обеспечивая непрерывное движение.

Ответ: Сконструирована и построена модель лодки с паровым реактивным двигателем, который использует энергию пара для создания пульсирующей тяги.