Исследовательская работа Гравитация (2 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное Учреждение «Средняя общеобразовательная школа №98»

Гравитация и способы её преодоления.

Исследовательская работа

Гольм Даниил 2А класс

руководитель: Линькова

Нина Ивановна

консультант: Гольм

Елена Алексеевна

Барнаул 2013

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Глава 1. Гравитация…………………………………………………………….…5

1.1. Исаак Ньютон и закон всемирного тяготения………………………..…....5

1.2. Что такое гравитация и как она на нас отражается?………………….….7

Глава 2. Как преодолеть гравитацию?…………………………………………9

2.1. Капиллярные силы………………………………………………………..….9

2.2. Запуск ракеты в космос…………………………………………….….…....12

Глава 3. Интересное и необычное о гравитации………………………….…..14

Выводы…………………………………………………………………………...17

Заключение……………………………………………………………………….18

Список литературы……………………………………………………………....19

Приложение…………………………………………………………………..…..20

Введение

Тема моей работы — «Гравитация и способы её преодоления». Набирая материал для первой исследовательской работы, тема: «Что такое песок?», я узнал о необычном и интересном явлении – оказывается, вода, хранящаяся в песке, способна подниматься вверх. Это происходит, когда расстояние между песчинками достаточно мало, и называется – капиллярными явлениями. Позже мы с мамой увидели в интернете описание опыта с окрашиванием живых цветов в разные цвета, из опыта я узнал, что растения питаются, используя капиллярные явления, и при этом вода поднимается вопреки силам гравитации! Это меня очень заинтересовало, и я решил исследовать всё это более подробно.

Тема моей работы актуальна и в наши дни, учёные всего мира изучают этот вопрос. В этой области ещё много тайн и загадок.

Объект исследования: гравитация.

Предмет исследования: сила притяжения, капиллярные силы, космические ракеты.

Цель работы: узнать как можно больше о силе притяжения и силах, которые могут ей противодействовать.

Задачи:

• узнать, что такое гравитация;

• выяснить, что такое капиллярные силы и как они преодолевают силу притяжения;

• выяснить, как в космос запускают ракеты;

• найти интересные и необычные факты о гравитации.

Гипотезы:

№1. Я предположил, что притягивать может только Земля.

№2. Допустим, тяжёлые тела притягиваются сильнее, чем лёгкие.

№3. Возможно, гравитацию может преодолеть только ракета.

Методы исследования: эксперимент, знаковое моделирование, анализ, синтез, наблюдение, анкетирование и опрос.

Методологическую базу для моего исследования составили материалы энциклопедий, а также интернет-ресурсы.

Практическая значимость: работа используется для проведения уроков по окружающему миру, для подготовки и проведения викторин, интеллектуальных игр в моём классе.

Структура работы: работа состоит из введения, трёх глав, выводов, заключения, списка литературы и приложения.

Глава 1. Гравитация

1.1. Исаак Ньютон и закон всемирного тяготения

[pic]

Исаак Ньютон – великий учёный (1642–1727гг).

Изучением гравитации занимались многие учёные, но открыл и сформулировал закон всемирного тяготения именно Исаак Ньютон.

«Широко известен рассказ о том, что на открытие всемирного тяготения Ньютона навело неожиданное падение яблока с дерева. И он задумался, почему яблоко упало вниз, а не вверх. Быть может, некая невидимая сила притягивает яблоко к Земле? Но ведь падение предметов видели, и другие ученые и пытались его объяснить. Однако никто не сумел этого сделать до Ньютона. Почему яблоко всегда падает не в сторону, подумал он, а прямо вниз, к земле?»[3, 366].

Мне стало известно, что на самом деле своим великим открытием — закона всемирного тяготения, в 1666 г. — И.Ньютон обязан наблюдениям за движениями планет.

Этот закон объясняет, почему Земля, Луна, и все остальные планеты не падают друг на друга. Почему одни предметы воспринимаются как легкие, а другие как тяжелые и что заставляет их падать на землю.

«Вывод Ньютона состоял в том, что между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Сила притяжения зависит от массы тел — тела с большей массой притягивают к себе сильнее, чем тела с меньшей массой, а также от расстояния — чем оно больше, тем меньше сила притяжения.»[3, 366].

Ньютон только описал гравитацию. И у учёных встала необходимость ее объяснить.

1.2. Что такое гравитация и как она на нас отражается?

Я выяснил, что гравитация, или сила тяготения, - это сила, притягивающая физические тела друг к другу. Она удерживает нас на земле, и благодаря ей мы ощущаем свою массу.

[pic]

Каждый, подпрыгнув вверх, обязательно опустится на землю благодаря гравитации. Если бы силы тяготения не существовали, мы покинули бы Землю и улетели в космос. Гравитация определяет траекторию движения звезд и планет, а на Земле каждые сутки вызывает морские приливы.

МАССА И ВЕС.

Оказывается, чем меньше сила тяготения, тем меньше вес. В открытом космосе, вдали от Земли человек, находясь в свободном падении, не действует на опору или подвес – это состояние называется невесомостью, хотя масса человека ничуть не изменилась. На Земле вес любого тела зависит от его массы. Например, масса слона больше массы мыши, и гравитация воздействует на него сильнее, вот почему слон весит больше, чем мышь. Как это действует, я выяснил, с помощью эксперимента №2. (Приложение стр.26)

ВЗАИМНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ.

Я думал, что мы ощущаем силу тяготения только к Земле, но на самом деле она действует между любыми двумя телами. Чем больше масса тел и чем ближе они находятся, тем больше притяжение между ними. Например, два корабля в море взаимно притягиваются, но сила их тяготения слишком мала и просто незаметна. Но два спутника, встречаясь в космосе, испытывают взаимное притяжение, которое называют микро гравитацией. Мне стало интересно, как это происходит, и я провёл эксперимент, (см. приложение стр.25 эксперимент №1).

ПАДЕНИЕ С ВЫСОТЫ.

Мне было интересно узнать что, гравитация изменяет скорость и направление движения тел. Около поверхности Земли тяготение заставляет все предметы двигаться с одинаковым ускорением, какими бы тяжелыми они ни были. При свободном падении (в вакууме – без воздуха) скорость не зависит от массы: легкое тело падает с той же скоростью, что и тяжелое. Этот эффект был замечен еще Галилео Галилеем. Но я всегда думал, что тяжёлый предмет будет падать быстрее, чем лёгкий. Чтобы узнать правду сделал эксперимент. (Приложение стр.28 эксперимент №3)

Глава 2. Как преодолеть гравитацию?

2.1. Капиллярные силы

«Вода, как и все остальное, притягивается к центру Земли невидимой силой, называемой гравитацией. Там, где горные породы не дают воде просачиваться, она образует реки, озера и океаны. Там, где состав пород другой, вода просачивается внутрь до тех пор, пока не устанавливается на самом низком уровне.»[2, 56]

Ярким доказательством тому, что вода притягивается к Земле и стремится занять самый низкий уровень, являются водопады.

[pic]

На фотографии изображен Ниагарский водопад, расположенный на границе между США и Канадой.

Но как же тогда вода поднимается вверх по капиллярам в цветке или просачивается к поверхности между песчинками? Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Пытаясь разобраться с этим вопросом, я выяснил, что вода поднимается с помощью сил поверхностного натяжения, оказывается, у воды тоже есть своя форма, эта форма – шар. Если капнуть каплю воды в невесомости, она будет летать в форме шарика, эту форму вода занимает, если на неё не действует сила притяжения.

[pic]

Но как именно поднимается вода по капиллярам я так и не понял, обязательно займусь изучением этого вопроса в старших классах.

Капиллярные явления играют важную роль во многих биологических процессах. В пористых средах отвечают за распространение грунтовых вод, пропитывание жидкостями тканей и других волокнистых материалов, а также питание растений.

Кроме растений, капиллярные явления для насыщения влагой, используют некоторые виды ящериц, например: «колючий дьявол».

[pic]

«Вода (капли редких в пустыне дождей и роса, выпадающая по утрам) сначала впитывается в систему мелких складок кожи, как в губку. А потом за счет особых движений мышц движется по этим складкам к углам рта и поступает в рот ящерицы. Таким образом «колючий дьявол» может извлекать питьевую воду даже из намоченного дождем песка, вдавливаясь в него брюхом.»[4, 46]

2.2. Запуск ракеты в космос

Мне стало известно, что выйти в космос, преодолев гравитацию, может только ракета. Ракета – это летательный аппарат, который передвигается в пространстве с огромной скоростью. Ракета может летать по воздуху, под водой и в космосе.

[pic]

В каждой ракете есть двигатель, в него помещается топливо, топливо состоит из разных веществ, бывает жидкое, твёрдое или смешанное. Также у ракеты есть камера сгорания, там топливо соединяется с другим веществом (окислителем) и происходит возгорание. От сжигания топлива образуются горячие газы, они проходят через следующий отсек ракеты (сопло) там сильно ускоряются и выбрасываются из ракеты с огромной скоростью, образуя толкающую силу (тягу) отрывают её от земли. И ракета устремляется вперёд.

Однако не всегда для движения ракет используются химические реакции. В паровых ракетах перенагретая вода, вытекающая через сопло, превращается в высокоскоростную паровую струю, служащую толкающей силой. Эффективность паровых ракет относительно низка, однако это окупается их простотой и безопасностью, а также дешевизной и доступностью воды. Работа небольшой паровой ракеты в 2004 году была проверена в космосе на борту спутника UK-DMC. Существуют проекты использования паровых ракет для межпланетной транспортировки грузов, с нагревом воды за счёт ядерной или солнечной энергии.

Ракета пока является единственным транспортным средством, способным преодолеть земную гравитацию и вывести космический аппарат в космос.

Скорость, требуемая для выведения на орбиту космических аппаратов, часто недостижима даже при помощи ракеты. Паразитный вес топлива, конструкции, двигателей и системы управления настолько велик, что не даёт разогнать ракету до нужной скорости за приемлемое время. Задача решается за счёт использования составных многоступенчатых ракет, позволяющих отбросить излишний вес в процессе полёта.

[pic]

Глава 3. Интересное и необычное о гравитации

Луна и гравитация. Я прочитал, что Луна притягивает к себе воду на Земле. В действительности Луна притягивает не только воду, но и любые объекты. По закону тяготения ближняя к Луне сторона Земли притягивается Луной примерно на 7% сильнее, чем дальняя. Для Земли это означает, что на нее действует сила, стремящаяся вытянуть земной шар вдоль оси Луна – Земля. Эта сила получила название приливной силы. Под действием приливной силы весь земной шар немного деформируется. Со стороны Луны и с противоположной стороны возникают небольшие горбы, а по бокам земная кора, наоборот, немного опускается. На экваторе высота этих твердотельных приливов составляет около полуметра. В более высоких широтах она убывает. За счет вращения Земли вокруг своей оси приливные волны движутся по поверхности Земли, обходя ее примерно за 25 часов, за это время в каждой точке Земли дважды происходит прилив и отлив.

Твердотельные приливы трудно заметить, поскольку земная кора поднимается и опускается в масштабах целых континентов.

[pic]

Приливы в океанах вызваны той же самой приливной силой. В открытом океане высота приливной волны примерно такая же, как в земной коре — 30-60 сантиметров. Но морская вода, в отличие от земной коры, подвижна. Поэтому с приближением к берегу высота приливной волны растет. В узких заливах она может подниматься на 10 метров и более.

Гравитация в искусстве. Нью-йоркский художник Холтон Роурер использует силу земного притяжения для того, чтобы создавать удивительные картины. Гравитация – неотъемлемая часть природы. А природа – это лучший художник.

[pic]

О гравитации снимают художественные и документальные фильмы, пишут в книгах, сочиняют стихи, рисуют картины, создают скульптуры.

Земное притяженье.

Вызывает удивление

Это сила притяженья!

Как не прыгал, не старался,

Всё на землю возвращался.

Несмотря на малый вес

Я на дерево залез,

Но сучок вдруг обломился,

Я в полете очутился.

Масса есть и ускоренье

Хлоп! земное притяженье

Физику я испытал,

Когда с дерева упал.

Для человека сила тяготения загадочна, интересна.

Вот ещё несколько произведений искусства на тему гравитации:

[pic] [pic]

Выводы

Гипотеза №1. Я предположил, что притягивать может только Земля.

Гипотеза неверна – все физические тела притягиваются друг к другу, независимо от их происхождения, состава и веса. Гипотеза опровергнута не только на основании книжных знаний, но и опытным путём. Эксперимент №1.

Гипотеза№2. Допустим, тяжёлые тела к Земле притягиваются сильнее.

Моё предположение подтвердилось, чем больше масса тела, тем больше на него воздействует сила земного притяжения. Эксперимент №2.

Гипотеза №3. Возможно, гравитацию может преодолеть только ракета.

Гипотеза подтвердилась частично, на сегодняшний день вырваться в космос человек может только с помощью ракеты, но оторваться от земли, благодаря силе мышц, может и человек, и животные, и птицы. Растения каждый миг спорят с гравитацией с помощью капиллярных сил, а в будущем наука придумает новые способы, которые изменят нашу жизнь. Эксперименты №4-10.

Заключение

Тяготение – самая великая сила. Она тысячелетиями не позволяла строить человеку башни многокилометровой высоты: тяжесть верхних этажей стремилась раздавить нижние. Чуть просчитывались инженеры – и с грохотом обрушивались мосты через широкие реки. Человек завидовал птицам, но лишь в мечтах взмывал в небо. Между тем жизнь людей тесно связана с гравитацией и во многом обязана этой силе.

Выбранная тема оказалась сложной, но очень интересной. Я узнал как действует сила притяжения, но не выяснил откуда она берётся. Исследовал капиллярные силы, меня поразило, что вода поднимается вверх. Узнал много удивительных вещей, связанных с гравитацией, – увидел произведения искусства на тему земного притяжения.

В старших классах я обязательно вернусь к изучению этого вопроса, напишу ещё одну работу на заданную тему. В работе обязательно исследую капиллярные силы, выясню благодаря каким силам птицы поднимаются в небо и почему человеку не доступен полёт птицы, надеюсь узнать как гравитация влияет рост растений и многое другое.

Список литературы

1. Детская энциклопедия от А до Я. – М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2011. – 256с

2. Наш удивительный мир: Иллюстрированная энциклопедия будущего первоклассника, /Пер. с англ./ Моррис Н. – М.: «Омега», 2007. – 192с

3. Обо всём на свете. Большая детская энциклопедия. – М.: ООО «АСТ», 2007. – 387с

4. Цеханская А.Ф., Стрелков Д.Г. Новый атлас животных. – М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2008. – 67с

5. [link]