Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1. Введение

Актуальность. В многочисленных войнах на протяжении всей истории человечества, враждующие стороны, доказывая своё превосходство, использовали сначала камни, копья и стрелы, а затем ядра, пули, снаряды и бомбы. Успех во многом определялся точностью попадания в цель. Однако навыка воина, разрешающей способности его глаза было недостаточно для точного попадания в цель в артиллерийской дуэли первым. Желание побеждать стимулировало появление баллистики, возникновение которой относится к 16 веку.

Довольно часто приходится иметь дело с движением тел, получивших начальную скорость не параллельно силе тяжести, а под некоторым углом к ней или к горизонту. О таком теле говорят, что оно брошено под углом к горизонту. Когда, например, спортсмен толкает ядро, метает диск или копьё, он сообщает этим предметам именно такую начальную скорость. При артиллерийской стрельбе стволам орудий придается некоторый угол возвышения, так что вылетевший снаряд тоже получает начальную скорость, направленную под углом к горизонту.

Пули, снаряды и бомбы, теннисный и футбольный мячи, и ядро легкоатлета, при полёте движутся по баллистической траектории. На уроках физкультуры мы сталкиваемся с баллистическим движением: при метании спортивных снарядов, при игре в баскетбол, футбол, волейбол, бадминтон, прыжках в длину и высоту и т.д.

Поэтому я решил более подробно изучить теорию баллистического движения, выяснить, какие параметры баллистического движения необходимо знать, чтобы увеличить точность попадания в цель.

Цель работы: Изучение баллистического движения на уроках физики у нас вызвало большой интерес. Но к сожалению эта тема в учебнике нам дана поверхностно, и мы в серьёз решили заинтересоваться ей. Мы хотим рассказать про баллистику как науку, показать баллистическое движение в практической части.

Задачи: изучить баллистическое движение; подтвердить теорию на основе эксперимента; выяснить какое значение имеет баллистика в жизни человека, изготовить модели.

Гипотеза исследования : Баллистика - раздел механики, изучающий движение тел в поле тяжести Земли. Пули, снаряды, мячи все двигаются по баллистическим траекториям.

Каким же образом при движении пули, снаряда, мяча, при прыжке с трамплина можно точно попасть в цель.

В ходе работы использовались следующие методы исследования:

Теоретические (изучение, анализ, обобщение литературы).

Эмпирические (наблюдения, измерения).

Практический (эксперимент, изготовление прибора).

Интерпретационные (количественная и качественная обработка результатов).

Практическая значимость: Изучение баллистического движения имеет большое практическое значение:

В спорте:для вратаря, выбивающего мяч от ворот, при метании гранаты, прыжки в

высоту и длину, прыжки с трамплина;

Для пожарного направляющего струю воды на крышу дома;

Для военных:при запуске баллистических ракет, мин, снарядов, пуль.

Используя законы кинематики, установленные Галилео Галилеем можно определить дальность и высоту полёта, время движения и угол наклона к горизонту.

2. Теоритическая часть

2.1.Понятие - баллистики

Баллистика (от греч. “ballo” — бросать, метать) — наука о движении тел, брошенных в пространстве, основанная на математике и физике. Она занимается, главным образом, исследованием движения снарядов, выпущенных из огнестрельного оружия, ракетных снарядов и баллистических ракет.

2.2. История возникновения баллистики

В многочисленных войнах на протяжении всей истории человечества враждующие стороны, доказывая своё превосходство, использовали сначала камни, копья, и стрелы, а затем ядра, пули, снаряды, и бомбы. Успех сражения во многом определялся точностью попадания в цель. При этом точный бросок камня, поражение противника летящим копьём или стрелой фиксировались воином визуально. Это позволяло при соответствующей тренировке повторять свой успех в следующем сражении.

Значительно возросшая с развитием техники скорость и дальность полёта снарядов и пуль сделали возможным дистанционные сражения. Однако навыка воина, разрешающей способности его глаза было недостаточно для точного попадания в цель. Поэтому возникла необходимость в создании науки, которая занималась бы изучением движения снарядов, копий и т.п. Мерсенн (французский математик,физик) в 1644 г. предложил назвать науку о движении снаряда - баллистикой.

Основные разделы баллистики: внутренняя баллистика и внешняя баллистика. Внешняя баллистика изучает движение снарядов, мин, пуль, неуправляемых ракет и др. после прекращения их силового взаимодействия со стволом оружия (пусковой установкой), а также факторы, влияющие на это движение. Основные разделы внешней баллистики: изучение сил и моментов, действующих на снаряд в полёте; изучение движения центра масс снаряда для расчета элементов траектории, а также движение снаряда относительно центра масс с целью определения его устойчивости и характеристик рассеивания. Разделами внешней баллистики являются также теория поправок, разработка методов получения данных для составления таблиц стрельбы и внешне баллистическое проектирование. Движение снарядов в особых случаях изучается специальными разделами внешней баллистики: авиационной баллистикой, подводной баллистикой и др.

Внутренняя баллистика изучает движение снарядов, мин, пуль и др. в канале ствола оружия под действием пороховых газов, а также другие процессы, происходящие при выстреле в канале или камере пороховой ракеты. Основные разделы внутренней баллистики: пиростатика, изучающая закономерности горения пороха и газообразования в постоянном объёме; пиродинамика, исследующая процессы в канале ствола при выстреле и устанавливающая связь между ними, конструктивными характеристиками канала ствола и условиями заряжания; баллистическое проектирование орудий, ракет, стрелкового

Баллистика - прежде всего военно-техническая наука, применяемая в проектировании орудий, ракетных пусковых установок и бомбардировщиков. На базе баллистических расчетов создаются авиабомбы, артиллерийские и ракетные снаряды. Не менее важную роль играет баллистика и в таких отраслях знаний, как проектирование космических кораблей и криминалистика. Научные основы баллистики были заложены в XVI веке.

Первыми объектами, которые создавались на основе строгих законов баллистики, были осадные метательные машины. Они были известны еще с античных времен и широко

применялись вплоть до позднего средневековья (до изобретения пороха и огнестрельного оружия). Одна из таких машин - баллиста - была способна метать камни, бревна и другие предметы массой до 100 кг на расстояние до 400 м (а тяжелые стрелы даже на 1 км). По такому же принципу действовали арбалеты, катапульты, онагры (рис. 2) и требушет (Рис. 1).

Рис. 1. Требушет. Рис. 2. Онагр

Позднее их вытеснила с поля боя артиллерия: пушки, минометы и гаубицы.

К началу ХVII века относятся работы великого учёного Галилея (1564 - 1642 г.) В 1638 г. он предположил, что траектория снаряда является параболой. С этого времени расчёты траекторий производились по формулам параболической теории.

Как самостоятельная, определённая область науки, баллистика получила широкое развитие с середины XIX века. Баллистика многим обязана трудам великих русских математиков Н. И. Лобачевского, П. Л. Чебышева, М. В. Остроградского, замечательным работам воспитанников Михайловской артиллерийской академииА. А. Фадеева, Н. В. Майевского, Н. А. Забудского, В. М. Трофимова, Н. Ф. Дроздоваи др.

До начала ХIХ века баллистикой занимались в различных странах лишь отдельные учёные. С созданием в России в 1820 г. Михайловского артиллерийского училища, преобразованного в 1855 г. в Михайловскую артиллерийскую академию, было положено начало русской артиллерийской школе.

В ХХ веке перед внешней баллистикой возникли новые задачи:

сверхдальняя стрельба,

составление точных баллистических таблиц, содержащих информацию о поправках прицела в соответствии с дистанциями до цели..

В настоящее время применение баллистики в боевых действиях предусматривает расположение системы оружия в таком месте, которое позволяло бы быстро и эффективно

поразить намеченную цель с минимальным риском для обслуживающего персонала.

Доставка ракеты или снаряда к цели обычно разделяется на два этапа. На первом, тактическом, этапе выбирается боевая позиция ствольного оружия и ракет наземного базирования либо положение носителя ракет воздушного базирования. Цель должна находиться в пределах радиуса доставки боезаряда. На этапе стрельбы производится прицеливание и осуществляется стрельба. Для этого необходимо определить точные координаты цели относительно оружия - азимут, возвышение и дальность, а в случае движущейся цели - и ее будущие координаты с учетом времени полета снаряда.Перед стрельбой должны вноситься поправки на изменения начальной скорости, связанные с износом канала ствола, температурой пороха, отклонениями массы снаряда и баллистических коэффициентов, а также поправки на постоянно меняющиеся погодные условия и связанные с ними изменения плотности атмосферы, скорости и направления ветра.

С увеличением сложности и расширением круга задач современной баллистики появились новые технические средства, без которых возможности решения нынешних и будущих баллистических задач были бы сильно ограничены.

2.3.Движение тела, брошенного под углом к горизонту

Довольно часто приходится иметь дело с движением тел, получивших начальную скорость не параллельно силе тяжести, а под некоторым углом к ней (или к горизонту). О таком теле говорят, что оно брошено под углом к горизонту. Когда, например, спортсмен толкает ядро, метает диск или копьё, он сообщает этим предметам именно такую начальную скорость. При артиллерийской стрельбе стволам орудий придается некоторый угол возвышения, так что вылетевший снаряд тоже получает начальную скорость, направленную под углом к горизонту.

На снаряд, вылетевший из ствола с определенной скоростью, в полете действуют две основные силы: сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Действие силы тяжести направлено вниз, оно заставляет пулю непрерывно снижаться. Действие силы сопротивления воздуха направлено навстречу движению пули, оно заставляет пулю непрерывно снижать скорость полета. Все это приводит к отклонению траектории вниз.

На рис. 3 показан стробоскопический снимок шарика, брошенного под углом 60° к горизонту. Соединив последовательные положения шарика плавной линией, получим траекторию движения шарика. Это кривая называется параболой. О том, что тело, брошенное под углом к горизонту, движется по параболе, знал ещё Галилей. И опять только законы движения Ньютона и закон всемирного тяготения дают этому объяснение.

Рис. 3 Рис. 4

Пусть из некоторой точки с начальной скоростью, направленной под углом α к горизонту, брошено тело. Примем за начало отсчёта точку, из которой тело брошено. Ось X направим горизонтально, а ось Y - вертикально (рис. 4).

За начало отсчёта времени примем момент времени, когда тело было брошено. Из рисунка видно, что тело совершает движение одновременно вдоль оси х и оси у .

Рассмотрим движение тела вдоль оси х х равна

Так как на тело действует только сила тяжести, направленная по вертикали вниз, то тело движется с ускорением, которое называется ускорением свободного падения и направлено вертикально вниз. Проекция ускорение свободного падения на ось х равна нулю:

Следовательно, вдоль оси х тело движется равномерно, значит, проекция скорости на ось х в любой момент времени остаётся постоянной.

Расстояние от точки вылета тела до точки приземления называется дальностью полёта. Для расчета дальности полёта воспользуемся формулой перемещения при равномерном движении:

где - время полёта.

Координата х в любой момент времени t может быть вычислена по формуле координаты равномерного движения:

где.- начальная координата.

Рассмотрим теперь движение тела вдоль оси у . Проекция начальной скорости на ось у равна

Проекция ускорения свободного падения на ось у неравна нулю:

поэтому движение тела вдоль оси у будет равноускоренным. Следовательно, проекция скорости на ось у в любой момент времени может быть вычислена по формуле

Высота подъёма тела вычисляется по формуле координаты для равноускоренного тела:

где.- начальная высота.

Координата у в любой момент времени вычисляется аналогично:

где.- начальная координата тела.

Для расчета максимальной высоты подъёма используют следующие формулы:

Следует помнить, что при движении тела брошенного под углом к горизонту проекция скорости на ось у изменяется и в верхней точке траектории равна нулю.

Чтобы построить траекторию, по которой движется тело, необходимо получить уравнение траектории. Для этого воспользуемся уравнениями координаты х равномерного движения и координаты у для равноускоренного движения:

Рассмотрим движение тела из начала отсчёта, т.е.

Следовательно, и

Полученное значение времени t подставим в уравнение координаты y .

Найдём проекции на координатные оси (рис. 4):

ОУ : ;.

Найденные проекции подставляем в уравнение координаты у:

По этим формулам можно рассчитать координаты точек, которые будут изображать последовательные положения тела. Плавная кривая, проведённая через эти точки, и есть расчётная траектория. Она показана на (рис. 4). Имея эту кривую, можно узнать значение одной из координат при том или ином значении другой координаты.

Полученные результаты справедливы для идеализированного случая, когда можно

пренебречь сопротивлением воздуха, температурой, ветром, влажностью и давлением воздуха, силой Кориолиса. Реальное движение тел в земной атмосфере происходит по баллистической траектории, существенно отличающейся от параболической из-за наличия условий, приведённых выше (рис.5).

Баллистическая траектория - траектория, по которой движется тело, обладающее некоторой начальной скоростью, под действием силы тяготения силы аэродинамического сопротивления воздуха, его влажности, температуры и давления.

Без учёта сопротивления воздуха и прочих условий баллистическая траектория, представляет собой расположенную над поверхностью Земли часть эллипса, один из фокусов которого совпадает с гравитационным центром Земли.

При увеличении скорости движения тела сила сопротивления воздуха возрастает. Чем больше скорость тела, тем больше отличие баллистической траектории от параболы. При движении снарядов и пуль в воздухе максимальная дальность полёта достигается при угле вылета 30° - 40° Расхождение простейшей теории баллистики с экспериментом не означает, что она не верна в принципе. В вакууме или на Луне, где практически нет атмосферы, эта теория даёт правильные результаты.

В настоящее время расчёт баллистической траектории запуска и выведения на требуемую орбиту спутников Земли и их посадки в заданном районе осуществляют с большой точностью мощные компьютерные станции.

Рис. 5. Отличие реальной баллистической кривой от параболы.

3. Практическая часть

3.1 Исследование движения тела, брошенного под углом к горизонту.

При стрельбе на горизонтальной поверхности под различными углами к горизонту

дальность полета снаряда выражается формулой

l = x max = v 0 2 sin2 /g (1)

Из этой формулы следует, что при изменении угла вылета снаряда от 90 0 до 0 0 дальность его падения максимальна, когда произведение cos sin наибольшее. Эту зависимость в данной работе надо проверить на опыте с помощью баллистического пистолета. Легко убедиться, что максимальная дальность будет при стрельбе под углом в 45 0 , а для двух углов, дающих в сумме 90 0 , дальность полета одинакова.

Данная формула выражает связь между дальностью полета и начальной скоростью снаряда. Если одну из этих величин мы определили экспериментально, то формула позволяет вторую величину вычислить. Это один из возможных подходов к определению начальной скорости.

С другой стороны, если выстрел производится в вертикальном направлении, то, измеряя высоту подъема снаряда Н, можно определить начальную скорость из соотношения:

v 0 = (2)

Необходимо понимать, что начальная скорость зависит только от упругости пружины пистолета, массы шарика и других параметров прибора. При разных углах наклона ствола меняется только направление скорости, но не ее величина. Если величина начальной скорости снаряда известна, было бы интересно убедиться в верности полученных результатов. Движение снаряда описывается соотношениями:

h=y=v 0 sint- gt 2 /2 (3)

t = v 0 sin/g (4)

Где t-время полета снаряда до вершины. Подставляя последнее выражение в формулу для высоты, получим:

h= v 0 sin 2 /2g (5)

Пистолет представляет собой спиральную пружину (1) со стержнем вдоль оси, укрепленную на скобе (2) с угломером (3). На стержень насаживается специальный шарик, имеющий сквозной канал. При насаживании шарика, последний сжимает пружину и зацепляется за спусковой крючок в основании стержня. Если нажать на выступающую часть (5) спускового крючка, то шарик освобождается и под действием пружины двигается вдоль стержня в заданном направлении. На стол в месте падения шарика надо положить полоску бумаги и закрепить ее двумя кусочками липкой ленты, а сверху положить листок копировальной бумаги. При падении шарика на бумаге остается хорошо заметный след.

Выполнение работы.

Оборудование: баллистический пистолет, лента измерительная, лист линолеума, измерительная линейка.

Задание1. Изучение зависимости дальности полета снаряда от угла наклона ствола пистолета. На краю стола закрепили струбцину с баллистическим пистолетом. В месте падения снаряда положили лист линолеума. Устанавливая пистолет под углами 30 0 ,45 0 ,60 0 , 90 0 сделали по несколько выстрелов для каждого угла. Обвели следы падения мелом на линолеуме и рядом отметьте углы бросания. Среднее значение дальности вычислилипо формуле (1) и записали в таблице результатов.

Задание2. Вычисление времени полета шарика. Используя данные из задания1 вычислили время полёта шарика по формуле (4). Результаты занесли в таблицу.

Задание3. Исследование высоты полета снаряда . Используя полученные ранее результаты, вычислим максимальную высоту полета и расстояние, на котором снаряд находится в наивысшей точке по формуле (5). Результаты вычислений занесли в таблицу. Убедимся в ходе эксперимента, что вычисленные значения высоты полета снаряда соответствуют реальности. Для этого установили лабораторный штатив на половине дальности полета шарика от точки вылета для данного угла наклона пистолета, закрепили на штативе в вертикальной плоскости кольцо на вычисленной высоте. Внимательно проследили за тем, чтобы снаряд, кольцо и мишень находились в одной вертикальной плоскости. Произвели выстрел. Расчет сделан правильно, снаряд пролетел сквозь кольцо и поразил мишень.

Задание4. Определение начальной скорости снаряда. Используя формулу v 0 = (2), вычислили начальную скорость, используя результаты, полученные ранее.

Таблица результатов.

Угол α.	l изм., м.	t пол .,с	ḥ max ,м	v 0 , м/c
Среднее значение

Выводы: 1). Максимальная дальность полёта при угле 45 0 равна 2,9 м.

2). Среднее время полёта шарика равно 0,57 с.

3). Максимальна высота полёта при угле 90 0 равна 1,41 м.

4). Среднее значение начальной скорости шарика равно 5,28 м/с.

3.2 Исследование движения тела, брошенного горизонтально.

Шарик скатывается по изогнутому желобу, нижняя часть которого горизонтальна. После отрыва от желоба шарик движется по параболе, вершина которой находится в точке отрыва шарика от желоба. Выберем систему координат, как показано на рисунке. Начальная высота шарика и дальность полета связаны соотношением Согласно этой формуле при уменьшении начальной высоты в 4 раза дальность полета уменьшается в 2 раза. Измерив и можно найти скорость шарика в момент отрыва от желоба по формуле

Цель работы :

Установить зависимость дальности полета тела, брошенного горизонтально, от высоты броска.

Экспериментально подтвердить справедливость закона сохранения импульса для двух шаров при их центральном столкновении.

Оборудование: желоб, шарик, штатив с муфтой, измерительная лента.

Задание 1. Исследование движения тела, брошенного горизонтально.

В качестве исследуемого тела используют стальной шарик, который пускают от верхнего конца желоба. Затем шарик отпускают. Пуск шарика повторяют 6 раз и находят. Затем увеличивает высоту от пола до конца желоба, повторяем пуск шарика.

Данные измерений заносим в таблицу:

Таблица результатов

	Опыт 1	Опыт 2	Опыт 3	Опыт 4	Опыт 5	Опыт 6
h, м
l, м

t, с

Задание 2 . Изучение закона сохранения импульса

Измеряем на весах массу стального шара m 1 иm 2 . На краю рабочего стола закрепляем прибор для изучения движения тела, брошенного горизонтально. На место падения шарика кладем чистый лист белой бумаги, приклеивают его скотчем и накрывают копиркой. Отвесом определяют на полу точку, над которой располагаются края горизонтального участка желоба. Пускают шарик и измеряют дальность его полета в горизонтальном направленииl 1 . По формулевычисляем скорость полета шара и его импульс р 1 .

Далее устанавливаем напротив нижнего конца желоба, используя узел с опорой, другой шарик. Вновь пускают стальной шарик, измеряют дальность полета l 1 ’ и второго шара l 2 ’ . Затем вычисляют скорости шаров после столкновения V 1 ’ и V 2 ’ , а также их импульсыp 1 ’ и p 2 ’ .

Данные занесем в таблицу.

Таблица результатов

m 1 ,	m 2 ,	l 1 , м	V 1 , м/с	р 1 ,	l 1 ’ ,	l 2 ’ , м	V 1 ’ , м/с	V 2 ’ , м/с	H, м	р 1 ’ , кгм/с	р 2 ’ , кгм/с

Вывод: На данной работе мы изучили движение тела, брошенного горизонтально, установил зависимость дальности полета от высоты броска и экспериментально подтвердил справедливость закона сохранения импульса.

3.3Решение задачи

Пуля массой m = 15 г, летящая горизонтально со скоростью v = 200 м/с, попадает в баллистический маятник длиной l = 1 м и массой М = 1,5 кг и застревает в нем. Определите угол отклонения φ маятника.

Вывод: Метод баллистического маятника позволяет рассчитать дульную энергию и скорость пули по углу отклонения 3.3 Компьютерное моделирование баллистического движения.Цель: исследование зависимости дальности полёта тела, брошенного под углом к горизонту, от угла бросания через построение модели в электронной таблице. Оборудование : мультимедийный проектор, экран для проекций и лазерная указка; персональные компьютеры с установленной программой MicrosoftExcel .

Компьютерный эксперимент позволяет точнее исследовать баллистическое движение, т.к. в реальных условиях существует сопротивление воздуха, шарик может вращаться, а на вращение тратится часть энергии, не всегда точно удаётся определить место падения шарика, т.е. имеет место ошибка измерений и т.д. Всё это исключается в компьютерном эксперименте. Проведём мы его с помощью программы Excel . После проведения эксперимента мы построим траекторию движения тела (параболу) и убедитесь, что максимальная дальность полёта достигается при угле броска 45°.

В процессе работы вам необходимо провести эксперимент для различных углов и заполнить таблицу дальности полёта для скорости 20 м/с

В ячейки В1, В2 и В3 вводим исходные данные (начальная высота, начальная скорость и угол броска в градусах).

В ячейку В4 вводим формулу = РАДИАНЫ(B3), осуществляющую перевод значения угла из градусной меры в радианную. В ячейки А6 -А23 вводятся значения времени от 0 до 3,4 с шагом 0,2 с. В ячейку В6 вводим формулу для вычисления координаты х : =$B$2*COS($B$4)*A6. Затем копируем её в ячейки В7-В23. После этого в ячейку С6 вводим формулу =$B$1+$B$2*SIN($B$4)*A6-4,9*A6^2 для расчёта координаты y . Эту формулу затем копируем в ячейки С7-С23. После этого при помощи Мастера диаграмм строим траекторию полёта, т.е. зависимость y(x ).

Определить дальность полёта можно при помощи специальной процедуры Сервис - Подбор параметра (показывает действие процедуры Сервис - Подбор параметра для угла 39°). Для этого в столбце С находим ячейку, в которой значение координаты y наиболее близко к нулю. Для угла 39° такой ячейкой является С19. Выделяем эту ячейку, вводим команду Сервис - Подбор параметра. Появляется панель Подбор параметра. На этой панели в поле Значение вводим 0. В поле Изменяемая ячейка вводим адрес ячейки $A$19, в которой производится подбор значения аргумента. Щёлкаем по кнопке ОК - появляется значение 39,92.

Судьба, как ракета, летит по параболе,………………………………………..

Как трудно даётся нам эта парабола!..

Сметая каноны, прогнозы, параграфы, -15-

Несутся искусство, любовь и история -по параболической траектории!

А. Вознесенского «Параболическая баллада»

Вывод: при выполнении работы проведеномоделирование баллистического движения, установлена, что дальность полёта максимальна при углу 45 0 , а максимальная высота

3.4 Пружинный баллистический пистолет.

Экспериментальная установка состоит из баллистического пистолета, закреплённого на штативе с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Баллистический пистолет состоит из пластмассовой или металлической трубки, стальной пружины и резинового снаряда.

Цель: Изготовление пружинного пистолета и исследование баллистических закономерностей при разных видах бросания снаряда.

Задание 1. Измерение коэффициента жесткости пружины.

По закону Гука мы определим жесткость. F упр =kx; k=

k- коэффициент жесткости, x- удлинение.

При помощи динамометра растянем пружину с силой 1Н,2Н,3Н,4Н,5Н.

Из третьего закона Ньютона |F тяги |=|-F упр | (F 1 =-F 2). Значит Сила упругости равна силе с которой мы растягиваем пружину. При помощи сантиметровой ленты измерим удлинение.

Таблица результатов

K средняя, Н/м

Вывод: среднее значение коэффициента жесткости = 35,3 Н/м.

Задание 2 . Вычисление потенциальной энергии деформированной пружины пистолета.

Цель: вычислить значение потенциальной энергии упруго деформированного тела и рассчитать начальную скорость снаряда.

По закону сохранения энергии E п = E к

E п = - потенциальная энергия, деформированной пружины пистолета;

E к = - кинетическая энергия снаряда;

Начальная скорость снаряда.

м/с - Скорость, вычисленная по закону сохранения энергии.

м/с - Скорость. вычисленная кинематическим методом.

Вывод: Скорость снаряда, вычисленная кинематическим методом больше скорости, вычисленной через закон сохранения энергии, т.к. в законе сохранения энергии не учитываются потери энергии на преодоление трения. Вычислив скорость двумя методами можно найти усредненное значение скорости, м/с.

Задание 3 . Установить пружинный пистолет с таким наклоном, чтобы выстрелив. Попасть в заданную цель, находящуюся от него на заданном расстоянии.

Оборудование: пружинный пистолет, динамометр, измерительная сантиметровая лента, транспортир.

Указание:

Вычислить начальную скоростьснаряда при любом угле наклона к горизонту.

Измерить расстояние L по горизонтали до цели.

Вычислить угол под которым должен быть выпущен снаряд по формуле:

Вычисления: = arcsin: 2 40 0

Проверка на опыте:

1. Установив угол наклона баллистического пистолета расчётным данным 40 0 .

2. Произвели выстрел в заданную мишень.

3. Есть попадания, но с небольшой погрешностью, т.к. при вычислении не учитываем сопротивление воздуха.

Вывод: Выполнив экспериментальное задание убедились в том, что с помощью изготовленного баллистического пистолета можно попасть в заданную цель.

3.5 Изготовление катапульты

Чтобы запускать такую модель самолёта, нужна катапульта.

Для ее изготовления взяли спичечный коробок, вынули из него ящичек и проделали в футляре отверстие на расстоянии 10 мм от края. В отверстие вставили спичку так, чтобы ее головка была внизу. Спичка будет выполнять роль спускового устройства катапульты.

Теперь ящичек можно вставить и надеть на него резиновое кольцо. Толщина резинки должна быть небольшой, а сама резинка - эластичной. Резинку-кольцо надели на ящичек так. Верхнюю часть кольца натянули и закрепили на выступающем конце спички. Катапульта заряжена.

На поверхность коробка положили изготовленную модель самолетика - его хвостовая часть должна касаться спички катапульты. Выбрали направление запуска модели и потянули спичку катапульты вниз. Резинка соскочит и вытолкнет модель в воздух.

Вывод: Простейшая модель катапульты позволяет пронаблюдать баллистическое движение.

3.6 Катапульта из бумаги.

Простая и клевая катапульта из простой бумаги и скотча! Эта катапульта - забавная игра не только для детей, но и для взрослых. Стреляет такая простая катапульта далеко, а делается за считанные минуты.

Чтобы сделать катапульту из бумаги своими руками, мы использовали:

листы бумаги - 10 шт;

горячий клей;

канцелярскую резинку;

• крышку от пластиковой бутылки.

Вывод: катапульта из бумаги проста в изготовлении, наглядна в демонстрации.

4. Заключение

Движение является неотъемлемой формой существования вещества во Вселенной. Оно характеризует изменения, происходящие в окружающем нас мире. В движении участвует каждый атом любого тела. Одним из видов равноускоренного движения является баллистическое движение.

Исторически так сложилось, что баллистика возникла как воинская наука, определяющая теоретические основы и практическое применение закономерностей полета снаряда в воздухе и процессов, сообщающих снаряду необходимую кинетическую энергию. Баллистика имеет дело с бросанием (полетом, движением) снаряда (пули), мяча. Без баллистики в военном деле не обойдешься. Без нее невозможно рассчитать и построить современные образцы огнестрельного оружия, без нее невозможно метко стрелять. Артиллерист, не знающий баллистики, подобен землемеру, не знающему геометрии. Он действует наугад и только зря тратит порох. Баллистика нужна и стрелку. Зная законы полета своей пули, он будет уверенно направлять ее в цель.

Применение баллистики в боевых действиях предусматривает расположение системы оружия в таком месте, которое позволяло бы быстро и эффективно поразить намеченную цель с минимальным риском для обслуживающего персонала.

Пули, снаряды и бомбы так, как и теннисный и футбольный мячи, и ядро легкоатлета, при полёте движутся по баллистической траектории. На уроках физкультуры мы сталкиваемся с баллистическим движением: при метании спортивных снарядов, при игре в баскетбол, футбол, волейбол, бадминтон

Экспериментально исследовали зависимость дальности полёта от угла вылета снаряда на баллистических самодельных приборах. И пришли к следующему выводу: с

увеличением угла вылета снаряда, при одинаковой начальной скорости, дальность полёта уменьшается, а высота увеличивается. Оптимальный угол вылета составляет от 37 до 42 градусов.

Итак, мы проделали огромную и трудную работу по изучению данного явления. Все оказалось не так уж и просто, как на самом деле! Можно считать, что мы выполнили выше поставленные цели и задачи и с успехом завершили свою работу. Теперь мы ближе знакомы с баллистическим движением, с его характеристиками и определенными условиями. Изучая данный вид движения, мы ответили на свои вопросы, которые у нас возникали в ходе урока и теперь мы можем спокойно и разумно рассуждать о правильности и особенностях баллистического движения.

В ходе выполнения работы стоит отметить, что выполняя данную работу и изобретая модели, показывающие данное движение, мы подходили с особым интересом и любознательностью, в серьез заинтересовавшись им, ведь это такой распространенный вид движения, и в данный момент, он находит себе актуальность и разнообразие в использовании. А также, впоследствии написания исследовательской работы нами была проделана колоссальная работа, а также подробно были рассмотрены некоторые задачи и параметры данного движения.

В целом, я узнал каким же образом при движении пули, снаряда, мяча, при прыжке с трамплина можно попасть в цель и много нового.

В заключении хочется сказать, что я узнал достаточно много нового из курса физики и расширил свой кругозор. Лично на меня, эта работа произвела огромное впечатление, и я получил огромное удовольствие при ее выполнении.

В дальнейшим мы планируем применить полученные знания на уроках физкультуры с целью улучшения результатов в различных видах лёгкой атлетики, спортивных играх.

5. Литература

http://www.referat.ru/

http://www.shooting-ua.com/books/book_111.2.htm

Касьянов В.А. «Физика 10 класс»

Петров В.П. «Управление ракетами»

Жаков А.М. «Управление баллистическими ракетами и космическими объектами»

Уманский С.П. «Космонавтика сегодня и завтра»

Огарков Н.В. «Военный энциклопедический словарь»

http://ru.wikipedia.org/wiki/Баллистика




















Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

• продолжить изучение движения с постоянным ускорением свободного падения;
• ввести понятие баллистического движения, описать данное движение с помощью кинематических уравнений;
• продолжить формирование естественнонаучных представлений по изучаемой теме;
• создавать условия для формирования познавательного интереса, активности учащихся;
• способствовать развитию конвергентного мышления;
• формирование коммуникативного общения.

Оборудование: интерактивный комплекс SMART Board Notebook, на каждом столе лежит «Сборник по физике» Г. Н. Степановой.

Метод ведения урока : беседа с использованием интерактивного комплекса SMART Board Notebook.

Эпиграф урока:

«Из всех знаний наиболее
полезно для нас знание
природы, ее законов»
Ламарк

План урока:

1. Оргмомент
2. Проверка знаний, их актуализация(методом фронтального опроса)
3. Изучение нового материала(каркасом нового материала является презентация)
4. Закрепление
5. Рефлексия
6. Домашнее задание: Г.Я Мякишев «Механика 10 класс» § 1.24, 1.25

Ход урока

учитель: Здравствуйте, ребята! Садитесь. На прошлом уроке мы рассматривали свободное падение. Дайте определение данного движения.

ученик: Движение тела только под влиянием притяжения к Земле называют свободным падением.

учитель: Какие кинематические уравнения описывают данное движение?

Ученик выходит и пишет маркером на интерактивной доске

ученик:

y=y 0y +V 0y t+g y t 2 /2
Vy=V 0y +g y t

учитель: Открыли «Сборник задач по физике» Г.Н. Степановой на стр. 28 №155. Рассмотрим рисунок 37. Опишите характер движения тела в случае а)



ученик:

y=h-gt 2 /2
V=-gt

учитель: Какие кинематические уравнения описывают движение в случае б)?



ученик:

y=V 0 t-gt 2 /2
V=V 0 -gt

Пишет маркером на интерактивной доске, остальные в тетрадях.

учитель: Рассмотрим случай г)



ученик:

g y y=-g
V 0y =-V 0
y=h-V 0 t-gt 2 /2
V=-V 0 -gt

Пишет маркером на интерактивной доске, остальные в тетрадях.

учитель: Молодцы! Эти движения описываются известными Вам кинематическими уравнениями. Движение с ускорением g может быть как прямолинейным, так и криволинейным. С движением тел получивших начальную скорость под углом к ускорению g, приходится встречаться довольно часто. Приведите примеры из жизни такого движения.

ученик: снаряд, выпущенный под углом к горизонту при стрельбе из артиллерийского орудия. Ядро, которое толкнул спортсмен, имеет именно такую начальную скорость.

учитель: откройте тетради, запишите число и тему сегодняшнего урока. (слайд 1). Запишите цель урока. (слайд 3). Рассмотрим движение снаряда, вылетающего с начальной скоростью v 0 из орудия под углом α к горизонту. Для решения задачи, что необходимо выбрать?

ученик: выберем систему отсчета.

учитель: нарисуйте в своих тетрадях (слайды 4-5). Тело принимает участие одновременно в двух движениях: вдоль оси ОХ движется равномерно, вдоль ОУ движение равнопеременное.

Предложите свою модель этого движения?

ученики работают парами, показывают модели данного движения.

учитель: запишите уравнения данного движения для координаты Х тела в любой момент времени и для проекции его скорости на ось ОХ.

ученик записывают маркером на интерактивной доске(учащиеся в тетрадях; затем сверяют с правильной записью).

учитель: а теперь записываем уравнение движения для координаты У.

ученики самостоятельно работают парами(свои записи сверяют с правильными записями, которые поэтапно показывает учитель на интерактивной доске).

учитель: решим систему уравнений.

ученик выходит к доске и решает

учитель: что же является траекторией движения у (х), полученного вами уравнения.

ученик: траекторией движения является парабола.

учитель: определить время подъема снаряда, высоту подъема снаряда.

ученики работаем самостоятельно парами (обсуждают, записывают решение и сверяют его с правильным решением, которое поэтапно появляется на экране интерактивной доски).

учитель: найдите время полета, дальность полета.

ученик выходит к доске и записывает

учитель: при каком условии будет наибольшая дальность полета ученики обсуждают парами, записывают в тетради правильный ответ.

учитель: определим модуль и направление вектора скорости в любой точке параболы.

ученик записывает на интерактивной доске

учитель: направление вектора скорости в любой момент времени найдем из формулы.

Обсуждают.

учитель проводит закрепление, прокручивая поэтапно кадры презентации.

ученики проговаривают основные моменты урока.

учитель: какие выводы можно сделать по уроку?

ученик 1. (слайд 19)

ученик 2. (слайд 20)

учитель: просит подвести итог работы на уроке по плану:

• Мне больше всего запомнилось…
• Я хотел бы изменить, добавить…

ученики анализируют свою деятельность на уроке (отвечают желающие или все по цепочке)

учитель: домашнее задание: Г.Я. Мякишев «Механика 10 класс» § 1.24, 1.25

Спасибо за урок!

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

История возникновения баллистического движения. Баллистика как наука. История открытия закона всемирного тяготения. Применение баллистики на практике. Траектория полета снаряда, баллистической ракеты. Перегрузки, испытываемые космонавтами в невесомости.

реферат , добавлен 27.05.2010


Движение, возникающее при отделении от тела со скоростью какой-либо его части. Использование реактивного движения моллюсками. Применение реактивного движения в технике. Основа движения ракеты. Закон сохранения импульса. Устройство многоступенчатой ракеты.

реферат , добавлен 02.12.2010


Характеристика движения объекта в пространстве. Анализ естественного, векторного и координатного способов задания движения точки. Закон движения точки по траектории. Годограф скорости. Определение уравнения движения и траектории точки колеса электровоза.

презентация , добавлен 08.12.2013


Построение траектории движения тела, отметив на ней положение точки М в начальный и заданный момент времени. Расчет радиуса кривизны траектории. Определение угловых скоростей всех колес механизма и линейных скоростей точек соприкосновения колес.

контрольная работа , добавлен 21.05.2015


Принципы реактивного движения, которые находят широкое практическое применение в авиации и космонавтике. Первый проект пилотируемой ракеты с пороховым двигателем известного революционера Кибальчича. Устройство ракеты-носителя. Запуск первого спутника.

презентация , добавлен 23.01.2015


Кинематика, динамика, статика, законы сохранения. Механическое движение, основная задача механики. Материальная точка. Положение тела в пространстве - координаты. Тело и система отсчета. Относительность механического движения. Состояние покоя, движения.

презентация , добавлен 20.09.2008


Составление расчетной схемы установки. Нахождение уравнения траектории движения точки. Построение траектории движения в соответствующих координатах и участка ее в интервале времени. Линейные скорости звеньев и передаточные числа зубчатых зацеплений.

задача , добавлен 27.12.2010


Закон движения груза для сил тяжести и сопротивления. Определение скорости и ускорения, траектории точки по заданным уравнениям ее движения. Координатные проекции моментов сил и дифференциальные уравнения движения и реакции механизма шарового шарнира.

контрольная работа , добавлен 23.11.2009

Теория

Если тело бросить под углом к горизонту, то в полете на него действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Если силой сопротивления пренебречь, то остается единственная сила – сила тяжести. Поэтому вследствие 2-го закона Ньютона тело движется с ускорением, равным ускорению свободного падения ; проекции ускорения на координатные оси равны а х = 0, а у = -g.

Любое сложное движение материальной точки можно представить как наложение независимых движений вдоль координатных осей, причем в направлении разных осей вид движения может отличаться. В нашем случае движение летящего тела можно представить как наложение двух независимых движений: равномерного движения вдоль горизонтальной оси (оси Х) и равноускоренного движения вдоль вертикальной оси (оси Y) (рис. 1).

Проекции скорости тела, следовательно, изменяются со временем следующим образом:

,

где – начальная скорость, α – угол бросания.

Координаты тела, следовательно, изменяются так:



При нашем выборе начала координат начальные координаты (рис. 1) Тогда

Второе значение времени, при котором высота равна нулю, равно нулю, что соответствует моменту бросания, т.е. это значение также имеет физический смысл.

Дальность полета получим из первой формулы (1). Дальность полета – это значение координаты х в конце полета, т.е. в момент времени, равный t 0 . Подставляя значение (2) в первую формулу (1), получаем:

.

(3)

Из этой формулы видно, что наибольшая дальность полета достигается при значении угла бросания, равном 45 градусов.

Наибольшую высоту подъема брошенного тела можно получить из второй формулы (1). Для этого нужно подставить в эту формулу значение времени, равное половине времени полета (2), т.к. именно в средней точке траектории высота полета максимальна. Проводя вычисления, получаем

Подготовил ученик 9 «м» класса Зайцев Пётр.

Ι Введение:

1) Цели и задачи работы:

“Я выбрал эту тему, потому что мне её посоветовал классный руководитель-учитель по физике в моём классе, а также мне самому эта тема очень понравилась. В этой работе я хочу много узнать о баллистике и баллистическом движении тел”.

ΙΙ Основной материал:

1) Основы баллистики и баллистического движения.

а) история возникновения баллистики:

В многочисленных войнах на протяжении всей истории человечества враждующие стороны, доказывая своё превосходство, использовали сначала камни, копья, и стрелы, а затем ядра, пули, снаряды, и бомбы.

Успех сражения во многом определялся точностью попадания в цель.

При этом точный бросок камня, поражение противника летящим копьём или стрелой фиксировались воином визуально. Это позволяло при соответствующей тренировке повторять свой успех в следующем сражении.

Значительно возросшая с развитием техники скорость и дальность полёта снарядов и пуль сделали возможным дистанционные сражения. Однако навыка война, разрешающей способности его глаза было недостаточно для точного попадания в цель артиллерийской дуэли первым.

Желание побеждать стимулировало появление баллистики (от греческого слова ballo-бросаю).

б) основные термины:

Возникновение баллистики относится к 16 в.

Баллистика-наука о движении снарядов, мин, пуль, неуправляемых ракет при стрельбе (пуске). Основные разделы баллистики: внутренняя баллистика и внешняя баллистика. Исследованием реальных процессов, происходящих при горении пороха, движении снарядов, ракет (или их моделей) и т. д., занимается эксперимент баллистики. Внешняя баллистика изучает движение снарядов, мин, пуль, неуправляемых ракет и др. после прекращения их силового взаимодействия со стволом оружия (пусковой установкой), а также факторы, влияющие на это движение. Основные разделы внешней баллистики: изучение сил и моментов, действующих на снаряд в полёте; изучение движения центра масс снаряда для расчета элементов траектории, а также движение снаряда относит. Центра масс с целью определения его устойчивости и характеристик рассеивания. Разделами внешней баллистики являются также теория поправок, разработка методов получения данных для составления таблиц стрельбы и внешнебаллистическое проектирование. Движение снарядов в особых случаях изучается специальными разделами внешней баллистики, авиационной баллистикой, подводной баллистикой и др.

Внутренняя баллистика изучает движение снарядов, мин, пуль и др. в канале ствола оружия под действием пороховых газов, а также другие процессы, происходящие при выстреле в канале или камере пороховой ракеты. Основные разделы внутренней баллистики: пиростатика, изучающая закономерности горения пороха и газообразования в постоянном объёме; пиродинамика, исследующая процессы в канале ствола при выстреле и устанавливающая связь между ними, конструктивными характеристиками канала ствола и условиями заряжания; баллистическое проектирование орудий, ракет, стрелкового оружия. Баллистика (изучает процессы периода последствия) и внутренняя баллистика пороховых ракет (исследует закономерности горения топлива в камере и истечения газов через сопла, а также возникновение сил, действий на неуправляемые ракеты).

Баллистическая гибкость оружия - свойство огнестрельного оружия, позволяющее расширять его боевые возможности повышать эффективность действия за счёт изменения баллистич. характеристик. Достигается путем изменения баллистич. коэффициента (напр., введением тормозных колец) и начальной скорости снаряда (применением переменных зарядов). В сочетании с изменением угла возвышения это позволяет получать большие углы падения и меньшее рассеивание снарядов на промежуточные дальности.

Баллистическая ракета, ракета, полет которой, за исключением относительно небольшого участка, совершается по траектории свободно брошенного тела. В отличие от крылатой ракеты баллистическая ракета не имеет несущих поверхностей для создания подъёмной силы при полёте в атмосфере. Аэродинамическая устойчивость полёта некоторых баллистических ракет обеспечивается стабилизаторами. К баллистическим ракетам относят ракеты различного назначения, ракеты-носители космических аппаратов и др. Они бывают одно- и многоступенчатыми, управляемые и неуправляемыми. Первые боевые баллистические ракеты ФАУ 2- были применены фашисткой Германией в конце мировой войны. Баллистические ракеты с дальностью полёта св.5500 км (по иностранной классификации - св.6500 км) называются межконтинентальными баллистическими ракетами. (МБР). Современные МБР имеют дальность полёта до 11500 км (напр., амер. «Минитмен» 11500 км, «Титан -2» ок.11000 км, «Трайдер-1» около7400 км,). Их пуск производят с наземных (шахтных) пусковых установок или ПЛ. (из надводного или подводного положения). МБР выполняются многоступенчатыми, с жидкостными или твердотопливными двигательными установками, могут оснащаться моноблочными или многозарядными ядерными головными частями.

Баллистическая трасса, спец. оборудованный на арт. полигоне участок местности для эксперимент, изучения движения арт. снарядов, мини др. На баллистической трассе устанавливаются соответственные баллистические приборы и баллистич. мишени, с помощью которых на основе опытных стрельб определяются функция (закон) сопротивления воздуха, аэродинамические характеристики, параметры поступательного и колебат. движения, начальные условия вылета и характеристики рассеивания снарядов.

Баллистические условия стрельбы, совокупность баллистич. характеристик, оказывающих наибольшее влияние на полёт снаряда (пули). Нормальными, или табличными, баллистическими условиями стрельбы считаются условия, при которых масса и начальная скорость снаряда (пули) равны расчётной (табличной), температура зарядов 15°С, а форма снаряда (пули) соответствует установленному чертежу.

Баллистические характеристики, основные данные, определяющие закономерности развития процесса выстрела и движения снаряда (мины, гранаты, пули) в канале ствола (внутрибаллистические) или на траектории (внешнебаллистические). Основные внутрибаллистические характеристики: калибр оружия, объём зарядной каморы, плотность заряжания, длина пути снаряда в канале ствола, относительная масса заряда (отношение её к массе снаряда), сила пороха, макс. давление, давление форсирования, характеристики прогрессивности горения пороха и др. К основным внешнебаллистическим характеристикам относятся: начальная скорость, баллистический коэффициент, углы бросания и вылета, срединные отклонения и др.

Баллистический вычислитель, электронный прибор стрельбы (как правило, прямой наводкой) из танков, БМП, малокалиберных зенитных пушек и др. Баллистический вычислитель учитывает сведения о координатах и скорости цели и своего объекта, ветре, тем-ре и давлении воздуха, начальной скорости и углах вылета снаряда и др.

Баллистический спуск, неуправляемое движение спускаемого космического аппарата (капсулы) с момента схода с орбиты до достижения заданной относительно поверхности планеты.

Баллистическое подобие, свойство артиллерийных орудий, заключающееся в сходстве зависимостей, характеризующих процесс горения порохового заряда при выстреле в каналах стволов различных артиллерийных систем. Условия баллистического подобия изучаются теорией подобия, основу которой составляют уравнения внутренней баллистики. На основании этой теории составляются баллистические таблицы, используемые при баллистич. проектировании.

Баллистический коэффициент (С), одна из основных внешнебаллистических характеристик снаряда (ракеты), отражающая влияние его коэффициент формы(i), калибра (d),и массы(q) на способность преодолевать сопротивление воздуха в полёте. Определяется по формуле С=(id/q)1000, где d в м, a q в кг. Чем меньше баллистич. коэффициент, тем легче снаряд преодолевает сопротивление воздуха.

Баллистическая фотокамера, специальное устройство для фотографирования явления выстрела и сопровождающих его процессов внутри канала ствола и на траектории с целью определения качественных и количественных баллистических характеристик оружия. Позволяет осуществлять мгновенное одноразовое фотографирование к.-л. фазы изучаемого процесса или последовательное скоростное фотографирование (более 10 тыс. кадров\с) различных фаз. По способу получения экспозиции Б.Ф. бывают искровые, с газосветными лампами, с электрооптическими затворами и рентгенографичные импульсные.