Эксперименты с шариками: Опыты с воздушными шариками! — дошкольное образование, прочее
Опыты с воздушными шариками! — дошкольное образование, прочее
Опыты с воздушными шариками!
Знакома ли вам ситуация, когда после дня рождения или какого-то другого праздника в доме появляется множество воздушных шаров? Сначала шарики детей радуют, они играют с ними, но вскоре на них перестают обращать внимание и шарики только путаются под ногами. Что с ними сделать, чтобы они не лежали без всякой цели, а принесли пользу? Конечно же, использовать в познавательной деятельности!
Вообще, воздушные шарики — прекрасный материал для демонстрации различных опытов и моделей. Было бы интересно написать книжку, в которой все физические понятия будут объяснятся через них 🙂 Ну а пока я хочу предложить вам провести больше десятка экспериментов из разных областей науки — от термодинамики до космологии, — в которых общим является реквизит: воздушные шары.
1. Фокус с протыканием шарика.
Понадобится надутый воздушный шарик, скотч, металлическая спица или длинное шило.
Обязательно предупредите ребенка, что шарик после этого фокуса хоть и не лопнет, но будет безвозвратно испорчен.
Незаметно для ребенка наклейте кусочки скотча на диаметрально противоположные точки шарика. Лучше будет, если эти точки близки к «полюсам» (т.е. верхушка и самый низ). Тогда фокус может получится даже без скотча.
Объявите, что сейчас проткнете шар, а он не лопнет! И смело втыкайте шило или спицу так, чтобы они проходили через заклеенные скотчем участки.
Секрет фокуса в том, что хотя дырка образуется, но скотч не даст давлению разорвать шарик. А сама спица закроет собой дырочку, не позволяя воздуху выходить из нее.
2. Фокус с несгораемым шариком.
Понадобится свечка, один надутый и один новый воздушный шар (этот второй шар надо наполнить водой из-под крана, а потом надуть и завязать так, чтобы вода осталась внутри).
Зажгите свечу, поднесите обычный шарик к огню — как только пламя его коснется. он лопнет.А теперь «поколдуйте» над вторым шариком и объявите, что он больше не боится огня. Поднесите его к пламени свечи. Огонь будет касаться шара, но с ним ничего не произойдет!
Этот фокус наглядно демонстрирует такое физическое понятие как «теплопроводность». Секрет фокуса в том, что вода, находящаяся в шарике, «отбирает» все тепло свечи на себя, поэтому поверхность шарика не нагревается до опасной температуры.
3. Сколько весит воздух?
Дети часто думают, что воздух вокруг нас — это пустота, ничто. Чтобы наглядно объяснить им, что воздух это тоже физическая субстанция, которая имеет определенные свойства, например, вес, можно провести этот опыт. Понадобятся рычажные весы и воздушный шарик. Если дома нет готовых весов, то можно использовать горизонтальную палочку, подвешенную на нитку за середину, или даже одежные «плечики».
А другой конец уравновесьте подходящим грузом. Столько весит надутый воздухом воздушный шарик (у нас вес шарика равнялся 8 пластмассовым монеткам). После этого выпустите воздух из шарика. Равновесие весов нарушилось. Чтобы его восстановить, надо убрать часть груза (мы убрали одну монетку). Значит, воздух, который был в шарике, весил ровно столько, сколько весил груз, который нам пришлось убрать (т.е. как одна пластмассовая монетка).Р.S. Как верно отметил в комментариях Igor, опыт демонстрирует не абстрактный «вес воздуха», а разницу в весе между сжатым воздухом в шарике и воздухом в комнате. Малышам это объяснять не обязательно, а вот для более старших детей можно провести аналогичный опыт с надутым и пустым кульком и объяснить разницу в результатах (см. комментарий Игоря).
4. Шарик-магнит.
Понадобится надутый воздушный шарик и маленькие кусочки бумаги.
Потрите шарик о волосы. Поднесите к кусочкам бумаги — они прилипнут на шарик!
Опыт наглядно демонстрирует существование статического электричества.
Когда мы трем шарик о волосы, он получает отрицательный электрический заряд. А так как разноименные заряды притягиваются, то к шарику притягиваются и бумажки, у которых есть кроме отрицательного и положительный заряд. Шарик будет притягивать не только бумажки, но и волосы, пылинки, прилипать к стене и даже искривлять тонкую струйку воды из крана.
5. Притяжение шариков.
Одноименные электрические заряды отталкиваются, разноименные — притягиваются. Этот физический закон можно продемонстрировать, заряжая шарики от разных материалов. Если оба шарика наэлектризовать трением о волосы, то подвешенные за нитки рядышком, они будут друг от друга отклоняться (трением о волосы мы наэлектризовали шарики так, что они оба приобрели отрицательный заряд). А если один из шариков наэлектризовать о какую-нибудь синтетическую ткань, а другой о волосы, то шарики начнут друг к другу прилипать. Т.е. они получили разный заряд — один шарик положительный, а второй — отрицательный.
Эта наглядная модель демонстрирует принцип работы реактивных двигателей. Подробно о том, как сделать такую машинку, я писала здесь.
Принцип ее работы в том, что струя воздуха, вырывающаяся из шарика, после того, как его надули и отпустили, толкает машинку в противоположном направлении.
7. Пневматический подъемник.
Во многих механизмах используют силу давления воздуха. Ее применяют в насосах, отбойных молотках, кузнечных мехах, станках на заводе и даже в обычной гармошке. Очень простую и наглядную модель пневматического подъемника можно сделать с помощью воздушного шара. Для этого понадобится ненадутый шарик и какой-нибудь груз (мы вместо груза поднимали кузов игрушечного самосвала).
Кладем шарик, сверху него ставим кузов и начинаем надувать шарик. Кузов поднимается!
8. Надуваем шарик углекислым газом.
В пластиковую бутылку через воронку насыпаем соду (мы насыпали 2 ст. ложки) и наливаем туда же немного столового уксуса (на глаз). Многим знаком этот опыт: так обычно показывают детям вулкан — в результате бурной химической реакции получается много пены, которая «убегает» из сосуда.
Но в этот раз нас интересует не пена (это одна лишь видимость), а то, что получается в ходе этой реакции — углекислый газ. Он невидим. Но мы можем поймать его, если сразу же натянем на горлышко бутылки воздушный шарик. Тогда можно будет увидеть, как выделяющийся углекислый газ надувает шар.
9. Фокус с надуванием шарика в бутылке.
Подготовьте две пластиковые бутылки и два не надутых воздушных шара. Все должно быть одинаковым, за исключением того, что в одной бутылке в дне надо сделать незаметное маленькое отверстие. Натяните шарики на горлышки бутылок и заправьте их внутрь. Проследите, чтобы вам досталась бутылка с дырочкой. Предложите устроить соревнование: кто первым надует шарик внутри бутылки? Итог этого соревнования предрешен — ваш партнер не сможет даже чуть-чуть надуть шар, а у вас это прекрасно получится.
Секрет фокуса в том, что для того, чтобы надувать шар в бутылке, понадобится место, куда он будет расширяться. Но вся бутылка уже заполнена воздухом! Поэтому шарику надуваться некуда.
Чтобы это получилось, надо сделать в бутылке дырочку, через которую будет выходить лишний воздух.10. Худеющий и толстеющий шарик.
То, что различные тела и газы расширяются от тепла и сжимаются от холода, можно легко продемонстрировать на примере воздушного шара.
В морозную погоду возьмите с собой на прогулку воздушный шар и там туго надуйте его. Если потом внести этот шарик в теплый дом, то он, скорее всего, лопнет. Это произойдет из-за того, что от тепла воздух внутри шара резко расширится и резина не выдержит давления.
Обратный опыт можно поставить с применением холодильника. Надуйте в теплой комнате воздушный шарик. С помощью портновского метра измерьте его окружность (у нас получилось 80,6 см). После этого положите шарик в холодильник на 20-30 минут. И снова измерьте его окружность. Вы обнаружите, что шарик «похудел» на почти на сантиметр (в нашем опыте он стал 79,7 см). Это произошло из-за того, что воздух внутри шарика сжался и стал занимать меньший объем.
11. Модель расширения Вселенной
Детям трудно понять тот факт, что наша Вселенная расширяется, но нет никакого центра этого расширения. Какой бы объект мы ни выбрали, остальные объекты от него удаляются во все стороны. Как это может быть, чтобы и от Земли все звезды и планеты «разбегались», и от далекой Альфа Центавра тоже «разбегались»? Где-то они же все скопятся? Или нет?
Расширение нашей Вселенной можно показать на модели из воздушного шарика. Для этого надо перед тем как надувать шарик, нарисовать на нем несколько звездочек (только очень маленьких, ведь они при надувании сильно увеличатся). Попросите ребенка понаблюдать, что происходит с расстоянием между звездами, пока вы будете надувать воздушный шар. Звезды будут удалятся друг от друга, но так, что от каждой отдельно взятой звезды остальные будут разбегаться в разные стороны. Все от нее и ни одной к ней!
12. Барабан из шарика.
Чтобы сделать простейший барабан, надо на консервную банку натянуть мембрану, сделанную из воздушного шарика.
Подробнее о том, как его сделать, я писала здесь.Опыт демонстрирует то, что звук, который мы слышим, получается из-за колебаний воздуха. Мембрана из шарика от удара колышится, эти колебания по воздуху доходят до барабанной перепонки в нашем ухе, которая тоже начинает колебаться, а мозг эти колебания преобразует в сигналы, которые мы воспринимает как «звук».
13. Подслушивающее устройство из шарика.
Приложите надутый воздушный шарик к уху и послушайте — окружающие звуки будут слышны гораздо лучше. Если второй человек будет очень тихо шептать совсем рядом с поверхностью шара, то его голос будет слышаться как довольно громкий.
Дело в том, что в этом опыте воздушный шарик выступает как звуковая линза. Форма его поверхности собирает звуковые волны и направляет их в одну точку.
Для чего летательным аппаратам нужны стабилизаторы легко понять, попробовав запускать вот такой вот воздушный шарик с хвостом. Он ведет себя как маленькое привидение с моторчиком:) Хвост надо так привязать к не надутому шарику, чтобы его можно было надувать, а потом отпускать.
Без хвоста такие шарики безумно мечутся по дому, а с хвостом их полет становится более спокойным и гармоничным. Но, все равно, получается ужасно забавно!15. Шарик-свисток
Что звуковые волны получаются при колебаниях воздуха мы уже знаем. На этом принципе основана еще одна игрушка из воздушного шарика — свисток. Громко, весело и со смыслом!
Летние опыты и затеи на природе: 13 невероятных идей
Устроить солнечные экваториальные часы на даче или на площадке совсем не сложно. Гномон — будущую стрелку солнечных часов — можно соорудить из палки, картона или черенка от лопаты. Если вы хотите сделать все точно по науке и определять не солнечное, а московское время, угол наклона гномона должен быть равен географической широте вашей местности. Циферблат делится на 24 части. Очень красиво можно обозначить деления ракушками или выложить цифры из камешков.
Специальным светочувствительным раствором нужно покрыть бумагу или ткань, затем разложить на нем силуэты, вырезанные из бумаги, засушенные травинки и цветы, листья, кружева, накрыть стеклом и оставить на 3-4 минуты на ярком солнце.
Сверху стекла можно разложить небольшие предметы (ключи, ракушки), стеклышки марблс. А потом промыть водой. Происходит химическая реакция, на красивом синем фоне остаются белые силуэты, очертания травинок. Для приготовления раствора необходим ферроцитрат аммония (III) — (25 г на 100 мл дистиллированной воды) и красная (кровяная) соль — ферроцианид калия — (10 г на 100 мл дистиллированной воды). Раствор делается с расчетом на один раз и наносится при красном свете на бумагу. Готовые наборы для цианотипии продаются в фотомагазинах.
Кстати, если солнце — частый гость на балконе, можно разместить на листе обычной цветной или тонированной бумаги любые предметы и положить на солнечное место. Бумага выцветет, а силуэты предметов останутся.
Для детей постарше, которые любят загорать, или крепко спящего папы можно сделать солнечный сюрприз. Наклеить на руку или спину изображение бабочки или цветка (контур можно вырезать внутри) или повязать повязку-трафарет с вырезанным внутри изображением.
На фоне загорелой кожи появится белая картинка.
Можно увидеть домашнюю радугу, воспользовавшись шлангом или брызгалкой для цветов в солнечную погоду. А поиграть в радугу поможет опыт с семью стаканчиками, лимонной кислотой и содой. Выучите с ребенком заветный стишок про охоту на фазана, налейте в каждый стаканчик краску или пищевой краситель соответствующего цвета, затем добавьте соду и лимонную кислоту, добавьте воду. Радужная река готова. Очень здорово провести опыт на акварельной бумаге формата А3, получится красивый фон для картины.
Любимый многими эксперимент с содой и уксусом можно усовершенствовать, сделав вулкан не из пластилина, а из песка, поместив внутрь пластиковую емкость. Как вариант для детей постарше − выкопать настоящий вулкан из сырого песка, а внутрь положить сухую траву и поджечь. Валит настоящий дым, восторг детей вам обеспечен.
Попробуйте немного модифицировать горький опыт любознательного Эмиля из Леннеберги и выжечь при помощи лупы и солнечного луча не дыру на шляпе, а красивый узор на деревянной дощечке в подарок бабушке.
На бутылку с отрезанным дном или стаканчик нужно надеть старый носок и закрепить резинкой. Наливаем в миску немного воды, средство для мытья посуды и дуем в горлышко бутылки. Появляется гирлянда из мыльной пены, напоминающая змею или бороду.
Чтобы «поймать» ветер, можно смастерить из ткани мячик-комету, пришив к нему хвост из фетра или гофрированной бумаги. А можно сделать из проволочного кольца и пакетов-маек сеть и, привязав к палке, сбегать с ней с холма с диким гиканьем или смотреть за направлением ветра. Или попросить ветер сыграть на старых вилках и ложках, расписанных акрилом и подвешенных на яблоне. Музыку ветра можно смастерить также из цветочных горшков небольшого диаметра, бус, лент и бубенчиков.
Такую ракету сможет сделать даже шестилетний ребенок. У пластикового стаканчика нужно отрезать дно. Надуть длинный шарик и засунуть его в стаканчик, а затем снизу поместить надутый маленький круглый шарик. Развязать веревочку у маленького шарика − ракета взлетит!
Без папы или дедушки в этом случае не обойтись.
Запускать ракету лучше в чистом поле. Для ракеты нужна 1,5-литровая бутылка, ниппель от велосипеда, насос и пробка от винной бутылки или спортивный дозатор от пластиковой бутылки. Ниппель устанавливается в пробку, для герметичности можно промазать детали суперклеем. Площадка для запуска играет роль подставки для удерживания бутылки в вертикальном положении. При запуске один взрослый держит бутылку, другой — накачивает насосом. Пробка вылетает, ракета взмывает в воздух на высоту 6-9 этажей! Предупредите детей, чтобы при запуске они отошли подальше и ни в коем случае не наклонялись над ракетой.
Наверняка в хозяйстве любого ребенка отыщется нижняя часть машинки с колесами. Любимый многими опыт ментос + газировка превратит ненужные обломки в реактивную машину, если закрепить на платформе бутылку и кинуть внутрь ментос, когда она будет в вертикальном положении. Когда реакция начнется, заткните горлышко бутылки пальцем и ставьте машину на колеса. Она поедет, оставляя за собой сладкий фонтан.
Чтобы наглядно показать детям, как важны растения и опасна эрозия почвы, возьмите три бутылки, разрезанные пополам. В одну посейте семена или поместите землю с растущей травой, в другую — насыпьте землю с листьями, в третью — песок. К горлышку привесьте на веревочке перевернутое горлышко от бутылки или донышко. Вода при поливе земли в бутылке будет вытекать, а ребенок увидит, как корни растений оберегают землю от разрушения, а воду — от загрязнения.
Устроить настоящий лабиринт для воды из труб, ковшиков и старых кастрюль совсем не сложно. Для основы подойдет забор, старая дверь или деревянная панель. В дело пойдут гвозди или шурупы, веревки, разрезанные вдоль бутылки, старые шланги и ваша фантазия. Переливать воду и придумывать новые комбинации для водного лабиринта дети могут бесконечно.
Интересные эксперименты с воздухом.
Лебедева Наталья Вячеславовна , Воспитатель
Ямало-Ненецкий Автономный Округ г.
Ноябрьск
Цель: Дать детям представление о воздухе как об одной из четырех стихий, познакомить с физическими и некоторыми химическими свойствами воздуха.
(справка о публикации находится на 2 листе в файле со свидетельством)
Интересные эксперименты с воздухом.
МБДОУ «Белоснежка» муниципального образования город Ноябрьск
Подготовила воспитатель Лебедева Наталья Вячеславовна.
Ноябрьск 2017 год
На заметку педагогам. Воздух — это смесь газов, главным образом азота и кислорода, образующая земную атмосферу. Воздух необходим для существования подавляющего числа наземных живых организмов: кислород, содержащийся в воздухе, в процессе дыхания поступает в клетки организма, где создается необходимая для жизни энергия. Из всех разнообразных свойств воздуха важнее всего то, что он необходим для жизни на Земле. Существование людей и животных было бы невозможно без кислорода. Но, так как для дыхания нужен кислород в разбавленном виде, наличие других газов в воздухе тоже имеет жизненно — важное значение.
О том, какие газы находятся в воздухе, мы узнаем в школе, а в детском саду мы познакомимся со свойствами воздуха.
Цель: Дать детям представление о воздухе как об одной из четырех стихий, познакомить с физическими и некоторыми химическими свойствами воздуха.
ВОЗДУХ ПОВСЮДУ.
На заметку педагогам. Как и другие газы, воздух не имеет определенной формы. Он заполняет любое открытое пространство, поэтому ничто не является в действительности пустым. Однако воздух не может уйти в космос, так как сила притяжения удерживает атмосферу около Земли.
Опыт 1. Воздух повсюду.
Показать детям пустую бутылку, и спросить есть ли что – нибудь в ней. Опустите бутылку в таз с водой так, чтобы она начала заполняться. Смотрите, что будет с водой. Из горлышка бутылки выходят пузырьки. Это вода вытесняет воздух из бутылки. Большинство предметов, которые выглядят пустыми, на самом деле заполнены воздухом.
Опыт 2. Что в пустой бутылке?
Вставьте воронку в горлышко пустой бутылки с узким горлышком.
Замажьте пластилином щель между воронкой и горлышком бутылки. Налейте воду в воронку. Обратите внимание на то, что происходит. Затем аккуратно уберите пластилин, придерживая воронку. Что происходит? Сначала вода остается в воронке, не попадая в бутылку, когда пластилин удаляется, вода свободно течёт в бутылку. Почему это происходит? «Пустая» бутылка заполнена воздухом. Чтобы наполнить её водой, необходимо освободить путь для выхода воздуха. Пластилин не позволяет пройти воздуху между воронкой и горлышком бутылки, когда пластилин убираем, воздух свободно утекает, освобождая место для воды.
Опыт 3. Обнаружим воздух.
Предложить детям опустить в стакан с водой соломинку и дуть в нее. Что появляется в воде? (видны пузырьки воздуха). Воздух выходит через соломинку из стакана, и его место занимает вода
Опыт 4. «В воде появляются пузырьки воздуха»Рассмотрите губку. Что видите? (Дырочки, отверстия). Что в этих дырочках? (Воздух). Чтослучиться если губку погрузить в воду? В воде появятся пузырьки – воздух из дырочек будет выходить в воду.
ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА.
На заметку педагогам. Газы оказывают давление во всех направлениях. Это давление зависит от того, сколько газа находится в данном месте. Когда воздух закачивают в шину (например: велосипеда), клапан не дает ему выйти. По мере того как все больше воздуха накачивается в замкнутое пространство, его давление возрастает и он сильно давит на стенки шины, делая её плотно надутой.
Опыт 1. Как доказать, что воздух существует?
Все мы слышали, что нас постоянно со всех сторон окружает воздух. Но его нельзя ни увидеть, ни потрогать руками. Так может и нет никакого воздуха, а все разговоры, лишь домыслы премудрых ученых? Не будем доверять слухам, а проверим с помощью эксперимента.
Сомните лист бумаги и затолкайте его в стакан так, чтоб он не падал при переворачивании стакана.
Погрузите стакан полностью под воду, держа его вниз отверстием. Достаньте стакан и проверите намокла ли в нем бумага? Что происходит? Бумага в стакане остается сухой. Почему это происходит? Воздух всё-таки существует! Вода не может заполнить перевернутый стакан, потому что он уже заполнен воздухом.
«Пустой» стакан полон воздуха. Воздух — газ. Он не имеет размера и формы, но может заполнить любое пространство.
Опыт 2. Воздух держит воду
Инструкция: Наполните стакан или банку водой. Накройте емкость кусочком картона или плотной бумаги. Переверните банку, удерживая картон плотно прижатым к стеклу. (Лучше это делать над раковиной) Уберите руку, удерживающую картон. Что происходит? Вода остается в банке.
Почему это происходит? Вода удерживается в емкости из-за давления воздуха снаружи. Это давление воздуха больше, чем давление воды на картон. Если эксперимент не получился в первый раз, попробуйте еще раз, на этот раз заполните стакан до самых краев и убедитесь в отсутствии пузыря воздуха между картоном и стеклом.
Опыт 3. Удерживаем жидкость соломинкой
Налейте в стакан сока или подкрашенной воды. Поместите соломинку для коктейля в стакан. С помощью рта втяните немного жидкости в трубочку. Затем, удерживая палец в верхней части трубочки, вытяните соломинку из жидкости.
Что происходит? Жидкость остается в трубочке. Уберите палец от верхнего отверстия, жидкость вытечет в стакан. Почему это происходит? Закрывая пальцем верхнее отверстие, вы не позволяете воздуху оказывать давление на жидкость сверху, давление же воздуха снизу оказывается сильнее чем сила тяжести и не позволяет жидкости вытекать. Когда вы убираете палец, воздух давит на жидкость и сверху и снизу одинаково, но так как силу тяжести уже никто не компенсирует, под её воздействием жидкость вытекает.
ВЕС ВОЗДУХА.
Опыт 1. Взвешиваем воздух.
Попробуем взвесить воздух. Возьмите палку длинной около 60-ти см. На её середине закрепите верёвочку, к обоим концам которой привяжите два одинаковых воздушных шарика. Подвесьте палку за верёвочку. Палка висит в горизонтальном положении. Предложите детям подумать, что произойдёт, если вы проткнёте один из шаров острым предметом. Проткните иголкой один из надутых шаров. Из шарика выйдет воздух, а конец палки, к которому он привязан, поднимется вверх.
Почему? Шарик без воздуха стал легче. Что произойдёт, когда мы проткнём и второй шарик? Проверьте это на практике. У вас опять восстановится равновесие. Шарики без воздуха весят одинаково, так же, как и надутые.
Опыт 2. Какой воздух легче горячий или холодный?
Для этого эксперимента нам понадобятся наши самодельные весы из предыдущего опыта.
Привяжите к одному концу весов легкую пластиковую бутылку или банку вниз отверстием.
Уравновесьте весы с помощью песка или любой крупы.
Зажгите свечу и держите её так, чтобы пламя находилось под отверстием банки.
Что происходит? Равновесие нарушилось. Банка с нагретым воздухом поднимается вверх.
Почему это происходит? Горячий воздух легче холодного занимающего такой — же объем.
ВОЗДУХ МЕНЯЕТ ОБЪЕМ.
На заметку педагогам. Как и большинство веществ, воздух состоит из крошечных частиц, молекул. Когда воздух нагревается, его молекулы движутся быстрее, и расстояние между ними растет, поэтому данное количество воздуха занимает больший объем.
Если воздух находиться в закрытом пространстве и не может расшириться, возрастает его давление. Когда воздух охлаждается, скорость его молекул уменьшается, и они сближаются друг с другом. Тогда давление воздуха ослабевает.
Опыт 1. Воздух охлаждается.
Положите в полиэтиленовый пакет несколько кубиков льда и раскрошите их с помощью скалки. Насыпь лед в бутылку и заверни крышку. Потрясите бутылку и поставьте её. Смотрите, что произойдет с бутылкой, когда лед охладит внутри её воздух. Когда воздух охлаждается, он сжимается. Стенки бутылки втягиваются, так что внутри не остается свободного пространства. Холодный воздух занимает меньший объем. При грозе молния нагревает воздух вокруг себя. Воздух расширяется так быстро, что производит громкие хлопки. Это и есть раскаты грома.
Опыт 2. Холодный или горячий?
Расскажите ребенку о том, что воздух может нагреваться и охлаждаться. Возьмите пластиковую бутылку и поставьте на некоторое время в холодильник открытой. Достаньте, наденьте на горлышко воздушный шарик.
Теперь поставим бутылку в тарелку с горячей водой. Что происходит? Шарик сам начал надуваться. Почему? Потому что воздух при нагревании расширяется. И если вы снова поставите бутылку в холодильник, то шарик сдуется.
Опыт 3. Как сжать воздух?
Прозрачный стакан плавно погружайте в миску с водой, держа его открытой частью к низу.
Наблюдайте за изменением высоты проникновения воды в стакан.
По мере погружения стакана в воду, вода поднимается в стакане, а воздух занимает меньше места, несмотря на то, что он никуда не уходит. Почему это происходит?
При погружении стакана в воду на воздух оказывает давление вода. Вода заставляет воздух сжиматься в меньшем пространстве. Мелкие частицы воздуха, молекулы вынуждены быть ближе друг к другу.
Опыт 4. Исчезающая вмятина.
Посмотрите, что произойдет, если нагреть воздух внутри шарика для пинг — понга. Сначала сделайте вмятину в шарике. Теперь положите его в стакан с теплой водой. Чтобы шарик не всплывал, накрой стакан крышкой.
Внимательно наблюдай за вмятиной. Вода нагревает воздух внутри шарика. Воздух расшириться и выправит вмятину.
Опыт 5. Танцующая монетка
На бутылку с длинным горлышком положите сверху большую монету, предварительно смочив ободок горлышка. Поставьте бутылку с монетой в таз. Начните наливать в таз теплую воду. Вы увидите, как монетка начнет двигаться и даже подпрыгивать — это связано с тем, что воздух расширяется от тепла и пытается вырваться из бутылки, толкая при этом монету.
ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУХА.
Опыт 1. Откуда берется ветер?
В холодную погоду приоткройте дверь на улицу. Зажгите две свечи. Держите одну свечу внизу, а другую вверху образовавшейся щели. Определить: куда наклоняется пламя свечей (пламя нижней направленно внутрь комнаты, верхней наружу). В комнате теплый воздух. Он легко путешествует, любит летать. В комнате такой воздух поднимается и убегает через щель вверху. Ему хочется поскорее вырваться наружу и погулять на свободе. А с улицы к нам вползает холодный воздух.
Холодный воздух – тяжелый, неповоротливый, поэтому предпочитает оставаться у земли. Вверху дверной щели пламя свечи наклоняется от теплого воздуха, а внизу от холодного. Получается, что теплый воздух движется вверху, ана встречу ему, внизу, ползет холодный. Там, где двигаются и встречаются теплый и холодный воздух, появляется ветер. Ветер – это движение воздуха. Так почему же дует ветер? Ветер дует, потому что солнце нагревает участки земли и моря. Над этими теплыми участками воздух нагревается, как над батареей. Теплый воздух поднимается, а холодный устремляется в освободившееся пространство. Этот поток воздуха и образует ветер.
Опыт 2. Ветер меняет направление.
Чтобы определить откуда дует ветер. Можно сделать так:
— На улице намочите палец водой и подними его. Холоднее всего пальцу будет стой стороны откуда дует ветер.
-Подбросьте в воздух сухие травинки и посмотрите в какую сторону понесет их ветер.
— Можно сделать флюгер: на дощечке или на картонке(опоре) пометить направления: севе, юг, запад, восток.
Рано утром часов в 6 -7 выйдите на улицу и установите картонку так, чтобы восток указывал в сторону солнца. Теперь все направления на своем месте. Вырежете из картона или тонкой фанеры стрелку (Сделайте у стрелки большой хвост). Прикрепите её к катушке от ниток. Сверху катушки приклейте кружок, чтобы удержать стрелку. Посередине к опоре прикрепите тонкую палочку или длинную вязальную спицу острым концом вверх. Сверху наденьте катушку. Стрелка показывает откуда дует ветер.
Можно сделать таблицу наблюдения за направлением ветра.
День | Понедельник | Вторник | Среда | Четверг | Пятница | Суббота | Воскресенье |
Направление (Ветры называются по направлению откуда они дуют). (С. Ю. З. В.) | |||||||
Сила (Слабый, умеренный, Сильный, прерывистый) |
Проведите опыты и наблюдения в разное время, чтобы узнать, как часто ветер меняет направление.
Опыт 3. Создаем барханы.
Для проведения этого опыта подберите иллюстрацию песчаной пустыни, на которой изображены барханы. Рассмотрите её перед началом работы. Как вы думаете, откуда в пустыне появляются такие песчаные горки? (Ответы выслушайте, но не комментируйте, дети сами ответят на этот вопрос ещё раз после окончания опыта).
Поставьте перед каждым ребёнком стеклянную банку с сухим песком и резиновым шлангом. Песок в банке — это личная пустыня каждого ребёнка. Опять превращаемся в ветры: несильно, но довольно долго дуем ан песок. Что с ним происходит? Сначала появляются волны, похожие на волны в мисочке с водой. Если дуть подольше, то песок из одного места переместится в другое. У самого «добросовестного» ветра появится песчаный холмик. Вот такие же песчаные холмы, только большие, можно встретить в настоящей пустыне. Их создаёт ветер. Называются эти песчаные холмы барханами. Когда ветер дует с разных сторон, песчаные холмы возникают в разных местах. Вот так, с помощью ветра, песок путешествует в пустыне.
Вернитесь к иллюстрации с изображением пустыни. На барханах либо вообще не растут растения, либо их крайне мало.
Опыт 4. Воздух поднимается.
На заметку педагогам. Так как при нагревании воздуха его молекулы расходятся, определенный объем горячего воздуха легче, чем тот же объем холодного воздуха. Поэтому горячий воздух поднимается и плавает над холодным.
Когда воздух нагревается он становиться легче, и поэтому поднимается вверх. Отпустите маленькое перышко из подушки над теплой батареей. Посмотри куда полетит перо. Батарея нагревает воздух. Теплый воздух поднимается вверх и увлекает за собой перышко.
Опыт 5. Извивающаяся змея.
Нарисуйте на бумаге большой круг. Вырежьте его и разрежьте по спирали, сделав змейку. С помощью иголки проденьте через голову змейки нитку. Подвесьте или подержите змейку над батареей. Теплый воздух может заставить эту змейку извиваться.
Опыт 6. Тёплый воздух поднимается вверх
Промойте одну банку очень холодной водой, а другую — горячей.
Тщательно протрите их.
Поставьте банки одну на другую, поместив картонку между ними. Холодная банка при этом устанавливается наверх, тёплая – вниз. Подожгите кусочек газеты, бросьте в нижнюю банку и задуть, так, чтобы внутри банки образовался дым. Аккуратно, уберите перегородку, вытянув картон. Вы увидите, что дым будет подниматься вверх из нижнего в верхний сосуд. А если мы поменяем банки местами? Что происходит? Дым остался внизу. Тёплый воздух легче холодного, так как молекулы в нём сильнее расталкивают друг друга. Более плотный и тяжёлый холодный воздух опускается вниз, выталкивая тёплый воздух наверх.
Опыт 7. «По воздуху передаются запахи »
Воздух не имеет определенной формы, распространяется во всех направлениях и не имеетсобственного запаха. Возьмите ароматизированные салфетки, корки апельсинов и т.д. и предложите детям последовательно почувствовать запахи, распространяющиеся в помещении. Можно на занятии использовать арома — лампу и лавандовое масло.
ВОЗДУХ РАБОТАЕТ.
Опыт 1. «Мячики».
Воспитатель интересуется у детей, в какой хорошо знакомой им игрушке много воздуха. Эта игрушка круглая, может прыгать, катиться, её можно бросать. А вот если в ней появится дырочка, даже очень маленькая, то воздух выйдет из неё и, она не сможет прыгать. (Выслушиваются ответы детей, раздаются мячи). Детям предлагается постучать об пол сначала спущенным мячом, потом — обычным. Есть ли разница? В чём причина того, что один мячик легко отскакивает от пола, а другой почти не скачет? Вывод: чем больше воздуха в мяче, тем лучше он скачет.
Опыт 2. «Воздушные шарики».
Детям предлагается подумать, где можно найти много воздуха сразу? ( В воздушных шариках). Чем мы надуваем шарики? (Воздухом) Воспитатель предлагает детям надуть шары и объясняет: Мы ловим воздух и запираем его в воздушном шарике. Если шарик сильно надуть, он может лопнуть. Почему? Воздух весь не поместится. Так что главное — не перестараться (предлагает детям поиграть с шарами).
Опыт 3.
« Запуск ракеты».
После игры можно предложить детям выпустить воздух из одного шарика. Есть ли при этом звук? Предлагается детям подставить ладошку под струю воздуха, выходящего из шарика. Что они чувствуют? Обращает внимание детей: если воздух из шарика выходит очень быстро, он как бы толкает шарик, и тот движется вперёд. Если отпустить такой шарик, он будет двигаться до тех пор, пока из него не выйдет весь воздух.
А теперь натяните между двумя, расположенными в противоположных концах комнаты, стульями нить, предварительно продев ее сквозь трубочку от сока. Надуйте воздушный шарик и зажмите конец прищепкой, чтобы не выходил воздух. Нарисуйте фломастером на шарике иллюминаторы и подпишите её. При помощи скотча приклейте шарик к трубочке и подтяните его к одному из концов натянутой нити. Разожмите прищепку и наслаждайтесь скоростным запуском ракеты.
Опыт 4. « Почему не лопается?»
Дети знают, что случится, если шарик проколоть. Он лопнет. Предложите им эксперимент.
Наклейте на шарик с двух сторон по кусочку скотча. Прокалываем скотч иголкой. Что происходит? Шарик не лопается. Воздух тихо уходит через дырочку. Вывод: если шарик проткнуть, то сжатый воздух разрывает шар, а скотч держит и не дает воздуху разорвать резиновый шарик
Опыт 5. «Воздух — спасатель»
А.) Детям предлагается «утопить» игрушки, наполненные воздухом, в том числе спасательные круги. Почему они не тонут?
Вывод: Воздух легче воды.
Б.) Возьмите два одинаковых апельсина и с одного аккуратно снимите кожуру. Отгадайте, какой из апельсинов утонет быстрее — в кожуре или без нее? Вопрос поставлен неверно — утонет вообще только один. Без кожуры. Несмотря на то, что тот, что в кожуре, тяжелее, он все рано будет продолжать держаться на воде, ведь на нем «спасательный жилет»: в кожуре есть много пузырьков воздуха, которые и работают спасателями, выталкивая тонущий апельсин на поверхность воды.
В.)Этот же принцип можно увидеть, используя газированную воду и кусочек пластилина величиной с зерно риса.
Если бросить пластилин в стакан с газированной водой, он сначала утонет, а потом всплывет на поверхность, облепленный пузырьками воздуха. Эффект закончится, когда газ выдохнется, — пластилин утонет.
Опыт 6.
Приготовьте на столиках миски с водой на каждого ребёнка. В каждой миске — своё море — Красное, Чёрное, Жёлтое. Дети — это ветры. Они дуют на воду. Что получается? Волны.
Вывод: Чем сильнее дуть, тем больше волны.
Опыт 7.
Опустите кораблики на воду. Дети дуют на кораблики, они плывут. Так и настоящие корабли движутся благодаря ветру. Что происходит с кораблём, если ветра нет? А если ветер очень сильный? Начинается буря, и кораблик может потерпеть настоящее крушение (всё это дети могут продемонстрировать).
Опыт 8.
Для этого опыта используйте веера, сделанные заранее самими ребятами. Дети машут веером над водой. Почему появились волны? Веер движется и как бы подгоняет воздух. Воздух тоже начинает двигаться. А ребята уже знают, ветер — это движение воздуха (старайтесь, чтобы дети делали как можно больше самостоятельных выводов, ведь уже обсуждался вопрос, откуда берётся ветер).
А теперь помашем веером перед лицом. Что мы чувствуем? Для чего люди изобрели веер? А чем заменили веер в нашей жизни? (Вентилятором, кондиционером).
Опыт 9. Воздушные гонки
При помощи движения воздуха можно двигать предметы. Чтобы это проверить, устройте бумажные гонки. С одной стороны листа бумаги отогните около 2–3 см вверх, положите плоской стороной на чистый стол. У каждого игрока должна быть такой «гоночный» лист. Прочертите финишную линию или натяните нитку в качестве финишной ленты. По команде начните махать картонками позади листов бумаги, двигая их потоками воздуха вперед. В качестве вариации игры можно использовать силу своего дыхания, заодно и носогубные мышцы потренируете, что очень полезно для развития речи ребенка.
Опыт 10. «Летающие семена»
А.)Дайте детям по одному летающему и по одному нелетающему семени. Пусть ониодновременно отпустят из рук эти семена, например, фасолинку и семечко клена. Чем сбольшей высоты опускаются семена, тем нагляднее разница в скорости их падения.
Если выбудете бросать семена с очень маленькой высоты, то желаемого результата не достигните.Семена клена можно немного «подкрутить», тогда они будут падать, как в природе. Летающие семена падают медленнее.
Б.) Также можно поступить со скомканным шариком бумаги и обычным листком – посмотрите, что пролетит дальше. Воздух сопротивляется движению объектов. Чем больше поверхность объекта, тем труднее для объекта перемещаться по воздуху. Плоский лист бумаги имеет большую поверхность, чем смятый комок.
В.) Сделать пирамиду из бумаги. Бросьте её несколько раз и посмотрите какой стороной она приземлится. Пирамида всегда приземляется острым концом вниз, потому что заостренный конец движется в воздухе быстрее, чем широкое основание. Легковые автомобили, поезда и самолеты имеют обтекаемую форму, чтобы уменьшить площадь поверхности сопротивления воздуху. Воздух обтекает эти машины и меньше давит на них.
Опыт 11. « Парашют».
Сделайте небольшой парашют: возьмите носовой платок, к каждому углу платка прикрепите с помощью иголки нитки одинаковой длины.
Все концы прикрепите к маленькой игрушке. Расскажите ребенку, почему парашют спускается плавно: воздух под куполом распирается и поддерживает его.
Опыт 12. «Поющий воздух».
А.) Покажите ребенку, как можно музицировать при помощи бутылок. Если подуть над горлышком пустой бутылки, то воздух внутри нее завибрирует и произведет звук. Расставьте в ряд несколько бутылок с различным количеством воды в них. Чем больше воды, тем соответственно меньше воздуха останется в бутылке, а чем меньше воздуха, тем быстрее он вибрирует и тем выше получается звук. Руководствуясь этим принципом можно попробовать воспроизвести какую-нибудь несложную мелодию.
Б.) Многие музыкальные инструменты производят звуки, потому что внутри их вибрирует воздух. Сделаем такой инструмент самостоятельно. Нарежьте трубочки разной длины. На полосу скотча уложите их по одной начиная с самой короткой. Сверху положите еще одну клейкую ленту. Поднесите ряд трубочек ко рту и дуйте в каждую трубочку. Отметьте у какой трубочки самый высокий звук.
Опыт 13. «Ветряная лебедка».
Из тонкого картона вырезать круг диаметром 4 -5 см., в центре сделать отверстие. Надрежьте круг от края к центру по прямым линям, чтобы сделать лопасти. Слегка отогните каждую лопасть. Наденьте круг на коктельную трубочку и закрепите его пластилином. В середину трубочки вставьте тонкую деревянную шпажку(или тонкую спицу) и к её концам прикрепите прищепки. Сделать опору из доски с краю с помощью пластилина прикрепите к ней установку на прищепках. Скотчем приклейте к трубочке нитку. К противоположному концу нитки привяжите пуговицу. Нитка должна свисать за край опоры. Теперь подуем вдоль трубочки на лопасти. Нить наматывается на трубочку. Привяжите к нитке еще пуговицы, чтобы посмотреть какой груз способна поднять лебедка. Объяснить детям, где используется лебедка. Рассмотреть круг с отогнутыми лопастями и уточнить, что лопасти используют в детских игрушках – вертушках, флюгерах, вертолетах, водяных и ветряных мельницах. (Давно муку мололи на ветряных мельницах.
Ветер вращал крылья – лопасти мельницы, которые приводили в движение жернова).
Опыт 14. «Полеты в воздухе».
Сложите самолетик из бумаги. Приклейте руль (картонный треугольник) в задней части самолета. Теперь сделайте в нем два надреза, чтобы получился один закрылок. Сделайте по одному закрылку на задней части крыла.
— Легко отправьте самолет вперед и вверх. Воздух давит снизу вверх на крылья, поэтому самолетик пролетает какое – то расстояние. (Крылья настоящих самолетов делают выпуклыми сверху. Когда самолет летит, над верхней , выпуклой поверхностью воздух движется быстрее. Медленно двигающийся воздух под крылом давит на крыло сильнее, чем воздух над крылом. Благодаря этому , тяжелый самолет поднимается в воздух и может летать).
— Загните закрылок на руле вправо. Как полетит самолет? Загните закрылок на руле влево. Что произошло?
— Выпрямите закрылок на руле. Запустите самолет с обоими закрылками, загнутыми вверх, а потом вниз. Воздух давит на закрылки и заставляет самолетик поворачивать, подниматься или наклоняться.
У всех самолетов есть закрылки на крыльях и руле. Летчик управляет самолетом с помощью рычагов, которые приводят в движение эти закрылки.
Самолеты могут летать благодаря тому, что воздух давит на крылья.
Рационально провести с детьми наблюдение: Поднести лист бумаги ко рту. Сильно подуть над поверхностью листа. Лист бумаги поднимается, потому что воздух снизу давит сильнее, чем воздух, который быстро движется сверху.
Опыт 15. «Дышим воздухом».
А.) Считаем вдохи.
Ребенок стоит спокойно. Считаем сколько вдохов он сделает за 30 секунд. Записать результат. Ребенок выполняет бег на месте и останавливается. Считаем сколько вдохов он сделает за 30 секунд Записать результат. Смотрим есть ли разница между результатами. (Организм использует часть воздуха который мы вдыхаем, чтобы восстановить энергию. Когда мы быстро двигаемся нам требуется больше энергии, поэтому мы дышим быстрее).
Б.) Сколько воздуха ты можешь вдохнуть?
Наполните водой пластиковую бутылку и отпустите её горлышком вниз (закрывайте горлышко рукой, пока оно не окажется подводой) в большой таз с водой.
Осторожно вставьте в горлышко согнутую трубочку (Постарайтесь не сплющить трубочку). Удерживайте бутылку и трубочку на месте. Сделайте глубокий вдох и медленно выдохните воздух через трубочку. Воздух поступает в верхнюю часть бутылки. Свободное от воды пространство в верхней части бутылки показывает, сколько воздуха тебе удалось выдохнуть.
ВОЗДУХ ЗАГРЯЗНЯЕТСЯ.
Опыт 1. «Пламя загрязняет воздух».
Зажгите свечу. Горит пламя. Может ли оно загрязнять воздух? Подержите над пламенем свечи (на расстоянии 2 сантиметра) стекло или фарфоровую чашку, одним словом,предмет из материала, который не расплавится, не загорится и не нагреется очень быстро. Через некоторое время вы увидите, что этот предмет снизу почернел – покрылся слоем копоти.
Приложение.
Проводя эксперименты с воздухом. Постепенно заполняем таблицы картинками.
Опыты с воздухом.
Воздух повсюду. | Давление воздуха | Вес воздуха |
Воздух меняет объём | Движение воздуха | Воздух загрязняется |
Опыты с воздухом.
Воздух повсюду. | Давление воздуха | Вес воздуха |
Воздух меняет объём | Движение воздуха | Воздух загрязняется |
Воздух работает.
Мы дышим воздухом | Ветер — волны | Ветряные мельницы | Ветряные лебедки |
Игрушки (шарики и мячики) | Спасательные круги | Шины в технике | Поющий воздух |
Разносит семена | Парашют | Полеты в воздухе | Запуск ракеты |
Воздух работает.
Мы дышим воздухом | Ветер – волны | Ветряные мельницы | Ветряные лебедки |
Игрушки (шарики и мячики) | Спасательные круги | Шины в технике | Поющий воздух |
Разносит семена | Парашют | Полеты в воздухе | Запуск ракеты |
6 простых научных опытов для детской вечеринки
Когда в вашей квартире собралась шумная толпа ребятишек с «вечными двигателями» внутри, самое время занять их научными чудесами.
Вот несколько научных экспериментов, которые поразят малышню. Вас заставят повторять опыты снова и снова. Заодно узнают много полезного и интересного.
Опыт № 1. Шарик и апельсин
Понадобится один апельсин, надутые шарики (сколько пожелаете).
Опыт: Отрежьте от апельсина кусочек кожуры, как если бы вы чистили апельсин для еды. Надавив на кожуру, брызните соком цедры на надутый шарик. Шарик лопнет.
Объяснение: В цедре апельсина много такого вещества, как лимонен. Он активно растворяет резину, поэтому тонкий шарик не может ему противостоять.
Опыт № 2. Яйцо в бутылке
Понадобится сваренное вкрутую и очищенное от скорлупы куриное яйцо среднего размера, стеклянная бутылка из-под сока с достаточно широким горлышком, полоска бумаги, спички или зажигалка, растительное масло. Чтобы опыт прошел успешно, горлышко бутылки должно быть ненамного меньше яйца.
Опыт: смажьте горлышко бутылки растительным маслом.
Подожгите бумагу и быстро опустите ее в бутылку. Сразу после этого накройте яйцом горлышко бутылки. Когда бумага потухнет, яйцо окажется в бутылке.
Объяснение: когда воздух в бутылке из-за огня нагревается, он расширяется и часть воздуха выходит наружу, а когда пламя гаснет, воздух начинает охлаждаться и сжиматься. В результате в бутылке создается низкое давление, так что наружное давление само «заталкивает» яйцо в бутылку.
Опыт № 3. Шарик и воронка
Понадобится воронка и шарик для пинг-понга.
Опыт: переверните воронку широкой частью вниз, вложите мячик в воронку и поддерживайте его пальцем. Потом начните дуть в узкий конец воронки и перестаньте поддерживать пальцем мячик, не прекращая дуть. Мячик должен остаться внутри.
Объяснение: чем быстрее мимо мяча проходит воздух, тем меньше давления он оказывает на мяч. Давление воздуха между стенками воронки и мячиком гораздо меньше, чем снаружи, поэтому пока вы дуете, мячик будет оставаться в воронке, даже если вы перевернете ее вертикально.
К этому же опыту можно приспособить пылесос.
Опыт № 4. Волшебная свеча
Понадобится одна свеча и зажигалка.
Опыт: зажгите свечу и через некоторое время потушите ее. Когда свеча потухнет, от фитиля будет подниматься дымок. Если поднести огонь к дыму, то свеча загорится снова.
Объяснение: дым, который поднимается от фитиля содержит пары парафина, которые легко загораются. По этим парам огонек и доходит до фитиля, как это показано на гифке.
Опыт № 5. Самонадувающиеся шарики
Понадобится шарик, сода, бутылка, уксус.
Опыт: в шарик насыпьте соды, а в бутылку залейте уксус. Наденьте шарик на горлышко бутылки, а потом переверните так, чтобы содержимое шарика высыпалось в уксус, и наблюдайте.
Объяснение: дело в том, что при добавлении соды в уксус (гашение соды) выделяется углекислый газ, который надувает воздушный шарик.
Опыт № 6.
Светящаяся вода
Этот опыт потребует некоторой подготовки и дополнительных закупок, зато будет выглядеть особенно эффектно.
Понадобится один высокий стакан, раствор стирального порошка (20 мл), трехпроцентная перекись водорода (10 мл), трехпроцентный раствор люминола (5 мл), несколько кристалликов марганцовки.
Опыт: налейте в стакан раствор стирального порошка, перекись водорода и раствор люминола. Отдельно разотрите несколько кристаллов марганцовки и тоже отправьте в стакан. При попытке перемешать смесь вспенится и будет красиво искриться.
Объяснение: люминол начинает светиться, когда вступает в реакцию с перекисью водорода.
Источник
% PDF-1.4
%
1405 0 объект
>
endobj
xref
1405 69
0000000016 00000 н.
0000003249 00000 н.
0000003449 00000 н.
0000003495 00000 н.
0000004200 00000 н.
0000004876 00000 н.
0000005003 00000 н.
0000005154 00000 н.
0000005220 00000 н.
0000005272 00000 н.
0000005387 00000 п.
0000005500 00000 н.
0000005600 00000 н.
0000005724 00000 н.
0000006382 00000 п.
0000007070 00000 п.
0000007221 00000 н.
0000007346 00000 п.
0000008998 00000 н.
0000009729 00000 н.
0000010011 00000 п.
0000010128 00000 п.
0000010633 00000 п.
0000011029 00000 п.
0000011477 00000 п.
0000011840 00000 п.
0000014008 00000 п.
0000016009 00000 п.
0000018056 00000 п.
0000020356 00000 п.
0000020598 00000 п.
0000022674 00000 п.
0000023103 00000 п.
0000024359 00000 п.
0000026530 00000 п.
0000026904 00000 п.
0000027282 00000 н.
0000027361 00000 п.
0000029073 00000 п.
0000031272 00000 п.
0000031488 00000 п.
0000031596 00000 п.
0000031775 00000 п.
0000038172 00000 п.
0000038275 00000 п.
0000038332 00000 п.
0000038416 00000 п.
0000038647 00000 п.
0000038733 00000 п.
0000042424 00000 п.
0000042527 00000 н.
0000042630 00000 п.
0000042732 00000 п.
0000043479 00000 п.
0000043742 00000 п.
0000045830 00000 п.
0000045871 00000 п.
A, @ ~ % d> P] whx: PVZ «` LU {5M
> cGmή # Ҝ vK +.Zf
ЕСЛИ{?
Physics Science Fair Проекты, идеи и эксперименты
Физика, формально называемая натурфилософией, — это наука об энергии и материи, а также о взаимодействиях между ними. Физика включает изучение материала и энергии, связанных с движением, теплом, светом и силой. Современные расширения физики расширились и включают ядерную физику, физику элементарных частиц, физику плазмы и криогенику.
Чтобы узнать, как создается белый свет.
Продемонстрировать третий закон движения Ньютона, сконструировав ракетную машину с воздушным шаром.
Чтобы узнать, как работает электромагнетизм, сконструировав электромагнит, и уметь ответить на вопрос «Как работает электромагнетизм?»
Создать устройство, отслеживающее линии магнитного поля Земли.
Чтобы создать собственное освещение, используя всего несколько простых инструментов — вещей, которые вы, вероятно, уже найдете у себя дома или в продуктовом магазине. Вы сможете увидеть и, возможно, услышать создаваемую молнию!
Положить яйцо в бутылку и вынуть его целым, используя свойства давления воздуха.
Для демонстрации динамики атмосферного давления
Для демонстрации принципа плавучести теплого воздуха.
Чтобы определить, может ли трение вызвать вибрацию стекла. После этого эксперимента вы сможете ответить на вопрос: «Почему стакан завибрировал, когда вы потерлись указательным пальцем о край стакана?»
Демонстрация эксперимента Галилея с падающими объектами, в котором говорится: «Что идет вверх, должно падать».
После этого эксперимента вы сможете ответить на вопрос: «Падают ли более крупные объекты быстрее, чем более легкие при одинаковых условиях?»
Построить самодельную ветряную мельницу
Идентифицировать сваренное вкрутую яйцо среди дюжины, остальные — сырые яйца, и тем самым продемонстрировать инерцию яйца
Чтобы продемонстрировать магнитную силу Земли, создав наш собственный компас в банке.
Чтобы продемонстрировать, как рычаги используют силу.
Чтобы поднять кубик льда из стакана с водой, используя веревку.
Чтобы изучить, как можно создавать долговечные или постоянные пузыри.
Чтобы продемонстрировать, как можно усилить солнечный свет через увеличительное стекло, концентрируя энергию для плавления кубика льда.
Изготовить модель взрывателя. После этого эксперимента вы поймете важность предохранителя и сможете ответить на вопрос: «Как предохранитель может помочь предотвратить возгорание, вызванное неисправной электрической проводкой?»
Для построения параллельной цепи. После этого эксперимента вы сможете построить свою собственную параллельную цепь и ответить на вопрос: «Почему электрические устройства и приборы в доме обычно подключаются параллельно?»
Чтобы продемонстрировать, как лифты работают через серию шкивов, построив нашу собственную лифтовую систему.
Построить простую электрическую схему и определить ее части. После этого эксперимента вы сможете назвать части простой электрической цепи и ответить на вопрос: «Когда в цепи протекает электричество?»
Чтобы продемонстрировать, как вытеснение воды заставляет объекты (например, корабли) плавать, а не тонуть.
Чтобы узнать, как вырабатывается статическое электричество. После этого эксперимента вы сможете отличить статическое электричество от текущего электричества и ответить на вопрос: «Какое электричество вырабатывается, когда вы протираете два разных материала?»
Чтобы продемонстрировать работу струнных инструментов, мы собрали нашу миниатюрную гитару из спичечного коробки.
Чтобы продемонстрировать, как лучи света взаимодействуют с гладкими поверхностями, образуя отражения.
Для демонстрации того, как создаются звуки различной высоты.
Построить бумажный мост, достаточно прочный, чтобы выдержать несколько «транспортных средств», демонстрируя силу натяжения.
Для демонстрации закона Паскаля
Для демонстрации того, как длина веревки может повлиять на звук.
Чтобы продемонстрировать, какой высоты понадобится мрамор (когда его пропускают через пенопластовый канал, имитирующий американские горки), чтобы сделать полную петлю определенного размера.
Для демонстрации того, как резиновый материал реагирует на воздействие высоких температур (термодинамика резиновой ленты).
Чтобы узнать, как вторичные цвета получаются из основных цветов
Демонстрация того, как с помощью статического электричества можно отделить перец от смеси соли и перца.
Чтобы продемонстрировать, как сталкивающиеся частицы в результате вибрации сталкиваются друг с другом, создавая звук.
Для демонстрации того, как звуковые волны могут проникать в различные типы материалов.
Для создания спектра с помощью луча света, проходящего через воду
Использовать статическое электричество для разделения смеси соли и перца
Для демонстрации прочности яичной скорлупы при приложении к ней веса и давления.
Для демонстрации расширения воздуха при нагревании.
Для демонстрации того, как на уровень воды влияют предметы различной массы. Это явление широко известно как вытеснение воды.
Рисование шариками: как легко сочетать искусство и науку
Рисование шариками — это увлекательный способ объединить искусство процесса и науку.Используйте эти простые идеи, чтобы расширить свою художественную деятельность, включив в нее науку.
Я люблю заниматься искусством.
Еще больше мне нравится, когда занятия искусством для дошкольников можно совмещать с наукой. Рисование шариков и шариков — идеальное сочетание творчества, экспериментов и исследований для детей. Позвольте мне показать вам, как вы можете сделать гораздо больше, чем просто катать сферу на листе бумаги.
Принадлежности
Для этого художественного проекта вам понадобится четыре расходных материала.
- мяч
- ящик
- бумага (любой цвет)
- краска (люблю темпера)
Мяч, конечно же, самый важный запас. Мы не можем назвать это «рисованием шариками» без них. Весело экспериментировать с разными типами мячей. Попробуйте некоторые из этих идей:
- шарики для свиста
- мрамора
- мячи для игровых площадок
- гладкие шары
- круглые шарики
- Куш-шары
- шарики на присоске
- футбольных мячей
- мячи для гольфа
- теннисные мячи
- Мячи для пинг-понга
- мячи для мячей
- водяные бусины
- клубок пряжи
- Шарики из пенополистирола
Ваша коробка должна быть достаточно большой, чтобы вы могли положить на дно лист бумаги.
Борта должны быть достаточно высокими, чтобы в них мог поместиться мяч. Вы можете использовать дно коробки для пиццы или взять несколько красивых неглубоких коробок в следующую поездку в Самс или Костко.
Если вы хотите проверить коробку, чтобы убедиться, что она хорошая. Используйте кошку. Кошки — лучшие тестеры боксов. Это моя малышка Грейси, и я очень рад найти повод разместить ее фотографию на этом сайте :).
Грейси одобряет эту коробку!
Вы также можете использовать пластиковые контейнеры для краски и мячей.Возможно, вам понадобится пипетка, чтобы добавить краску на бумагу, а также щипцы и ложки, чтобы собирать покрытые краской шарики и шарики.
Как рисовать шариками
Не существует установленного способа рисования шара. Поиграйте с ним и используйте тот метод, который лучше всего подходит вам. Дети могут использовать пипетку, чтобы добавить капли краски прямо на бумагу.
Затем они могут складывать шарики в коробку и катать их по краске, пока не будет создано прекрасное произведение искусства.
Вот еще один способ сделать это. Вы также можете поместить шары в емкости с краской. Дети могут складывать шарики в коробку ложками или щипцами. Затем они могут перемещать мяч в коробке, чтобы создать свой шедевр.
Мы обнаружили, что эти шарики на присосках прилипали к щипцам. Это было довольно забавно, но в следующий раз, наверное, лучше будет ложка.
Используйте разные типы шаров
Очень весело использовать разные типы мячей для создания произведений искусства.Попросите детей угадать, какое произведение искусства будет создавать каждый мяч. Почему у этого шара другой дизайн?
Шарики на присосках образуют крутые круги. Самый большой шар в нашей коллекции нарисовал на бумаге мельчайшие точки краски.
Мяч катался по-другому, чем другие мячи. Как вы думаете, почему это произошло? Канавки в шаре оставили на бумаге толстые полосы краски.
Marbles создавали тонкие линии, ракетки создавали более толстые линии, а пластиковые мячи для гольфа создавали линию с небольшой текстурой.
Моим любимым шаром для рисования был шар для кошек. Руки, похожие на морского анемона, создали самых удивительных узоров на нашей бумаге.
Поговорим об этом
Вот еще несколько вещей, о которых нужно думать и говорить во время рисования:
- Механизм — Держите коробку под разными углами. Это меняет способ движения мяча?
- Скорость — Некоторые шары движутся быстрее других? Как заставить шары двигаться быстрее или медленнее? Отличается ли искусство быстро катящегося шара от искусства, созданного медленно катящимися шарами?
- Цвет — Дети могут посмотреть, как цвета сочетаются друг с другом.Создаются ли новые цвета?
- Количество — Создание рисунка с разным количеством шаров. Насколько они разные?
- Вес — Некоторые шары тяжелее других? Это меняет то, как они двигаются?
- Время — Дети могут катать шарики в течение разного времени (используйте таймеры) Чем отличается художественное произведение?
- Другое — После того, как произведение искусства высохнет, дети могут использовать увеличительное стекло, чтобы рассмотреть его.
Разгон
Вы хотите добавить больше удовольствия… и больше возможностей для научных исследований в рисование мячом? Добавьте пандус! Я склеил пару жестких кусков картона, чтобы получился пандус.Я уперся нижней частью пандуса в клапан на дне ящика, чтобы он оставался на месте. Вы можете удерживать лист бумаги с помощью пары зажимов для прищепки.
Дети могут поставить покрытый краской мяч наверху рампы и дать ему скатиться вниз. Он катился быстро или медленно? Он катился по прямой? Какую линию или узор он создал?
Сделайте пандусы с разными уклонами. По-разному ли катятся мячи при спуске по разным трапам? Линия краски или узор, создаваемый мячом, по-разному выглядят на разных пандусах?
Надеюсь, что вам и вашим детям будет интересно рисовать шариками.
Есть ли у вас какие-нибудь дополнительные идеи по использованию шаров и шариков для создания произведений искусства? Хотелось бы услышать о них в комментариях в конце статьи.
Действия STEAM в магазине
Вы ищете дополнительные дошкольные занятия STEAM для ваших детей? Ознакомьтесь со следующими ресурсами в моем магазине. Нажмите на изображения ниже, чтобы посмотреть их.
Нажмите на изображения ниже, чтобы проверить эти ресурсы STEM в моем магазине.
Простой эксперимент по изучению нефти и воды с тремя ингредиентами
Наука увлекает молодых учащихся.Простые эксперименты — отличный способ для детей познать окружающий мир. Использование масла и воды для изучения взаимодействия различных жидкостей — веселое и безопасное занятие для маленьких детей.
материалов, необходимых для эксперимента:
- Растительное масло, масло канолы или любое жидкое кулинарное масло
- Ватные шарики
- Прозрачный контейнер, например ваза или высокая стеклянная банка
- Вода
Сделайте прогноз
Перед тем, как приступить к собственному эксперименту, соберите некоторые прогнозы у студентов.
Как они думают, простой ватный диск будет плавать в воде или он утонет? Если дети уже экспериментировали с этими материалами раньше, например, в эксперименте с погружением и плаванием или в эксперименте с нефтью и водой, поощрите их использовать то, что они уже узнали, для своих прогнозов.
Соблюдайте
Для начала поместите в воду один или два простых ватных шарика. Ватные шарики интересно наблюдать, потому что изначально они плавают. Когда они насыщаются водой, они опускаются на дно.Прогнозировали ли это студенты?
Второе наблюдение
Представьте студентам масло, налив немного в небольшую посуду. Предложите студентам прикоснуться к маслу и сравнить его с водой с помощью осязания, зрения и обоняния. Учащиеся могут использовать такие слова, как «слизистый» или «скользкий».
Сделай другое предсказание
Попросите детей сделать предсказания о том, что произойдет, если ватный диск окунуть в масло, а затем поместить в воду.Будет ли он плавать, тонуть или делать что-то другое?
Наблюдать снова и экспериментировать дальше
Масляные ватные шарики плавают наверху! Понаблюдайте за ними некоторое время, и они не утонут, как простые ватные шарики.
Могут ли ученики придумать способ заставить их утонуть? Предложите ученикам поэкспериментировать с различными идеями, например, придавить ватные шарики вниз, сначала добавить ватные шарики в контейнер, а затем полить их водой, а также другие идеи, которые могут у них возникнуть. Принятие этих знаний и их использование для новых прогнозов и новых гипотез является критически важным навыком для научного мышления.
Ищете больше экспериментов?
Любознательные умы всегда хотят узнать больше! Вот несколько фаворитов:
Задание: эксперимент с игральными костями
Давайте бросим два кубика и сложим очки …
Вам понадобится: |
Интересная точка
Многие думают, что один из этих кубиков называется «игральная кость».Но нет!
Множественное число — это игральные кости , а единственное число — кубик : т.
е. 1 кубик, 2 кубика.
Обычный кубик имеет шесть граней:
Обычно мы называем грани 1, 2, 3, 4, 5 и 6.
Бросок двух кубиков и суммирование очков …
Пример: когда на одном кубике отображается 2, а на другом 6, общая сумма очков составляет 2 + 6 = 8
Вопрос: Можно ли получить всего 8 любым другим способом?
А как насчет 6 + 2 = 8 (наоборот), это другой способ?
Да! Потому что две кости разные.
Пример: представьте, что один кубик окрашен в красный цвет, а другой — в синий.
Есть две возможности:
Итак, 2 + 6 и 6 + 2 разные.
И вы можете получить 8 с другими числами, например, 3 + 5 = 8 и 4 + 4 = 8
Высокий, низкий и наиболее вероятный
Прежде чем мы начнем, давайте подумаем, что может произойти.
Вопрос: Если вы бросите 2 кубика и сложите два результата:
- 1.Какое будет наименьших возможных итоговых баллов?
- 2. Каков максимальный результат из возможных ?
- 3. Как вы думаете, какой общий балл наиболее вероятен для ?
Каков максимальный результат из возможных ?На первые два вопроса ответить довольно просто:
- 1. Минимум возможных общих баллов должно быть 1 + 1 = 2
- 2. наибольшее возможное общее количество баллов должно быть 6 + 6 = 12
- 3., скорее всего, общий балл … ???
Все ли они столь же вероятны? Или что-то будет происходить чаще?
Чтобы ответить на третий вопрос, давайте проведем эксперимент.
Эксперимент
Бросьте два кубика вместе 108 раз,
каждый раз сложите очков,
запишите очков в итоговой таблице.
Почему 108? Выбор этого числа кажется странным.Я объясню позже.
Вы можете записать результаты в эту таблицу, используя метки подсчета:
| Добавлено баллов | Tally | Частота |
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 | ||
| 5 | ||
| 6 | ||
| 7 | ||
| 8 | ||
| 9 | ||
| 10 | ||
| 11 | ||
| 12 | ||
| Общая частота = | 108 |
Хорошо, вперед!
.
.. …
… …
Готово …?
Теперь нарисуйте гистограмму, чтобы проиллюстрировать ваши результаты.
Вы можете сделать самостоятельно.
Или вы можете использовать графики данных (столбцы, линии и круговые диаграммы), а затем распечатать их.
Вы можете получить что-то вроде этого:
- Все стержни примерно одинаковой высоты?
- Если нет … почему бы и нет?
Итак, почему мы получили такую форму?
Объяснение простое:
- Есть только , один способ получить в сумме 2 (1 + 1),
- , но есть шесть способов получить в сумме 7 (1 + 6, 2 + 5, 3 + 4, 4 + 3, 5 + 2 и 6 + 1)
Вот таблица всех возможных исходов и итогов.Я также показал, что прибавляется к 7, выделенное жирным шрифтом .
| Счет на одном кубике | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| Оценка на Другое Матрица | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
Вы можете видеть, что есть только 1 способ получить 2, есть 2 способа получить 3 и так далее.
Давайте посчитаем способы получения каждой суммы и поместим их в таблицу:
| Итого Оценка | Количество способов получить балла |
| 2 | 1 |
| 3 | 2 |
| 4 | 3 |
| 5 | 4 |
| 6 | 5 |
| 7 | 6 |
| 8 | 5 |
| 9 | 4 |
| 10 | 3 |
| 11 | 2 |
| 12 | 1 |
| Итого = 36 |
Вы видите симметрию в этой таблице?
- 2 и 12 имеют одинаковое количество путей = 1 каждый
- 3 и 11 имеют одинаковое количество путей = 2 каждый
- 4 и 10 имеют одинаковое количество путей = 3 каждый
- 5 и 9 имеют одинаковое количество путей = 4 каждый
- 6 и 8 имеют одинаковое количество путей = 5 каждый
108 Броски
Окей, а почему 108 бросков? Что ж, 36 бросков недостаточно для хороших результатов, 360 бросков — это здорово, но на это нужно много времени.
Итак, 108 (что составляет 3 лота из 36) кажется правильным.
Итак, давайте умножим все эти числа на 3, чтобы получить общую сумму 108:
.| Итого Оценка | Количество способов получить балла |
| 2 | 3 |
| 3 | 6 |
| 4 | 9 |
| 5 | 12 |
| 6 | 15 |
| 7 | 18 |
| 8 | 15 |
| 9 | 12 |
| 10 | 9 |
| 11 | 6 |
| 12 | 3 |
| Итого = 108 |
Это теоретических значений , в отличие от экспериментальных , полученных вами в результате эксперимента.
Теоретические значений выглядят следующим образом на гистограмме:
Как эти теоретические результаты соотносятся с результатами ваших экспериментов?
Этот график и ваш график должны быть очень похожими, но они вряд ли будут точно такими же, поскольку ваш эксперимент основывался на вероятности , и количество раз, которое вы проделали, было довольно небольшим.
Если вы проводили эксперимент очень много раз, вы должны получить результаты, намного более близкие к теоретическим.
И, кстати, мы ответили на вопрос почти из начала эксперимента:
Какой общий балл наиболее вероятен?
- 7 имеет самую высокую планку, поэтому 7 — наиболее вероятная общая оценка.
Эй, поэтому люди говорят о Lucky 7 …?
Вероятность
На странице Вероятность вы найдете формулу:
Вероятность наступления события = Количество способов, которыми это может произойти Общее количество исходов
Пример: Вероятность 2
Мы знаем, что существует 36 возможных исходов.
И есть только 1 способ получить 2 балла.
Таким образом, вероятность получить 2 равна:
Вероятность 2 = 1 36
Так мы получим:
.| Итого Оценка | Вероятность |
| 2 | 1/36 |
| 3 | 2/36 |
| 4 | 3/36 |
| 5 | 4/36 |
Образцы вращения теннисного мяча и струн Старые, новые и запрещенные
ВВЕДЕНИЕ
Вращение — неотъемлемая часть сегодняшней игры в теннис.Реклама ракеток и струн объявляет о преимуществах вращения конкретных продуктов, и игроки мучительно размышляют над тем, какое расположение струн для ракетки даст наибольшее вращение. Но как выбрать? Какие факторы действительно важны для вращения теннисного мяча? Почему они важны? Как добиться максимального эффекта от этих причинных факторов?
Изучить спин сложно, потому что оно зависит от многих факторов.
Среди них — падающее вращение, скорость и угол полета мяча; скорость, угол и наклон ракетки; материал и свойства струны, такие как возврат энергии, жесткость, коэффициент трения и натяжение; и образец строки и интервал.Чтобы изучить эффект изменения любого из них, вы должны контролировать все остальные, потому что даже небольшие изменения (особенно падающее вращение, скорость и угол) могут значительно повлиять на вращение. Если вы не контролируете все эти факторы, вы не сможете с уверенностью приписать причинность какому-либо конкретному представляющему интерес явлению.
Основным интересом этого исследования было влияние на угол поворота и отскока изменения структуры струны и материала. В частности, мы изучили разницу в вращении между полиэстером и нейлоном, а также между четырьмя различными рисунками струн: 16×19, 16×15, 16×16 диагональных струн и 2 имитационными рисунками спагетти (не переплетенные струны) — (1) 2-плоскостной рисунок с магистраль с одной стороны и кресты с другой и (2) трехплоскостная струна с крестами, зажатыми между двумя плоскостями магистрали.
Организация струн спагетти была запрещена ITF, но мы изучили ее, чтобы показать, что происходит в меньшей степени с обычными переплетенными струнами.
Мы используем несколько упрощающих предположений. Если не указано иное, мы обычно считаем ракетку неподвижной. Физика одинакова, касается ли мяч ракетки, ракетки и мяча, или они оба ударяют друг друга. Во-вторых, хотя каждая сила имеет равную и противоположную силу, мы сосредоточимся в основном на силах, действующих на мяч.И наконец, хотя скорости, вращения и силы являются векторными величинами, требующими положительного или отрицательного коэффициента, мы обычно будем использовать все положительные числа и просто укажем, следует ли их складывать или вычитать. Но чаще всего мы вообще стараемся избегать математики! Однако в Приложении есть раздел «Математический анализ».
Презентация состоит из пяти частей. Часть 1, «Силы, влияющие на спин», вводит многие концепции, необходимые для понимания результатов части 2 «Эксперимент».
Часть 3 — это «Обсуждение», Часть 4 — это «Заключение», а Часть 5 — это «Приложение».
ЧАСТЬ 1: СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА СПИН
Вращение — это, по сути, результат трех сил: трения, упругости и нормальной (перпендикулярной струне). Они могут сочетаться, чтобы максимизировать или минимизировать вращение. В общем, силы трения и упругости увеличивают вращение, а нормальная сила уменьшает вращение, потому что обычно они направлены на одну сторону («неправильную» сторону) мяча. Трение присутствует при каждом ударе, и релевантные для вращения силы упругости возникают в первую очередь, когда основные струны перемещаются в сторону.Асимметричная нормальная сила присутствует во всех неперпендикулярных ударах или тех, которые имеют падающее вращение, но ее эффект значительно увеличивается, когда основные струны движутся в сторону. На это движение, в свою очередь, влияют материалы струн и узоры.
1А. Силы трения и спин
Как показано на рисунке 1, траектория теннисного мяча, летящего под углом относительно струнного ложа, может быть разделена на два пути, один перпендикулярный, а другой — параллельный струнному ложу.
Это потому, что мяч движется в обоих направлениях одновременно.
Рисунок 1 — Составляющие скорости и силы. (а) Составляющие скорости при ударе. (b) Силовые компоненты мяча на ракетке. (c) Составляющие силы реакции ракетки на мяч. По причинам, обсуждаемым ниже, нормальная сила обычно направлена перед центром масс мяча. Это смещение в F N действует для уменьшения исходящего вращения, в то время как сила трения F r действует для увеличения исходящего вращения.
Точно так же, когда мяч и ракетка сталкиваются, возникает только одна чистая сила удара, но ее можно разделить на перпендикулярную и параллельную составляющие. Перпендикулярные силы известны как нормальные силы (F n ), а силы, параллельные струнному ложу, — это силы трения (F r ). Трение препятствует относительному движению двух соприкасающихся поверхностей. Он действует, чтобы противодействовать началу движения между поверхностями или замедлять и гасить любое движение, которое действительно происходит.
Нормальная сила реакции отталкивает мяч от струн и отвечает за мощность ракетки. Трение влияет на угол отскока, замедляя тангенциальную скорость мяча, когда он скользит по струнному ложу (v x ), и изменяет скорость и направление вращения (ω), создавая вращающий момент на контактирующей поверхности мяча. Эта сила трения против скольжения продолжается до тех пор, пока линейная и вращательная скорости точки контакта не станут равными, но в противоположных направлениях.Когда это происходит, скорость в точке контакта равна нулю. Если между двумя поверхностями нет относительного движения, тогда будет очень небольшое трение или крутящий момент и очень небольшое дополнительное изменение вращения или скорости параллельно струнному ложу. Когда это происходит, мяч переходит в режим качения. Однако даже при перекатывании или укусах статическое трение остается, и оно действует в противоположном направлении, в котором точка контакта пытается переместиться. Он может переключаться вперед и назад между облегчением или подавлением вращения.
Как таковая, эта сила имеет тенденцию нейтрализоваться.
Состояние с низким коэффициентом трения возникает при углах удара менее 50 градусов относительно перпендикуляра. Под большими углами мяч будет скользить во время отскока и никогда не достигнет состояния качения с низким коэффициентом трения.
1Б. Упругие силы и спин
Боковое движение основной струны. Если во время удара мяч толкает основные струны в сторону, сохраняя упругую энергию, эта энергия будет возвращена мячу, когда струны оторвутся.Боковая упругая энергия сохраняется как в струнах, так и в шаре. Мяч деформируется по касательной к своему движению, даже если струны не двигаются. Сжатая энергия в шаре отталкивается от струн и добавляет вращение. Но влияние бокового сжатия мяча очень мало по сравнению с боковым смещением струн. Основное влияние движения струны на вращение показано на рисунке 2.
Рисунок 2 — Движение струны и возврат в исходное положение.Боковое движение струны сохраняет упругую энергию, которая используется для вращения мяча, когда струны отрываются.
Фактическое движение струны будет диагональным, как показано на Рисунке 3. Вы можете видеть нормальную и касательную составляющие относительно недеформированного струнного ложа, как показано пустыми кружками слева на изображении сжатого шара. Шарик деформируется между струнами, так что касательная сила толкает зубчатый выступ. Эта сила замедляет мяч и увеличивает вращение.Это происходит как при натяжении струны, так и при ее отталкивании.
Рисунок 3 — Диагональное растяжение. Этот двухмерный вид показывает, что боковое движение струны заставляет струну растягиваться по диагонали, так что, когда она отскакивает назад, это как добавляет вращение, так и толкает мяч назад, вызывая больший угол запуска ракетки. Как показано, некоторые струны могут двигаться дальше в поперечном направлении, чем другие, вызывая выступы шариков между струнами.
1С.Перпендикулярные силы и вращение
Перпендикулярная сила отскока обычно действует не непосредственно через центр масс, а скорее перед ним.
Это происходит независимо от того, движутся ли струны в сторону. Это потому, что мяч начинает вращаться от струн на своей задней стороне и попадает в струны впереди. Таким образом, мяч оказывает большее усилие на струны на своей передней стороне. Трение замедляет нижнюю половину мяча, заставляя верхнюю половину растягиваться и деформироваться вперед, смещая при этом вес.Большая сила, действующая на струны в передней части мяча, заставляет чистую нормальную силу смещаться вперед перед CM на расстояние D — обычно около 2-9 мм, в зависимости от настройки струнного ложа. Это расстояние D часто используется для обозначения смещения нормального усилия как «D-смещение». Чтобы определить значение D-смещения, решите уравнение 6 в Приложении для «D». Рисунок 4 демонстрирует этот процесс.
Рисунок 4 — Смещение нормальной силы («D-смещение»). Мяч вылетает из струн сзади и попадает в струны впереди.Тормозное движение трения заставляет верхнюю половину мяча вытягиваться вперед, поскольку импульс перемещает вес вперед.
Комбинация вращения и торможения перемещает чистую нормальную силу реакции (сумму всех отдельных сил) перед центром масс на величину D. То же самое происходит, когда в транспортном средстве задействуются тормоза. Вес смещается вперед, поскольку передняя часть автомобиля вращается вниз по направлению к дороге, увеличивая силу, действующую на передние колеса.
Это нормальное смещение силы увеличивается, если основные струны перемещаются вбок во время удара.Это связано с тем, что струны также перемещаются к передней части мяча, смещая нормальную силу еще больше вперед, как показано на рисунке 5.
Рисунок 5 — Нормальное смещение силы при движении струны. Движение струны влево в сочетании с вращением струн на этой стороне объединяются, чтобы переместить нормальную силу дальше перед мячом. 33 мм обозначают радиус шара.
Будучи смещенной от центра силой, нормальная сила создает крутящий момент, равный нормальной силе, умноженной на D: (F N x D).Этот крутящий момент противоположен тому, который вызывается трением и отдачей струны.
Чем больше D, тем больше будет эта сила противодействия. Таким образом, боковое движение струны имеет тенденцию увеличивать вращение из-за дополнительных сил упругости и трения, но одновременно ограничивает увеличение пропорционально величине смещения, часть которого вызвана самим движением струны.
Эффективный способ визуализировать влияние рисунка струн на нормальное смещение — это рассмотреть удары сбоку.На рис. 6 показано взаимодействие шаров и струн при максимальном ударе для шаров, выпущенных со скоростью около 52 миль в час под углом 35 градусов.
Рисунок 6 — Нормальное смещение силы, вид сбоку (снято со скоростью 1200 кадров в секунду) Слева вверху: шаблон 14×9, Steam 105S 16×15, Steam 99S 16×19, Steam 106 106×19, Prestige 18×20, крупный план выступа шара размером 16×15 » сзади. Обратите внимание на постепенное уменьшение выступа мяча по мере того, как узор становится более плотным. Для открытых паттернов, когда струны продвигаются вперед, они оставляют пространство, в которое может упасть мяч.
Здесь небольшая перпендикулярная сила, отталкивающая назад (все смещено вперед), но есть большой выступ, на который струны отталкиваются в боковом направлении. Легко представить, как струны будут увеличивать вращение и толкать мяч назад и вверх при отскоке в открытых паттернах. Более плотные узоры демонстрируют меньше движения или его отсутствие и превращают мяч в более плоский и ровный блин.
1Д. Перпендикулярно-касательная «сила»
Возврат энергии измеряется перпендикулярно (известное как ACOR) и тангенциально (известное как eT) к струнному ложу.ACOR — это отношение скорости перпендикулярного отскока к падающей скорости: ACOR = V y2 / V y1 . eT — отношение скорости точки контакта отскока к скорости точки падения: eT = — V c2 / V c1 .
ACOR — это мера энергии, возвращаемой мячу в перпендикулярном направлении, а eT — мера энергии, возвращаемой в тангенциальном направлении. Для eT большая часть возвращаемой энергии является результатом преобразования линейной скорости в скорость вращения.
В то время как ACOR обычно находится в пределах 0,15-0,55, в зависимости от места удара, eT находится в диапазоне -0,1-0,1 в обычных ракетках, но достигает 0,3 для ракеток для спагетти. Эти отношения проиллюстрированы на рисунках 7, 8 и 9.
Рисунок 7 — Потенциал мощности (ACOR) Так называемая «мощность» ракетки измеряется как ACOR = v y2 / v y1
Рисунок 8 — Касательный возврат энергии. eT может быть положительным, отрицательным или нулевым. Если он отрицательный, мяч скользит на всем протяжении удара и вращение будет минимальным; если положительный, происходит поклевка и, вероятно, есть некоторый отскок струны, приводящий к большему вращению; если ноль, то мяч катится со скоростью вращения, равной скорости мяча, параллельно струне.В приведенном выше примере скорости падения и отскока мяча будут соответствовать линиям V x1 и V x2 на рисунке 7. Падающее вращение будет обратным вращением -2900 об / мин, а вращение отскока будет максимальным вращением 1765 об / мин.
.
Рис. 9 — Динамический вид касательного возврата энергии.
Мы увидим в эксперименте, что eT и D играют большую роль в определении разницы в вращении между материалами струн и узорами.Поэтому очень важно иметь некоторое представление об их определении и значении.
ЧАСТЬ 2: ЭКСПЕРИМЕНТ
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
2А. Установка
Испытательная установка показана на Рисунке 10. Новые шары запускались из шаровой машины на скорости около 63 миль в час и под углом около 40 ° от перпендикуляра к плоскости струны.Мячи падали с обратным вращением со скоростью примерно 2900 об / мин на ручную ракетку, которую держали так, чтобы мяч толкал основные струны вбок в плоскости струн. Ракетка не двигалась по мячу, а держалась неподвижно. Таким образом, скорость ракетки не менялась. Это был ноль на каждый выстрел. Мы говорим здесь «примерно», потому что шары вышли из машины с небольшими вариациями скорости, вращения и угла. Чтобы преодолеть эту проблему, мы измерили скорость, вращение и угол каждого шара, выпущенного шаровой машиной, а затем скорректировали измеренное исходящее вращение на величину, которая скорректировала эти небольшие отклонения входящего мяча.На штативе была установлена высокоскоростная камера (300 кадров в секунду), которая смотрела вертикально на площадку для измерения скорости мяча и его вращения. Вторая высокоскоростная камера (600 кадров в секунду) была установлена в нескольких футах позади струн для измерения движения струны и измерения точки удара мяча о струны. Измерения производились по шкале на корте и корректировались с помощью калибровочного коэффициента, определяемого съемкой шкалы на высоте ударов мяча.
Рис. 10. Экспериментальная установка для измерения отталкивания ручной ракетки.Ракетка держалась в вертикальном положении, голова слегка касалась корта. Мяч был выпущен на скорости 63 мили в час под углом 40 градусов с обратным вращением -2900 об / мин, чтобы поразить точки около середины струн.
Для большинства тестов мы использовали одну и ту же ракетку (Wilson Pro Open, размер головы 100 кв. Дюймов) и ту же систему натяжения (16 х 19 крестовин) и такое же натяжение струны (52 фунта). Мы использовали 22 номинально идентичные ракетки с разными струнами. Однако две из этих ракеток были натянуты на «искусственную» версию системы спагетти, как показано на Рисунке 11.Один был натянут из-за того, что не плели сетку и кресты, поэтому в итоге мы получили две плоскости струн, расположенные под прямым углом друг к другу. Сеть могла свободно и независимо скользить по поперечным струнам. То, какая именно сетка перемещается, зависело от того, где мяч попадает в ракетку. Мы тестировали каждую сторону как отдельный образец струн (спагетти-спагетти с двумя плоскостями и кресты с двумя плоскостями). Другая ракетка была натянута на три плоскости струн, причем половина основных струн находилась на одной стороне крестовины, а другие сетевые струны чередовались на противоположной стороне (спагетти с 3 плоскостями).Вторая система больше похожа на оригинальный дизайн спагетти, в котором мяч может ударять по основным струнам с обеих сторон ракетки. В первоначальной системе спагетти, сети на каждом самолете были связаны вместе шпагатом, так что все они двигались в унисон, более эффективно сохраняя и возвращая энергию. Было всего 6 крестовин и 14 магистралей, и магистраль протекала через трубчатые ролики на каждом пересечении с крестами.
Рисунок 11 — Узоры спагетти-струн. Слева: двухплоскостной узор, шаг (MxX) = 10 x 11.3 мм; Справа: трехплоскостной узор, шаг (MxX) = 20 x 11,3 мм.
Другие шаблоны показаны на Рисунке 12. Расстояние измерялось по сетке 3×3 в середине ракетки, чтобы определить среднее расстояние между сеткой и крестами в зоне удара. При диагональном шаблоне измерения проводились от угла к углу, поскольку это направление, в котором мяч встречается со струнами.
Рисунок 12 — Другие образцы строк. Слева направо: PowerAngle Pro по диагонали 16 x 16, интервал (от угла к углу) = 16.6 х 22,5 мм; Wilson Steam 105S, шаблон 16 x 15, шаг (MxX) = 11,7 x 15,2 мм; Рисунок Wilson Pro Open 16 x 19 (используется стандартная ракетка), расстояние (MxX) = 10 x 11,3 мм. Без изображения, шаблон Wilson Steam 99S 16 x 15, шаг (MxX) = 10,4 x 14,7 мм.
2Б. Результат
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
2Б-1. Среднее значение общего угла поворота и отскока.Угол раскрутки и отскока были нашими основными характеристиками, представляющими интерес. На рисунке 13 показаны итоговые результаты среднего вращения и угла отскока для каждой группы материалов струн и рисунков струн (если вы умножите вращение в рад / с на 10, вы будете очень близки к вращению в оборотах в минуту). Из рисунка видно, что узоры спагетти (за исключением стороны, на которой только кресты спагетти) имели наибольшее вращение. Следующими были ракетки Steam 16×15, с вращением примерно на 10% больше, чем у полиэфиров 16×19 и Steams, весом 62 фунта, но все же на 11% меньше, чем у спагетти.Для 19 ракеток 16×19 полиэстер в среднем вращал всего на 4-5% больше, чем нейлон.
Что касается угла отскока, то основные ракетки для спагетти (2-плоскость, 3-плоскость, 52 и 62 фунта) имели наименьший угол к перпендикуляру (наибольший угол запуска). Следующими были модели Steams 16×15 и диагональ 16×16. Шаблоны 16×19 были примерно одинаковыми (нейлон, гладкий полиэстер и двухплоскостные кресты для спагетти), за исключением струны Zyex, у которой был самый низкий угол запуска из всех.
Рисунок 13 — Средний угол поворота и отскока в зависимости от материала струны и рисунка.Нормализованные падающие параметры: v = 28 м / с (63 миль / ч), угол = 40 градусов, вращение = -2900 об / мин.
Учитывая эту большую разницу во вращении и угле отскока между настройками, мы исследуем некоторые параметры, влияющие на них. Наиболее интересными параметрами являются тангенциальный коэффициент восстановления (eT), смещение нормальной силы (D-смещение) и число вращения (SN, определенное ниже как eT * R / D) и потенциал вращения COF (COF шара / COF струны).
2Б-2. СПИН VS ПАРАМЕТРЫ ОТЖИМА.Одним из наиболее интересных результатов этого исследования является взаимосвязь D-смещения и eT, а также их отношения к вращению. По мере того, как паттерны становятся более открытыми и допускают большее перемещение струны, увеличивается как eT, так и D-смещение, как показано на рисунке 14. Но eT и D-смещение являются конкурирующими силами в войне вращений — eT увеличивает вращение, а D-смещение подавляет его. Когда мы перескакиваем с 16×19 на 16×15 к шаблонам спагетти, кажется, что увеличение скорости вращения из-за eT более чем компенсирует уменьшение скорости вращения из-за увеличения D-смещения. На рисунке 15 показана зависимость спина от eT и D.
Рисунок 14 — eT vs D для всех расстановок ракетки. По мере того, как паттерны становятся более открытыми и допускают большее перемещение струны, увеличиваются как eT, так и D-смещение. Большое смещение D препятствует вращению, но большое eT увеличивает его. Для более открытых паттернов eT, кажется, выигрывает войну вращения, увеличивая вращение, несмотря на увеличенное D-смещение.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
Рисунок 15 — Вращение в зависимости от eT и D для всех расстановок ракетки. По мере того, как вы переходите к большему количеству открытых паттернов, вращение увеличивается больше с помощью eT, чем подавляется смещением D. Однако внутри каждой группы настроек вы можете видеть, что вращение имеет тенденцию уменьшаться с увеличением D-смещения и увеличиваться с увеличением eT.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
Как видно из рисунка 15, для каждой настройки групповое вращение имеет тенденцию увеличиваться в пределах группы для eT и уменьшаться с D-смещением. Но переход от группы настройки к группе настройки в направлении все большего количества открытых паттернов приводит к большему вращению. Особенно странно поведение, наблюдаемое на графике вращения в зависимости от D-смещения. Внутри каждой группы настроек вращение уменьшается по мере увеличения D, но увеличивается по группам настроек в сторону открытых шаблонов и даже большего D-смещения. Таким образом, если eT и D одновременно увеличиваются, а спин увеличивается с eT и уменьшается с D, тогда спин увеличивается и уменьшается одновременно.Очевидно, что взаимосвязь между eT, D-смещением и вращением немного сложнее. Вращение зависит от того, насколько сильно изменяются eT и D-смещение по сравнению друг с другом. Чтобы сделать взаимосвязь более очевидной, нам нужен способ изучить одновременную взаимосвязь eT и D друг с другом и со спином. Для этого мы используем новый параметр, который мы называем Spin Number (SN):
Номер спина = eT * R / D.
Это безразмерное число, где R — радиус шара, а D — смещение нормальной силы.
График зависимости вращения от числа вращения дает некоторые интересные результаты. Это показано на рисунке 16.
Рисунок 16 — Вращение против числа вращений для всех расстановок ракетки.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
Чем более открыт паттерн, тем сильнее корреляция спина с числом спина.Парадокс на Рисунке 15, связанный с увеличением вращения по мере увеличения D-смещения между шаблонами, но уменьшается внутри шаблона, разрешен. Важно то, как eT и D-смещение изменяются относительно друг друга. Номер вращения показывает динамическую взаимосвязь eT, D и вращения как внутри, так и между группами расстановки ракеток.
Дальнейшие графики и изображения отношений спинового числа, D-смещения и eT можно увидеть в Приложении.
Полиэстер обычно дает больше прядения, чем нейлон или кишки, а полиэфиры различаются между собой при производстве прядения.Одна из основных причин такой разницы — коэффициент трения (COF) каждой струны. Полиэфирную струну можно рассматривать как «установку движения струны» по сравнению с другими материалами. Мы измеряем два COF в лаборатории TWU — COF от шара к струне и COF от струны к струне. В идеале должен иметь высокий коэффициент трения по мячу, чтобы струна и шар держались вместе, и низкий коэффициент трения по струне, чтобы струны свободно скользили друг по другу. Отношение COF шара к COF струны называется потенциалом вращения (SP). Высокий SP должен производить больше вращения, при прочих равных условиях (чего никогда не бывает).На рисунке 17 показаны графики зависимости спина от спинового потенциала и числа спинов от спинового потенциала.
Рисунок 17 — Вращение в зависимости от спинового потенциала COF и числа вращения в зависимости от потенциала вращения COF для нейлоновых и полиэфирных установок размером 16×19.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
2Б-3. ОБРАТНЫЙ УГОЛ ПРОТИВ СПИНОВЫХ ПАРАМЕТРОВ. На рисунке 18 показано, что угол отскока очень сильно зависит как от D-смещения, так и от eT.По мере увеличения каждого из них угол отскока уменьшается и приближается к перпендикуляру струны. Это означает больший угол запуска на площадке.
Рисунок 18 — Угол отскока в зависимости от eT и D-смещения для всех настроек ракетки.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
Игрок хочет знать, как связаны вращение и угол отскока.Большинство игроков считают, что большее вращение означает больший угол запуска. На рис. 19 показан график зависимости угла отскока от вращения для всех расстановок ракетки. Взаимосвязь не очень сильная, но она предполагает, что по мере увеличения вращения будет увеличиваться угол запуска (малый угол к перпендикуляру).
Рисунок 19 — Зависимость угла отскока от вращения для всех расстановок ракетки.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
Причина низкой корреляции вращения и угла отскока в следующем. Как видно на Рисунке 15, высокое значение eT коррелирует с высоким вращением внутри и между установками, а высокое смещение D коррелирует с низким вращением в группе установок. Получаем тот же парадокс, что и со спином. Угол отскока уменьшается как с eT, так и с D, но спин увеличивается с eT и уменьшается с D. Таким образом, следует неприемлемый вывод, что вращение как увеличивается, так и уменьшается с уменьшением угла отскока. Опять же, реальность больше зависит от того, как eT и D изменяются относительно друг друга и как в результате изменяются вращение и угол.Два графика на рисунке 20 показывают, во-первых, угол отскока в зависимости от числа оборотов, а, во-вторых, значения вращения и угла в зависимости от числа оборотов. Второй график показывает, что по мере увеличения числа оборотов увеличивается как вращение, так и угол запуска (то есть меньший угол перпендикулярно ложу струны).
Рис. 20. Зависимость угла отскока от числа оборотов, а также угла и числа оборотов в зависимости от числа оборотов для всех настроек ракетки.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
Больше графиков угла отскока для всех настроек можно найти в Приложении.
2Б-4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПО РАКЕТНОЙ УСТАНОВКЕ. В следующем разделе представлено графическое отображение средних результатов всех ударов для каждой ракетки. Этот набор графиков представляет собой «рейтинг» ракеток по каждому измеренному параметру. В зависимости от конкретного параметра большая или меньшая часть не обязательно означает лучший или худший — это будет зависеть от того, какого результата вы пытаетесь достичь. Чтобы увидеть, какая настройка ракетки соответствует кодам настройки на графике, щелкните раскрывающееся меню.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ракеток 1 — Pacific Power Twist 16L 2 — Gamma TNT2 Touch 16 3 — Головка FiberGel Power 16 4 — Weiss Cannon Explosive 1,30 5 — Wilson NXT Tour 17 58 фунтов 6 — Gosen Polylon Comfort 16 7 — Ashaway Dynamite 17 8 — Volkl Cyclone 18 9 — Luxilon Original 16 1.30 10 — LTec Premium 4S 17 11 — Signum Pro Poly Plasma 1.18 12 — Tecnifibre Pro Red Code 18 13 — Tourna Big Hitter Black 7 17 14 — Solinco Tour Bite 16L 15 — Киршбаум Spiky Shark 1.30 16 — Пирамида Isospeed 16 17 — Babolat Pro Tour 17 18 — Babolat RPM Blast 16 19 — Dunlop Black Widow 17 21 — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 52 фунта 21B — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 62 фунта 22 — Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 57 фунтов 22B Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 67 фунтов 23 — 3-плоскость: Solinco Tour Bite 16L 52 фунта 23B — 3-плоскость: Solinco Tour Bite 16L 62 фунта 24M — 2-плоскость Ms: Solinco Tour Bite 16L24X — 2-плоскость Xs: Solinco Tour Bite 16L 25 — Диагональ: Unknown Nylon 25B — Диагональ: Solinco Tour Bite 16L 62 фунта Рисунок 21 — Число вращений в зависимости от настройки ракетки.Номер спина почти точно коррелирует с настройкой. Все нейлоновые, полиэфирные и ракетки для движения на струнах сгруппированы вместе. Странные мячи тоже поместятся там, где должны. Спагетти пересекает только ракетку (24X) ведет себя как нейлон, потому что струны вообще не двигаются, а диагональный нейлон (25) вписывается в полиамид, потому что узор — это узор движения, а струна — нейлон, поэтому эффект каждый усредняет до середины.
Рисунок 22 — Раскрутка против ракетки.Этот график аналогичен по содержанию рисунку 13, но разбивает средние значения по группе на отдельные ракетки. За исключением экстремальных моделей движения струн, большая часть индивидуальных различий между установками довольно мала, и относительное положение ракеток могло бы отличаться, если бы мы запускали еще 100 мячей при каждой установке. На самом деле основные различия заключаются в групповых различиях, отображаемых двумя крутыми участками и более пологими участками графика.
Рисунок 23 — Угол отскока в зависимости от настройки ракетки.
Любой другой рисунок, кроме стандартного 16×19, дает меньший угол к перпендикуляру ракетки. Для игрока и зрителя это более высокий угол запуска. Все эти «альтернативные» модели имеют гораздо большее поперечное смещение струны, чем модель 16×19. Возникающая в результате боковая сила вращает мяч и замедляет его поперек струны, влияя при этом на угол отскока (как показано на рисунке 11). При расстановке 24X мяч попадает в сторону поперечной струны. Он по-прежнему перемещает основные струны, хотя и не так сильно, и мяч частично защищен крестами от полного эффекта возврата.
Рисунок 24 — Смещение нормального усилия (D) в зависимости от настройки.
Опять же, все модели движения струны имеют большее смещение нормальной силы, большинство из которых также имеют наибольшее вращение. Это может быть очень обманчиво. Как показано на рисунках 17-20, для данной установки смещение D обратно пропорционально вращению. Другими словами, дополнительное движение струны привело к тому, что альтернативные паттерны создают как большее вращение, так и большее смещение встречного вращения — теперь смещение препятствует гораздо более высокому базовому вращению, поэтому результат по сравнению с традиционными паттернами все еще больше вращается. Но для любой данной установки выстрел с меньшим D, вероятно, произведет наибольшее вращение.
Рисунок 25 — Тангенциальный коэффициент восстановления (eT) в зависимости от настройки ракетки.
Еще один хитрый. Когда происходит сильное движение струны, трение постоянно выключается и включается в зависимости от относительного движения мяча и поверхности струны, но смещение D никогда не отключается, как и силы упругости, замедляющие мяч. Так что иногда V x2 замедляется в большей степени, чем увеличивается вращение, или иногда оно уменьшается меньше, чем увеличивается скорость вращения. В результате, как показано на рисунках 43-46 в Приложении, eT не сильно коррелирует с абсолютным вращением, за исключением нейлоновых и трехуровневых моделей спагетти, как описано в этих разделах.
Рисунок 26 — Стандартное отклонение при вращении и настройке ракетки.Все альтернативные модели также имеют самое высокое стандартное отклонение при вращении. Это не только потому, что струны двигаются больше в этих паттернах, но они также двигаются более непредсказуемо и беспорядочно. Количество струн и расстояние, на которое они перемещаются, могут быть очень радикальными от удара к удару, в зависимости от очень небольших различий в том, где и как мяч падает.
СПРАВОЧНИК ДЛЯ РАКЕТКИ 1 — Pacific Power Twist 16L 2 — Gamma TNT2 Touch 16 3 — Головка FiberGel Power 16 4 — Взрывчатка Weiss Cannon 1.30 5 — Wilson NXT Tour 17 58 фунтов 6 — Gosen Polylon Comfort 16 7 — Ashaway Dynamite 17 8 — Volkl Cyclone 18 9 — Luxilon Original 16 1.30 10 — LTec Premium 4S 17 11 — Signum Pro Poly Plasma 1.18 12 — Tecnifibre Pro Red Code 18 13 — Tourna Big Hitter Black 7 17 14 — Solinco Tour Bite 16L 15 — Киршбаум Spiky Shark 1.30 16 — Пирамида Isospeed 16 17 — Babolat Pro Tour 17 18 — Babolat RPM Blast 16 19 — Dunlop Black Widow 17 21 — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 52 фунта 21B — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 62 фунта 22 — Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 57 фунтов 22B — Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 67 фунтов 23 — 3-плоскость: Solinco Tour Bite 16L 52lb 23B — 3-плоскость: Укус Solinco Tour 16L 62 фунта 24M — 2-плоскостной Ms: Укус Solinco Tour 16L24X — 2-плоскостной Xs: Solinco Tour Bite 16L 25 — Диагональ: Unknown Nylon 25B — Диагональ: Solinco Tour Bite 16L 62 фунтаРисунок 27 — Соотношение S в зависимости от настройки ракетки.S-коэффициент = Rω 2 / v x2 . Если оно больше 1, то мяч находится в режиме последующей прокатки, а окружная скорость вращения больше, чем скорость, параллельная струнам. Если S = 0, мяч катится, а если меньше 1, он скользит. Это полезный параметр для нейлона и полиэстера с более традиционными закрытыми узорами и, возможно, с некоторыми более широкими узорами, такими как 16×15. Но с узорами спагетти это иногда может стать бессмысленным, потому что оно приближается к бесконечности, когда параллельная скорость приближается к нулю.Тот факт, что измеренное S-отношение было больше 1,0 для экспериментов с полиэфиром, был одним из первых указаний на то, что что-то влияет на спин больше, чем простая модель трения.
ССЫЛКА НА Ракетки 1 — Pacific Power Twist 16L 2 — Gamma TNT2 Touch 16 3 — Головка FiberGel Power 16 4 — Weiss Cannon Explosive 1,30 5 — Wilson NXT Tour 17 58 фунтов 6 — Gosen Polylon Comfort 16 7 — Ashaway Dynamite 17 8 — Volkl Cyclone 18 9 — Luxilon Original 16 1.30 10 — LTec Premium 4S 17 11 — Signum Pro Poly Plasma 1.18 12 — Tecnifibre Pro Red Code 18 13 — Tourna Big Hitter Black 7 17 14 — Solinco Tour Bite 16L 15 — Киршбаум Spiky Shark 1.30 16 — Isospeed Pyramid 16 17 — Babolat Pro Tour 17 18 — Babolat RPM Blast 16 19 — Dunlop Black Widow 17 21 — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 52 фунта 21B — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 62 фунта 22 — Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 57 фунтов 22B — Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 67 фунтов 23 — 3-плоскость: Solinco Tour Bite 16L 52 фунта 23B — 3-плоскость: Solinco Tour Bite 16L 62 фунта 24M — 2-плоскость Ms: Solinco Tour Bite 16L24X — 2-плоскость Xs: Solinco Tour Bite 16L 25 — Диагональ: Неизвестный нейлон 25B — Диагональ: Solinco Tour Bite 16L 62 фунтаРисунок 28 — Кинетическая энергия (KE) в зависимости от настройки ракетки.Кинетическая энергия представляет собой сумму линейной энергии и энергии вращения (0,5mv 2 и 0,5Iω 2 соответственно, где m — масса, а I — момент инерции). Это может быть мерка так называемого «тяжелого мяча». Другое измерение может заключаться в использовании только энергии шара, идущего в направлении, параллельном струнам — 0,5 мВ x 2 . Это добавленное к вращательной энергии даст энергию, параллельную струнному ложу.
Поскольку установки с большим движением струны больше замедляют параллельную скорость, исходящая скорость мяча будет меньше.Скорость мяча составляет большую часть общего KE, поэтому настройки движения струны, как правило, имеют меньшее общее KE. Это парадоксально, поскольку эти ракетки создают больше вращения. Тяжелый мяч — это правильное сочетание вращения и скорости.
ССЫЛКА НА Ракетки 1 — Pacific Power Twist 16L 2 — Gamma TNT2 Touch 16 3 — Головка FiberGel Power 16 4 — Weiss Cannon Explosive 1,30 5 — Wilson NXT Tour 17 58 фунтов 6 — Gosen Polylon Comfort 16 7 — Ashaway Dynamite 17 8 — Volkl Cyclone 18 9 — Люксилон Оригинал 16 1.30 10 — LTec Premium 4S 17 11 — Signum Pro Poly Plasma 1.18 12 — Tecnifibre Pro Red Code 18 13 — Tourna Big Hitter Black 7 17 14 — Solinco Tour Bite 16L 15 — Киршбаум Spiky Shark 1.30 16 — Isospeed Pyramid 16 17 — Babolat Pro Tour 17 18 — Babolat RPM Blast 16 19 — Dunlop Black Widow 17 21 — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 52 фунта 21B — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 62 фунта 22 — Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 57 фунтов 22B — Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 67 фунтов 23 — 3-плоскостной: Solinco Tour Bite 16L 52lb 23B — 3-плоскостной: Solinco Tour Bite 16L 62 фунта 24M — 2-плоскостной Ms: Solinco Tour Bite 16L24X — 2-плоскостной Xs: Solinco Tour Bite 16L 25 — диагональный : Неизвестный нейлон 25B — Диагональ: Solinco Tour Bite 16L 62 фунтаРисунок 29 — Расчетное расстояние отскока в зависимости от настройки ракетки.Вращение, скорость и угол были введены в калькулятор траектории с использованием фиксированной высоты удара для расчета расстояния, на которое будет пролететь отскок. Для альтернативных схем здесь более низкая скорость (из-за более низкого v x2 и более высокого угла запуска объединяются для более медленной, более высокой и короткой траектории. Оставшись один, противник прыгнет на такой мяч. Но такая траектория также означает игрок может качаться быстрее, ровнее или круче, а также иметь больший контроль над тем, куда и как поставить мяч.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ракеток 1 — Pacific Power Twist 16L 2 — Gamma TNT2 Touch 16 3 — Головка FiberGel Power 16 4 — Weiss Cannon Explosive 1,30 5 — Wilson NXT Tour 17 58 фунтов 6 — Gosen Polylon Comfort 16 7 — Ashaway Dynamite 17 8 — Volkl Cyclone 18 9 — Luxilon Original 16 1.30 10 — LTec Premium 4S 17 11 — Signum Pro Poly Plasma 1.18 12 — Tecnifibre Pro Red Code 18 13 — Tourna Big Hitter Black 7 17 14 — Solinco Tour Bite 16L 15 — Киршбаум Spiky Shark 1.30 16 — Пирамида Isospeed 16 17 — Babolat Pro Tour 17 18 — Babolat RPM Blast 16 19 — Dunlop Black Widow 17 21 — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 52 фунта 21B — Steam 99S: Luxilon 4G 16L 62 фунта 22 — Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 57 фунтов 22B Steam 105S: Solinco Tour Bite 16L 67 фунтов 23 — 3-плоскость: Solinco Tour Bite 16L 52 фунта 23B — 3-плоскость: Solinco Tour Bite 16L 62 фунта 24M — 2-плоскость Ms: Solinco Tour Bite 16L24X — 2-плоскость Xs: Solinco Tour Bite 16L 25 — Диагональ: Unknown Nylon 25B — Диагональ: Solinco Tour Bite 16L 62 фунтаРисунок 30 — Потенциал мощности (ACOR) в зависимости от настройки ракетки.ACOR, вероятно, является наиболее чувствительным параметром к месту попадания. Так уж получилось, что все струны с наивысшим ACOR попадают ближе всего к горлу, где и находится максимальный ACOR.
ЧАСТЬ 3: ОБСУЖДЕНИЕ
В любом обсуждении вращения основной вопрос заключается в том, сколько вращения слишком много и сколько вращения возможно? МФТ запретила спагетти. Они обнаружили, что образцы спагетти производят на 50% больше вращения, чем нейлоновые струны. Их тесты проводились с зажатыми ракетками.Настоящий эксперимент проводился с ручными ракетками, и струны из искусственного спагетти вызвали вращение только на 22-27% больше, чем струны из нейлона и полиэстера с той же ракеткой и рисунком. Сколько — это слишком много — это субъективное суждение, основанное на том, как это повлияет на характер игры. Но интересно сравнить это с максимальным теоретическим вращением.
3А. Максимальный теоретический отжим
Предположим, что ракетка каким-то образом зажата и не двигается ни до, ни после удара.Выходящее вращение мяча зависит от скорости, угла падения и вращения падающего мяча, а также от того, сколько энергии теряется в шаре и на поверхности во время отскока. Максимально возможное вращение получится, если энергия не будет потеряна, и тогда
ω 2 = ω 1 — 39,1 (v x1 — Rω 1 )
, где ω 2 — исходящий спин мяч в радианах / сек, ω 1 — вращение набегающего шара, v x1 — скорость набегающего шара, параллельного поверхности, а R — радиус шара.Если v x1 = 20 м / с и R = 0,033, то
ω 2 = 782 — 0,29ω 1
, что означает, что исходящее вращение будет самым большим, если у входящего шара есть обратное вращение (тогда ω 1 отрицательный). Например, если ω 1 = -300 рад / с, то ω 2 = 869 рад / с = 8298 об / мин. Это огромное вращение, намного большее, чем когда-либо наблюдалось вне корта или на струнах ракетки. На практике вращение намного меньше по двум причинам.Во-первых, теннисный мяч всегда теряет энергию, когда он отскакивает. В струнах также теряется небольшое количество энергии. Кроме того, как обсуждалось в разделе 1С о смещении нормальной силы, вращение уменьшается за счет того, что вертикальная сила, действующая на мяч во время его отскока, не действует через середину мяча. Он действует через точку перед серединой, как показано на рисунках 4-6.
3Б. Влияние места воздействия на результаты.
Ракетка выдерживала все удары с рук.Это было сделано, чтобы лучше имитировать условия удара при теннисном ударе. В предыдущем эксперименте мы обнаружили, что ручная ракетка производит примерно на 30% меньше вращения, чем зажатая ракетка. Причина в том, что ручная ракетка будет отскакивать, скручиваться и вибрировать во время удара, в то время как зажатая ракетка — нет. Эффективный вес полностью закрепленной и зажатой ракетки практически бесконечен, поэтому силы удара будут намного больше, будет больше движения струны и будет больше вращения.Также не имеет большого значения, в какую точку струны вы попали. Скорость отскока будет примерно такой же.
Для ручной ракетки место удара будет влиять на отскок. Карта всех местоположений для каждой установочной группы показана на рисунке 31. Расстояния измеряются приблизительно от центра струнного ложа.
Рисунок 31 — Место удара, измеренное от центра струны. Желтая область — это место, где произошло большинство попаданий — в основном 1.5 дюймов по обе стороны от центральной оси и 0-1,5 дюйма в сторону кончика от центра струнного ложа. Все измерения проводились в точке максимального удара, что было определено по изображениям с камеры за ракеткой.
Мы обнаружили пять значимых корреляций между местом удара и параметрами отскока. Во-первых, ACOR предсказуемо уменьшался из стороны в сторону от центра и к кончику. Этого следовало ожидать, поскольку чем дальше от центра, тем больше будет вращаться ракетка, уменьшая отдачу энергии мячу.Кроме того, ракетка имеет более высокую эффективную массу, когда удар близок к горлу, поэтому ракетка будет меньше отдаляться и возвращать больше энергии. На рисунке 32 показаны эти отношения.
Рисунок 32 — ACOR в зависимости от координат X (слева) и Y (справа).
Наиболее интересные корреляции были, во-первых, между D-смещением и координатой X, а во-вторых, между вращением и координатой X. Первое помогает объяснить второе. Основываясь на траектории падающего мяча, все отрицательные точки по оси X будут соответствовать нижней половине ракетки во время удара, а все положительные точки — на верхней половине (половинки измеряются по обе стороны от оси соприкосновения с торцом).Как видно из рисунка 33, D-смещение меньше влево (нижняя половина) и больше вправо (верхняя половина). Это связано с тем, что ракетка вращается от передней стороны мяча, что снижает нормальную силу в этой области. Справа на графике ракетка вращается по передней кромке мяча, увеличивая силу смещения в передней части мяча. В результате нижняя половина ракетки вращается сильнее, чем верхняя. На рисунке 31 показаны эти отношения.Кроме того, эти результаты подтверждают результаты эксперимента «Местоположение вращения и удара», найденные в другом месте на TWU.
Рисунок 33 — D-смещение в зависимости от координаты X (слева) и вращения в зависимости от координаты X (справа).
Последней корреляцией с местом удара был угол отскока. Для ударов по обе стороны от оси наконечника к прикладу угол отскока увеличивался от перпендикуляра. Это означает меньший угол запуска. Корреляции между точкой удара Y и углом отскока не было.Как обычно, единственная установка, для которой это не подходит, — это шаблон спагетти X с двумя плоскостями.
Рисунок 34 — Угол отскока в зависимости от координаты X.
Несмотря на эту зависимость от места падения, мы не исправили или нормализовали местоположение. Во-первых, потому что величины коррекции будут небольшими, во-вторых, потому что значения корреляции, хотя и кажущиеся, часто были слабыми, и в-третьих, потому что в большинстве установок воздействия были распределены по каждой стороне оси и усредняли друг друга.
3С. Частный случай диагонального узора.
Диагональный узор PowerAngle — совсем другое животное. Оба «крестика» и «магистраль» движутся одновременно. Это оставляет большую «дыру» на задней стороне шара по сравнению с другими установками, в то же время концентрируя больше струны вперед, чтобы увеличить D-смещение. Когда струны откидываются назад, одна производит верхнее и боковое вращение с одной стороны, а другая — верхнее и боковое вращение с другой стороны. Два боковых вращения будут иметь тенденцию отменяться, а компоненты верхнего вращения добавляются.
Рисунок 35 — Движение струны диагонального узора и защелкивание.
3D. Эффект случайности.
В каждое столкновение заложена существенная случайность. Для номинально идентичных входных параметров вращения, скорости и угла могут быть совершенно разные результаты исходящего вращения, скорости и угла. Это очень очевидно, если вы зайдете в сопутствующую базу данных и галерею изображений, выберете строку и посмотрите на все различные конфигурации движения строки, которые происходят.Часто это всего лишь вопрос случая, как мяч схватит ту или иную струну и переместит ее. Это помогает объяснить разброс на многих графиках.
ЧАСТЬ 4: ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Это исследование обнаружило несколько взаимосвязей параметров, которые влияют на угол поворота и отскока, при условии, что все падающие параметры равны (вращение, скорость, угол). Наиболее драматический эффект настройки ракетки на вращение и угол (выражаемый как «угол запуска» к площадке) происходит с настройками, которые позволяют выполнять поперечное перемещение основной струны и возврат.Иерархия от наибольшего вращения и наибольшего угла запуска до наименьшего вращения и наименьшего угла запуска — это (1) шаблоны типа спагетти, (2) широко открытые шаблоны, такие как шаблон 16×15, и (3) скользкие и липкие схемы трения между струнами — т.е. полиэстер против нейлона.
Было обнаружено, что четыре параметра существенно влияют на чистое влияние настроек ракетки на угол поворота и отскока:
- Нормальное смещение силы (D-смещение).
- Тангенциальный коэффициент реституции (eT).
- Коэффициент трения, выраженный как коэффициент спинового потенциала.
- Место удара по обе стороны от продольной оси (вершина к торцу).
Как правило, в любой категории настройки отношения к вращению и углу следующие:
- Нормальное смещение силы (D-смещение): с увеличением D вращение уменьшается, а угол запуска увеличивается.
- Тангенциальный коэффициент восстановления (eT): с увеличением eT вращение увеличивается, а угол запуска увеличивается.
- Коэффициент трения, выраженный в соотношении потенциалов вращения: с увеличением SP вращение увеличивается, а угол увеличивается.
- Расположение удара по обе стороны от продольной оси (кончик к ягодице): вращение увеличивается по мере того, как удары перемещаются сверху вниз по горизонтально удерживаемой ракетке.
D-смещение и eT оказывают противоположное влияние на вращение при каждом увеличении. Отношение числа спинов (SN = eT * R / D) выражает чистый эффект этих двух параметров. Таким образом, это самый надежный индикатор чистого влияния на вращение каждого из них и отношения вращения к углу запуска.По мере увеличения SN увеличиваются и вращение, и угол запуска.
Представленные здесь результаты либо расширяют, либо подтверждают несколько предыдущих экспериментов, доступных на TWU.
1. Связь рисунка струны с вращением была ранее изучена (модели вращения и струны) при более низких скоростях удара, и его результаты были подтверждены в настоящем эксперименте с использованием высокоскоростных ударов.
2. Связь материала струны с вращением ранее изучалась здесь: «Материал спина и струны»..
3. Предыдущий эксперимент, посвященный роли места удара при вращении, представлен в разделе «Место вращения и удара».
4. Роль трения между струнами и шариков между струнами широко изучалась в следующих статьях: «Статическое трение и вращение», «Трение скольжения и вращение» и «Как трение между струнами и мячом влияет на вращение» и др.
ЧАСТЬ 5: ПРИЛОЖЕНИЕ
Многие дополнительные результаты представлены ниже, а также математический анализ. В этом материале основное внимание уделяется влиянию параметров вращения на каждую индивидуальную настройку ракетки.Кроме того, сопутствующая база данных и галерея изображений также служат в качестве элемента приложения.
5А. Детальный графический анализ по настройке ракетки
Соотношение спина и номера спина.
Рисунок 36 — Число вращений против числа вращений для ракеток для спагетти.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
Рисунок 37 — Отжим против числа отжима для пар 16×15 и диагональных моделей 16×16.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
Рисунок 38 — Отжим против числа отжима для выкройки из нейлона и полиэстера 16×19.
[ПРИМЕЧАНИЕ: сопутствующая фотогалерея и база данных. Нажмите, чтобы посетить сопутствующую фотогалерею и базу данных, содержащую изображения с максимальным воздействием и все данные для каждого воздействия.]
Более слабая корреляция между вращением и числом вращения для полиэстера в паттерне 16×19 в некоторой степени является загадкой. Полиэстер имеет сильную связь с D-смещением (0,77), но слабую связь с eT (0,37). Таким образом, число спинов немного исправляет это, но все же остается немного слабым.
Корреляция вращения с D-смещением. На рисунках 39-42 показано отношение вращения к смещению нормальной силы (D) для каждого материала и рисунка. D-смещение имеет сильную обратную корреляцию с полиэстером, но гораздо более слабую корреляцию с нейлоном.Это верно для рисунков 16×19 и диагоналей, единственных двух рисунков, которые имели как полиэфирную, так и нейлоновую версии установки. Корреляция наиболее сильна для рисунков из полиэстера размером 16×15. Шаблоны спагетти, даже если все нанизаны на полиэстер, имеют более слабое смещение D для корреляции вращения. К сожалению, количество ударов по ракеткам для спагетти, особенно по двухплоскостной версии, было небольшим.
Причина более высокой корреляции с полиэстером, чем с нейлоном, заключается в следующем.Струны из полиэстера склонны двигаться больше, чем нейлон. При этом они продвигаются вперед, увеличивая расстояние смещения нормальной силы, тем самым создавая больший крутящий момент противодействия. Диапазон D-смещения для поли составляет около 4 мм и около 2 мм для нейлона. Этот дополнительный диапазон создает более сильные силы, влияющие на вращение. Без дополнительного движения струны и противодействия крутящему моменту нейлон влияет на вращение более чисто фрикционным. А поскольку мяч обычно скользит (или катится) при ударе нейлона, причинные факторы, влияющие на D.Значительное изменение D происходит с движением струн, типичным для полиэстера.
Более низкая корреляция между D-смещением и вращением для струн спагетти действительно немного странная. Однако расстояние, на которое можно сместить D, приближается к максимуму. Вы можете переместить только определенное количество струн. В какой-то момент любое дополнительное движение струны, вероятно, добавит больше упругого отскока, увеличивающего вращение, больше, чем при создании дополнительного крутящего момента противодействия из-за минимального увеличения D-смещения.
Корреляция угла отбоя с D-смещением.На рисунках 43-46 показано отношение смещения нормальной силы (D) к углу отскока для каждого материала и рисунка. По мере увеличения D-смещения угол отскока к перпендикуляру уменьшается. Объяснение разницы между полиэстером и нейлоном в основном такое же, как и в разделе «Отжим против D-смещения» выше. Дополнительное движение струны замедляет поступательное движение мяча и уменьшает угол отскока. Это видно как более высокий угол запуска на площадке. В случае нейлона в изменении скорости параллельно струнам в первую очередь участвует только трение, и диапазон, в котором скорость может быть изменен, очень мал по обе стороны от скорости прокатки.
Корреляция спина с eT. На рисунках 47-50 показано отношение тангенциального коэффициента восстановления к вращению для каждого материала и рисунка. В то время как самая сильная корреляция между отжимом и D-смещением наблюдается у полиэстера, для eT и отжима, все наоборот — нейлон сильно коррелирует, а полиэстер нет. В случае полиэстера эффект D-смещения подавляет и скрывает эффекты eT. В случае нейлона трение влияет на вращение более предсказуемо, постоянно увеличивая его по мере замедления параллельной скорости и увеличения скорости вращения до точки, где происходит перекатывание.
Причина, по которой eT и вращение так сильно коррелируют с узорами спагетти, заключается в том, что параллельная скорость v x очень близка к нулю. Если вы посмотрите на уравнение eT = — (v x2 -Rω 2 ) / (v x1 -Rω 1 ), вы увидите, что числитель сокращается до скорости вращения, когда параллельная скорость равна нулю. А поскольку знаменатель для всех ударов один и тот же, из-за процедуры нормализации eT связано исключительно со спином.
5Б. Математический анализ
Рисунок 51.Параметры, используемые ниже при математическом описании отскока теннисного мяча от ручной ракетки.
Интеграл силы трения по времени равен
, где M — эффективная масса ракетки в точке удара. M обычно составляет около половины фактическая масса ракетки для удара в середине струн. Интеграл по времени от нормальная сила реакции равна
, где v y1 и V y для удобства взяты как положительные числа, даже если мяч падает в отрицательном направлении y, и ракетка откатывается в отрицательном направлении y.В Коэффициент восстановления (COR) в направлении y определяется как
. Полезно определить кажущийся коэффициент восстановления, e A = v y2 / v y1 , игнорируя отдачу ракетка. e A связано с e y посредством
, которое легко выводится из уравнения. (2). Для зажатой ракетки, где M фактически бесконечно, e A = e y ≈ 0,75 при скорости падающего шара от 25 до 35 м / с.Для ручной ракетки e y — это около 0,75 и e A обычно составляет около 0,40, как для удара в середине струн.
Аналогичным образом мы можем определить коэффициент восстановления, e x , в направлении x, с учетом тангенциальной скорости точки контакта на шаре, определяемой как v x — Rω. Мы определим e x с точки зрения относительной скорости точки контакта и ракетки с помощью отношения
e x — это мера упругой энергии, накопленной и возвращенной мячу в результате касательного искажение мяча и струн.Таким же образом e y является мерой упругой энергии сохраняются и возвращаются в мяч в результате деформации мяча и струн в y направление.
Мяч меняет вращение во время отскока со скоростью FR — ND = I см dω / dt где I см = αmR 2 — момент инерции шара относительно оси, проходящей через его центр масс. Для теннисного мяча α = 0,55. Следовательно,
Уравнение (6) дает упрощенное выражение для изменения угловой скорости мяча, предполагается, что R, D и α остаются постоянными во время отскока.На самом деле мяч значительно сжимается во время отскока, и в этом случае R уменьшится до значения меньше, чем принятое в следующих расчетах, где мы принимаем R = 0,033 м. В результате срок FR переоценивает фактический крутящий момент из-за F, и истинное значение D будет завышено предполагая, что R остается постоянным. Поскольку изменение во времени R и I см неизвестно, D можно рассматривать как единственный параметр, который объединяет два неидеальных эффекта из-за (а) изменение радиуса мяча и (b) смещение линии действия N во время отскока.
Из ур. (1) — (6) находим, что
, где A = 1 + m⁄M + 1⁄α. Мы также находим, что
Поскольку V x нелегко измерить, полезно определить более легко измеряемую величину, e T , который игнорирует отдачу ракетки и представляет собой кажущийся тангенциальный коэффициент реституции. Мы определяем e T соотношением
. Для ручной теннисной ракетки e T обычно находится в диапазоне -0.05 до 0,1. Небольшие вариации D и e x (или e T ) являются основными причинами различий наблюдается между разными струнами при вращении мяча. Эти различия могут происходят случайным образом от одного отскока к следующему на любой заданной строке и могут систематически меняться способ перехода от одной строки к другой.
Альтернативные выражения для v x2 и ω 2 , основанные на определении e T , могут быть получены из Уравнения. (1) — (6), что дает
и
.
Leave a Reply