MÓJ PŁYWAJĄCY MODEL – SHARK Konkurs „Komunikacja”

MÓJ PŁYWAJĄCY MODEL – SHARK
Konkurs „Komunikacja”
Imię i Nazwisko: Krystian Mazurkiewicz
Nazwa i adres szkoły: Gimnazjum im. UNICEF
ul. Szkolna 15, 69-108 Cybinka
Imię i Nazwisko opiekuna: Jolanta Maćkiewicz
Etap drugi, zadanie drugie
MÓJ PŁYWAJĄCY MODEL – SHARK
Od pewnego czasu analizuję problem, dlaczego ogromne statki, pomimo swojej masy,
unoszą się na wodzie i przewożą pasażerów, liczne towary itd. Jest to nic innego jak
prawidłowe zastosowanie praw fizyki. Jeżeli dobrze poznamy te zasady i prawa, nic nie stoi
nam na przeszkodzie, aby uzasadnić działanie tych wielkich maszyn, bez których ciężko
byłoby nam w dzisiejszym środowisku.
Wypełniając jedno z zadań konkursu ”Komunikacja”, zbudowałem model statku
wodnego. W mojej pracy postaram się wyjaśnić jego działanie.
Mój pływający model SHARK to nic innego jak łódź o długości około 30 cm, która
jest napędzana silniczkiem modelarskim, do którego dostosowane są odpowiednie baterie
zapewniające łodzi możliwość szybkiego pływania. Kadłub i kabina tego statku są wykonane
z pianki, która nie przepuszcza wody i gwarantuje nam, że model nie zatonie. Tworzywo to
jest lekkie. Kształt kadłuba jest opływowy, co zmniejsza opór powietrza i wody. Silniczek
lekko odstaje od dna, lecz ma również opływowy kształt, dzięki temu opór wody podczas
pływania jest mniejszy. Baterie napędzające statek są dość ciężkie, lecz nie na tyle, żeby go
zatopić. Barierki, wykonane z wykałaczek i nici stanowią estetyczny element modelu.
Aby dokładniej zrozumieć, dlaczego moja łódź nie tonie, zapoznamy się
z podstawowymi pojęciami, m.in. jest to siła wyporu. Siła wyporu jest to siła działająca na
ciało zanurzone w cieczy lub w gazie. Jej kierunek jest pionowy, zwrot ku górze, przeciwny
do siły ciężkości. Mówi o tym prawo Archimedesa dla cieczy, którego treść brzmi: Na każde
ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu zwrócona ku górze, równa co do wartości
ciężarowi wypartej cieczy. I i II zasada dynamiki Newtona również łączy się z prawem
Archimedesa. I zasada: Jeżeli na dane ciało nie działa żadna siła, bądź te siły się równoważą,
to ciało zostaje w spoczynku bądź porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. II zasada
dynamiki Newtona mówi o tym, że jeżeli na dane ciało działa siła niezrównoważona (np.
tarcia lub ciągu; ciężaru lub oporu, sprężystości), to ciało porusza się ruchem zmiennym
z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do działającej siły. Przyspieszenie jest wówczas
tym większe im mniejsza jest masa ciała.
Ciało fizyczne tonie, jeżeli siła ciężkości (Fg) jest większa od siły wyporu (Fw). Jeżeli
te dwie siły mają taką samą wartość wtedy ciało unosi się w wodzie na określonej głębokości,
lecz nie opada na dno. Jeżeli siła wyporu jest większa od siły ciężkości ciało wynurza się z
cieczy do momentu zrównoważenia się siły wyporu i ciężkości. Wszystkie powyższe
zjawiska podlegają wymienionym prawom.
Kolejną siłą, jaka działa na statek, jest siła ciągu (Fc). Jest to siła będąca wynikiem
działania silnika pojazdu. Siła ciągu działa w kierunku ruchu. Jest ona siłą akcji – śruba
napędowa statku działa na wodę, a woda odwzajemnia się siłą reakcji, napędzając statek. Jest
to przykład spełnienia III zasady dynamiki Newtona: jeżeli dane ciało A działa pewną siła na
ciało B, to ciało B oddziałuje na ciało A, z siłą o takiej samej wartości, tym samym kierunku,
lecz o przeciwnym zwrocie. Jest to zasada związana z odrzutem.. Należy pamiętać, że woda
też ma swój opór. Na rysunku jest to siła (Fo).
Na rysunku poniżej przedstawiłem m.in. spełnienie II zasady dynamiki Newtona
(dotyczy sił poziomych). Na to ciało działa siła niezrównoważona i w tym momencie statek
pływa z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do działającej siły. Należy pamiętać, że
przeważnie jednak siły oporu wody i ciągu silnika się równoważą, a co za tym idzie, ciało w
tej sytuacji będzie poruszało się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
Nie należy zapominać o pozostałych zjawiskach, które występują w przypadku
prezentowanej przeze mnie łodzi. Jest to między innymi zasada zachowania energii, mówiąca
nam, że w układzie izolowanym suma wszelkich rodzajów energii jest stała. Energia
elektryczna, która znajduje się w bateriach zmienia się w energię mechaniczną, która napędza
mój model. Kolejnym zaobserwowanym przeze mnie zjawiskiem jest to, że silniczek wydaje
dźwięk – zjawisko powstawania fali dźwiękowej. Głośność silniczka jest większa
w powietrzu, niż w wodzie. Świadczy to o tym, że w wodzie też rozchodzi się dźwięk, lecz
jest tłumiony.
Na poniższym rysunku przedstawiony jest model mojej łodzi.
PLAN WYSTĄPIENIA W III ETAPIE.
1.
2.
3.
4.
Prezentacja modelu.
Opis modelu i właściwości materiałów wykorzystanych do budowy łodzi.
Zaprezentowanie komisji w pełni działającego modelu.
Omówienie zjawisk występujących w moim modelu, m.in. zasady zachowania energii,
zasady dynamiki Newtona, itd. Podanie przykładów z uzasadnieniem, które
nawiązują do mojego modelu.
BIBLIOGRAFIA
1. http://pl.wikipedia.org/wiki/Si%C5%82a_ci%C4%85gu
2. Podręcznik „Spotkania z fizyką”, wydawnictwo Nowa Era, moduł 2.