|
Исследование амортизационных свойств различных веществ
Автор: Шаяхметов Н.И., 11 класс
ГБОУ Республиканский экономический лицей-интернат
Руководитель: Хисамутдинова С.Д.
“Знать бы, где упасть, так соломки бы припасть”,- гласит народная мудрость. Недавно, идя по дороге в школу, я неожиданно грохнулся на лед. Это чрезвычайное происшествие навело меня на мысль о соломке из знаменитой пословицы. А действительно ли соломка наиболее мягкий материал для падения?
Цель работы: сравнительный анализ амортизационных свойств различных материалов.
Задачи исследования:
1. Измерить амортизационные характеристики материалов, используемых в качестве покрытий в быту и на улице.
2. Проанализировать полученные результаты.
3. Проверить справедливость пословицы о необходимости применения соломы при падении.
4. Разработать рекомендации по подбору материалов для напольных и уличных покрытий.
Объекты исследования: различные виды дорожного и напольного покрытия.
Методы исследования: экспериментальный, сравнение и анализ.
Анализ литературы позволил определиться со способом оценки “болезненности” удара, основываясь на зависимости между силой удара и его продолжительностью [1]. Для измерения времени удара я использовал идею измерения времени соударения стальных шаров, предложенную в сборнике экспериментальных задач [2], подобрав оборудование и изменив экспериментальную установку под свою задачу.
В ходе выполнения работы мной был разработан метод оценки степени “болезненности” удара при падениях и проведен сравнительный анализ широкого спектра материалов, используемых в качестве покрытий в закрытых помещениях и пешеходных зонах, по показателю травмобезопасности.
Рассмотрим пословицу “Знать бы, где упасть, так соломки бы припасть” с физической точки зрения: степень “болезненности” при падении и соприкосновении с препятствием зависит от силы удара; при всех прочих равных условиях сила удара обратно пропорциональна времени удара. Но удар протекает достаточно быстро и прямое измерение времени удара невозможно. С целью определения продолжительности удара были проведены измерения напряжения между обкладками конденсатора, заряжающегося только в момент удара.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой (3 шт.), стальной шарик с крючком, соединительные провода, батарейка, резистор 1кОм, конденсатор 10мкФ, мультиметр, кусок металлической фольги с прикрепленным проводом, исследуемые образцы, линейка, секундомер.
Методика эксперимента.
Собирается разомкнутая электрическая цепь, в которой все элементы соединены последовательно: соединительный провод, на котором висит шарик, резистор, конденсатор, батарейка и кусок фольги с прикреплённым к ней проводом.
Замкнём электрическую цепь на фиксированное время (для измерения времени использовал секундомер сотового телефона), коснувшись стальным шариком кусочка фольги. Затем параллельно конденсатору подключал мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения. По результатам 5 измерений вычислим среднее значение. Полученные значения напряжения и времени зарядки конденсатора затем используются для вычисления времени удара.
Прикрепим кусок фольги к исследуемому образцу, закрепленному вертикально в лапке штатива (рис. 1) или установленному вертикально (как, например, в случае с куском брусчатки). Шарик отводят в сторону так, чтобы высота его подъема перед запуском относительно нулевого уровня, на котором происходит его соударение с фольгой, составляла 10см. Шарик выпускают из рук. После удара и зарядки конденсатора параллельно конденсатору подключается мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения. После подключения показания мультиметра сначала резко вырастают, а затем плавно уменьшаются. Максимальное показание мультиметра используется для расчёта времени соударения.
Полученные значения времени удара затем использовались для вычисления ускорений головы в момент торможения при ударе и оценки перегрузок, испытываемых в этот момент (таблица 1).
Значения ускорения в момент торможения головы после удара различаются примерно в 102 раза!
Анализ результатов позволяет сделать следующее заключение: если вы поскользнулись или споткнулись на улице, то с наименьшими потерями для вашего здоровья произойдет падение на поверхность сухих листьев, самым болезненным будет удар о брусчатку. Это следует учитывать городским коммунальным службам при выборе характера покрытий для пешеходных зон, а также технологам при создании новых материалов.
В помещении самым неудачным будет падение на металлическую поверхность и кафель, а менее болезненным – на латексный или резиновый коврик, ковровое покрытие и линолеум, что следует учесть при ремонте квартир и их последующем обустройстве.
Выводы
1. Проведены измерения времени удара и определены амортизационные характеристики широкого спектра материалов.
2. Исследование показало, что правильнее было бы сказать: “знать бы, где упасть, так сухих листьев бы припасть”.
3. Деревянные полы в помещениях с целью смягчения падения следует покрыть линолеумом или ковролином, а в общественных местах и спортивных залах – использовать современные отделочные материалы: пробковый паркет, резиновое покрытие и др.
4. На улице “предпочтительнее” падение на сухие листья, снег или землю: гулять и падать лучше в парковой зоне или лесу; самым нежелательным материалом для “приземления” после падения – брусчатка.
Источники информации в литературе и Интернете
1. Маскалец В.Н., Горбаченко Г.М. Физический калейдоскоп. Качественные задачи и вопросы. – М.: МИФИ, 1997. – 112 с.
2. Варламов С.Д., Зильберман А.Р., Зинковский В.И. Экспериментальные задачи на уроках физики и физических олимпиадах. – М.: МЦНМО, 2009. – 184 с.
3. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики: Кн. для учителя: Из опыта работы. – 2-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1988. – 159 с.
См. также
Учебное оборудование, производимое и поставляемое ЗАО «Крисмас+» для исследования физических и физико-химических параметров состояния окружающей среды
Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ
|
Библиотека исследовательских работ обучающихся 
