Онлайн

Предметное обучение (старшая школа) - Онлайн

Шариковый подшипник


 Шариковый подшипник

11 bearing

 

Чтобы уменьшить трение скольжения, применяют смазку или заменяют скольжение качением, поскольку сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения. Для такой замены шариковые и роликовые подшипники. Модель демонстрирует устройство шарикового подшипника.

Подробнее

 Чтобы уменьшить трение скольжения, применяют смазку или заменяют скольжение качением. Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения. Для замены силы трения скольжения трением качения используют шариковые и роликовые подшипники. Вращающийся вал машины или механизма не скользит, а катится по неподвижному вкладышу подшипника на шариках или роликах.

Трение на наклонной плоскости


 Трение на наклонной плоскости

10 tint Plane

 Модель демонстрирует проявление силы трения скольжения или силы трения покоя, когда брусок находится на наклонной плоскости. Можно изменять угол наклона плоскости и материалы бруска и плоскости.

 

Подробнее

 Сила трения скольжения Fтр.ск. возникает тогда, когда одно тело движется по поверхности другого.Если же тело покоится, но есть сила F стремящаяся привести тело в движение, то противоположно направленная ей сила, называется силой трения покоя Fтр.п. .

Сила трения скольжения Fтр.ск. зависит от свойств соприкасающихся поверхностей и от силы давления.
При скольжении одного тела по поверхности другого сила трения скольжения Fтр.ск. постоянна и направлена против скорости движения тела.

Сила трения покоя Fтр.п. изменяется от нуля (если нет силы, стремящейся привести тело в движение)
до максимальной величины (тело находится на грани скольжения).

Деформации тела


 Деформации тела

9 model deformations

Действие на тело силы может вызвать деформацию, т.е. изменить размеры и форму тела. Модель наглядно демонстрирует различные виды деформации: растяжение и сжатие, сдвиг, изгиб и кручение.

 

Подробнее

Действие на тело силы может изменить скорость его движения или вызвать деформацию, т.е. изменить размеры и форму тела.

Бывают деформации:

  •  растяжения (сжатия) - при этом изменяются расстояния между слоями тела;
  •  сдвига - одни слои тела сдвигаются относительно других;
  •  изгиба - сопровождается сжатием одних слоев и растяжением других;
  •  кручения - происходит поворот одних слоев относительно других.

Деформация является упругой, если после снятия деформирующей силы размеры и форма тела восстанавливаются.

Изменение веса


Изменение веса

8 Plane

Вес тела – это сила, с которой тело, вследствие притяжения Земли, действует на опору или подвес. Модель демонстрирует зависимость веса от состояния движения тела. В модели показано изменение веса в самолёте при изменении направления движения.

Подробнее

Вес тела - это сила, с которой тело, вследствие притяжения Земли, действует на опору или подвес.
Вес тела P в отличие от силы тяжести зависит от состояния движения тела.

Если тело покоится (v  = 0) или движется равномерно (v  =const), вес тела численно равен силе тяжести P = FтНо вес действует на опору или подвес. Сила же тяжести - на  тело.

Если тело на опоре или подвесе движется вверх или вниз с увеличивающейся скоростью,
то вес может быть больше силы тяжести (движение вверх) или меньше силы тяжести (движение вниз).

В модели показано изменение веса в самолёте. Те, кто летал на самолёте, возможно, помнят свои ощущения, когда самолёт "проваливался в воздушную яму". На самолёт действует три силы: сила тяжести, сила тяги двигателя и аэродинамическая сила (сопротивление + подъёмная) и вес предметов в самолёте зависит от соотношения этих сил. В модели демонстрируются два крайних случая движения самолёта:

01-03

В верхней части траектории подъёмная сила мала и самолёт проваливается, траектория выпуклая, вес предметов в самолёте меньше нормы (при определённых условиях возможна невесомость). Когда самолёт заканчивает движение вниз, лётчик увеличивает подъёмную силу, траектория становится вогнутой, вес в самолёте больше нормы, это перегрузка.

Равномерное прямолинейное движение (2)


 Равномерное прямолинейное движение (2)

7 model steadymotion3 as2

Модель демонстрирует равномерное прямолинейное движение двух шариков и соответствующие графики зависимостей пути и скорости от времени. Наглядно показана зависимость движений от начальных скоростей шариков.

 

Подробнее

Равномерное прямолинейное движение - это движение, при котором тело движется с постоянной скоростью  v.
Значение скорости движения v = s/t  с течением времени не изменяется.
Поэтому график скорости равномерного прямолинейного движения - это прямая параллельная оси времени.
При этом пройденный телом путь s = v·t, с течением времени увеличивается прямо пропорционально времени.
Графиком пути будет прямая, наклоненная к оси времени.
Угол наклона тем больше, чем больше значение скорости  v.

Равномерное прямолинейное движение (1)


 Равномерное прямолинейное движение (1)

6 model steadymotion2 as2

 Модель демонстрирует равномерное прямолинейное движение шарика и соответствующие графики пути и скорости от времени. Наглядно показана зависимость движения от начальной скорости. Приводятся графики зависимости пути и скорости от времени.

Подробнее

Равномерное прямолинейное движение - это движение, при котором тело движется с постоянной скоростью  v.
Значение скорости движения v = s/t  с течением времени не изменяется.
Поэтому график скорости равномерного прямолинейного движения - это прямая параллельная оси времени.
При этом пройденный телом путь s = v·t, с течением времени увеличивается прямо пропорционально времени.
Графиком пути будет прямая, наклоненная к оси времени.
Угол наклона тем больше, чем больше значение скорости v.

Средняя скорость движения


 Средняя скорость движения

5 everageSpeed

Часто вместо детального описания сложного движения достаточно знать его среднюю скорость. Модель объясняет формулу для вычисления средней скорости движения, состоящего из нескольких участков с равномерным движением. Движение тела зависит от параметров, которые можно изменять.

Подробнее

Равномерное движение встречается крайне редко.
Чаще всего движение неравномерное, скорость движения изменяется.Неравномерное движение характеризуется средней скоростью:

01-00


Если на отдельных участках пути s1, s2, s3, ... движение было равномерным, то   

01-02

Зависимость координаты от времени (2)


Зависимость координаты от времени (2)

4 nonregularmotion2

Модель демонстрирует задание движения тела вдоль прямой функцией и её графиком. По заданному графику воспроизводится соответствующее ему движение.

 

 

Подробнее

Чтобы определить путь s, пройденный телом при равномерном движении, необходимо знать скорость v  движения и промежуток времени tТогда:

s = v·t    (1)  

При прямолинейном равномерном движении пройденный путь s и изменение координаты тела  x совпадают:  Δ x = x - x0 = s.
Здесь x0 - координата тела в начальный момент времени. Ее можно выбрать равной нулю: x0 = 0Тогда:

x = s = v·t  (2)

Из формулы (2) видно, что координата тела x и путь s прямо пропорциональны времени. Графиками зависимости координаты и пути от времени будут совпадающие прямые. Если движение неравномерное - эти графики будут сложными. Если график зависимости координаты от времени задан, можно определить значение координаты в любой момент времени.

Зависимость координаты от времени (1)


Зависимость координаты от времени (1)

3 nonregularmotion1

Модель демонстрирует задание движения тела вдоль прямой функцией и её графиком. По заданному пользователем движению строится соответствующий ему график.

 

 

Подробнее

 Чтобы определить путь s, пройденный телом при равномерном движении, необходимо знать скорость v  движения и промежуток времени tТогда:

s = v· t  (1)  

При прямолинейном равномерном движении пройденный путь s и изменение координаты тела  x совпадают:  Δ x = x - x0 = s.
Здесь x0 - координата тела в начальный момент времени.
Ее можно выбрать равной нулю:x0 = 0 Тогда:

x = s =  v·t  (2)

Из формулы (2) видно, что координата тела x и путь s прямо пропорциональны времени.
Графиками зависимости координаты и пути от времени будут совпадающие прямые.
Если движение неравномерное - эти графики будут сложными.
Если график зависимости координаты от времени задан, можно определить значение координаты в любой момент времени.

Расстояние и путь


Расстояние и путь

 При движении тела, каждая его точка описывает траекторию. Модель наглядно демонстрирует важнейшие характеристики движения: путь (пройденное расстояние) и расстояние между начальным и конечным положением.

 

Подробнее
  При движении тела, каждая его точка описывает траекторию. Траектория может быть самой причудливой формы. Наиболее простой является траектория при прямолинейном движении. Это прямая линия. Длина траектории, которую описывает тело за данный промежуток времени, называется путем. Не следует путать путь s и расстояние l между начальным и конечным положением тела при данном движении.
Расстояние l - это длина прямой, соединяющей начальное и конечное положение тела. А путь s- это длина траектории. В общем случае s ≥ l. Знак равенства относится к прямолинейному движению.
 

Относительность движения


Относительность движения

 Механическое движение – это изменение с течением времени положения тела в пространстве относительно другого тела. Тело, относительно которого рассматривается движение называется телом отсчета. Модель демонстрирует зависимость характеристик движения от выбора тела отсчета.

Подробнее

Механическое движение - это изменение положения тела в пространстве относительно другого тела (тел) с течением времени. Тело, относительно которого рассматривается движение называется телом отсчета. Оно в данной задаче принимается за неподвижное...

 Тогда все характеристики: путь, скорость, траектория маршрутного такси относительно автобуса будут другими, чем относительно другого тела отсчета (например, остановки или идущего пешехода). Именно, в связи с тем, что характеристики движения тела зависят от выбора тела отсчета, движение и состояние покоя тела называют относительным. 

Превращение энергии. Гидроэлектростанция


Превращение энергии. Гидроэлектростанция

3 model turbineМодель наглядно показывает, как в гидроэлектростанции потенциальная энергия воды превращается в кинетическую, которая передается турбине. Турбина вращает генератор, вырабатывающий электроэнергию. Электроэнергия передается на большие расстояния (по проводам) и легко может быть преобразована в другие виды энергии.

Подробнее

 

Механическая энергия, которой обладает тело или система тел определяется той работой, которую способны совершить силы, действующие на тело или систему тел.Кинетическая энергия -это энергия движущегося тела. Она зависит от массы и квадрата скорости движения тела. 

02-01 (1)

Потенциальная энергия -это энергия взаимодействия тел или частей тела. Тело в поле тяготения обладает потенциальной энергией. 

02-02 (2)

Как следует из формулы (2) потенциальная энергия зависит от массы тела и высоты подъема тела над нулевым уровнем. Если не действуют силы сопротивления (или их влиянием можно пренебречь), то полная механическая энергия (E = K + P) тела (системы тел) сохраняется постоянной. Может происходить лишь превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Сумма же  K + П = E = const в процессе движения остается постоянной.

Если пренебречь силами сопротивления нельзя, то механическая энергия постепенно уменьшается, превращаясь в другие виды, например, в тепловую энергию, электрическую, и т.д.

В гидроэлектростанции потенциальная энергия воды превращается в кинетическую, которая передается турбине. Турбина вращает генератор, вырабатывающий электроэнергию.

Итак, гидроэлектростанция превращает энергию воды в электрическую энергию, преимущество которой состоит в том, что она легко передается на большие расстояния (по проводам) и легко может быть преобразована в другие виды энергии.

Правило моментов



 Правило моментов

7 principle of momentumМомент силы – это произведение модуля силы на её плечо. Модель демонстрирует правило моментов: чтобы тело, закрепленное на оси, находилось в равновесии необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил, приложенных к телу, равнялась нулю.

Подробнее

 

Если на тело, закрепленное на оси, действует несколько сил, то результат действия каждой из них зависит не только от значения силы F, но и от длины плеча l силы, т.е. от момента силы M = F· l . Под длиной плеча понимают кратчайшее расстояние от оси до линии действия силы.

Момент силы M = F· l - это произведение модуля силы на ее плечо. Одни силы стремятся повернуть рычаг по ходу часовой стрелки и их моменты условно принимаются за положительные. Моменты же сил, поворачивающих рычаг против хода часовой стрелки, считаются отрицательными.

Чтобы тело, закрепленное на оси,  находилось в равновесии необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил, приложенных к нему, равнялась нулю:

02-03

 

Превращение механической энергии тела


Превращение механической энергии тела

2 EnergyConvertionBalls2

В модели показано изменение потенциальной и кинетической энергий шарика, который подбрасывается вверх сжатой пружиной. Сжатие пружины можно изменять. Наглядно показана величина и кинетической энергии, и потенциальной энергии. Сжатие пружины можно изменять.

Подробнее

Механическая энергия, которой обладает тело или система тел определяется той работой, которую способны совершить силы, действующие на тело или систему тел.

Кинетическая энергия - это энергия движущегося тела. Она зависит от массы и квадрата скорости движения тела.

02-01 (1)

Потенциальная энергия --- это энергия взаимодействия тел или частей тела. Тело в поле тяготения обладает потенциальной энергией. 

02-02(2)

Как следует из формулы (2) потенциальная энергия зависит от массы тела и высоты подъема тела над нулевым уровнем. Потенциальной энергией обладают и упруго деформированные тела (например, сжатая или растянутая пружина).

Кинетическая и потенциальная энергия - относительные величины. Кинетическая энергия зависит от того относительно, какого тела отсчета определяется скорость тела (см. формулу (1)). Потенциальная энергия определяется выбором нулевого уровня.

Если не действуют силы сопротивления, то полная механическая энергия (E = K + П)  тела (системы тел) сохраняется постоянной. Может происходить лишь превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Сумма же П + P = E = const будет сохраняться постоянной.

Если пренебречь силами сопротивления нельзя, то механическая энергия постепенно уменьшается, превращаясь в другие виды, например, в тепловую энергию, электрическую, и т.д.

В модели показано изменение потенциальной и кинетической энергий шарика, подбрасываемого вверх пружиной. Сначала пружина сжата и энергия шарика равна нулю. Затем (после нажатия кнопки Пуск) пружина разжимается и передает свою потенциальную энергию шарику, так что потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию шарика.
Шарик поднимается вверх, и его кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию. В самой верхней точке траектории кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная -максимальна. Затем шарик падает вниз и внизу вся его кинетическая энергия исчезает (переходит в тепловую энергию) из-за сил трения о трубку. 

В модели не учитываются потери энергии, вызванные движением шарика в воздухе, но предполагается, что благодаря силам трения о трубку при возвращении шарика сразу же вся кинетическая энергия шарика уменьшается до нуля и движение шарика прекращается.

Система блоков


 Система блоков

6 model blocks

Блоки представляют собой разновидность рычага. Неподвижный блок – это равноплечий рычаг, поэтому он не дает выигрыша в силе (плечи сил равны). Подвижный блок – это рычаг, причем плечи действующих на него сил отличаются. Модель позволяет экспериментировать с системой подвижных и неподвижных блоков.

Подробнее

Блоки представляют собой разновидность рычага. Неподвижный блок (ось блока закреплена) - это равноплечий рычаг.
Поэтому он не дает выигрыша в силе (плечи сил равны). Подвижный блок (ось блока при подъеме груза движется вместе с блоком) - это рычаг, причем плечи действующих на него сил отличаются в 2 раза. Значит и выигрыш в силе подвижный блок дает в 2 раза.

Если использовать систему подвижных и неподвижных блоков, то можно получить достаточно большой выигрыш в силе. Например, при подъеме груза весом Р с помощью системы блоков, в которую входят 3 подвижных блока, приложенная сила будет примерно в 8 раз меньше веса груза, т.е.

02-04

Превращение механической энергии в системе тел


Превращение механической энергии в системе тел

1 EnergyConvertionBalls

В модели показано изменение потенциальной и кинетической энергий системы тел, состоящей из шарика и пружины. Сначала пружина сжата и вся энергия является потенциальной. Затем под действием пружины шарик поднимается и падает вниз и внизу передает свою кинетическую энергию пружине. Сжатие пружины можно изменять.

Подробнее

Механическая энергия, которой обладает тело или система тел определяется той работой, которую способны совершить силы, действующие на тело или систему тел.

Кинетическая энергия -это энергия движущегося тела. Она зависит от массы и квадрата скорости движения тела.

02-01 (1)

Потенциальная энергия - это энергия взаимодействия тел или частей тела. Тело в поле тяготения обладает потенциальной энергией. 

02-02 (2)

Как следует из формулы (2) потенциальная энергия зависит от массы тела и высоты подъема тела над нулевым уровнем.
Потенциальной энергией обладают и упруго деформированные тела (например, сжатая или растянутая пружина).

Кинетическая и потенциальная энергия - относительные величины.
Кинетическая энергия зависит от того относительно, какого тела отсчета определяется скорость тела (см. формулу (1)).
Потенциальная энергия определяется выбором нулевого уровня.

Если не действуют силы сопротивления, то полная механическая энергия (E = K + П)  тела (системы тел) сохраняется постоянной. Может происходить лишь превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Сумма же  K+П = E = const  будет сохраняться постоянной.

Если пренебречь силами сопротивления нельзя, то механическая энергия постепенно уменьшается, превращаясь в другие виды, например, в тепловую энергию, электрическую, и т.д.

В модели показано изменение потенциальной и кинетической энергий системы тел, состоящей из шарика и пружины. Сначала пружина сжата и вся энергия является потенциальной. Затем (после нажатия кнопки Пуск) пружина начинает разжиматься и потенциальная энергия пружи ны превращается в потенциальную (в поле тяжести) энергию шарика и в кинетическую энергию шарика. Шарик поднимается вверх и его кинетическая энергия превращается в потенциальную. В самой верхней точке траектории кинетическая энергия равна нулю. Затем шарик падает вниз и внизу передает свою кинетическую энергию пружине.
Пружина сжимается, а затем разжимается. Все периодически повторяется. В модели учтены потери, поэтому полная энергия постепенно уменьшается до нуля и движение прекращается.

Равновесие рычага на оси


Равновесие рычага на оси

5 ravnovesie2

Рычаг – это твердое тело, которое может поворачиваться вокруг оси или опоры. Используя рычаг для подъема груза можно получить выигрыш в силе, т.е. прикладывая малую силу можно поднять груз с большим весом. Модель наглядно демонстрирует условие равновесия рычага при различном размещении грузов на рычаге.

Подробнее

 

Рычаг - это любое твердое тело, которое может поворачиваться относительно оси или опоры.

Используя рычаг для подъема груза можно получить выигрыш в силе, т.е. прикладывая малую силу можно поднять груз с большим весом. Если на рычаг действуют несколько сил, то результат действия каждой из них зависит не только от значения силы но и от длины плеча l силы, т.е. от момента силы  M = F· l. Под длиной плеча понимают кратчайшее расстояние от точки опоры (оси) до линии действия силы.

Момент силыM = F· l - это произведение модуля силы на ее плечо. Одни силы стремятся повернуть рычаг по ходу часовой стрелки и их моменты условно принимаются за положительные. Моменты же сил, поворачивающих рычаг против хода часовой стрелки, считаются отрицательными. Из сравнения моментов следует, что при подъеме груза с использованием рычага выигрыш в приложенной силе будет во столько раз, во сколько плечо этой силы больше плеча веса груза.

Чтобы рычаг находился в равновесии необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил, приложенных к нему, равнялась нулю:

02-03



Подводная лодка


Подводная лодка

14 Submarine

Модель демонстрирует принцип управления всплытием и погружением подводной лодки, изменяя её среднюю плотность, изменяя количество балласта.

 

 

Подробнее

Сила тяжести, действующая на подводную лодку, определяется ее средней плотностью <ρ>

03-08

а выталкивающая сила - плотностью морской воды  ρж и объемом V0 части лодки, погруженной в воду.

03-09

 Для всплытия и погружения подводной лодки, на которую действуют сила тяжести и выталкивающая сила, приходится менять силу тяжести, путем уменьшения (при всплытии) или увеличения (при погружении) ее средней плотности. Для этого из отсеков вода либо вытесняется воздухом (для всплытия), либо отсеки заполняются водой (для погружения).

Равновесие рычага на опоре


 Равновесие рычага на опоре

4 ravnovesie1

Рычаг – это твердое тело, которое может поворачиваться вокруг оси или опоры. Используя рычаг для подъема груза можно получить выигрыш в силе, т.е. прикладывая малую силу можно поднять груз с большим весом. Модель наглядно демонстрирует условие равновесия рычага при различном размещении грузов на рычаге.

Подробнее

 

Рычаг - это любое твердое тело, которое может поворачиваться относительно оси или опоры.

Используя рычаг для подъема груза можно получить выигрыш в силе, т.е. прикладывая малую силу можно поднять груз с большим весом.
Если на рычаг действуют несколько сил, то результат действия каждой из них зависит не только от значения силы F, но и от длины плеча l силы, т.е. от момента силы M = F·lПод длиной плеча понимают кратчайшее расстояние от точки опоры (оси) до линии действия силы.

M = F·l - это произведение модуля силы на ее плечо. Одни силы стремятся повернуть рычаг по ходу часовой стрелки и их моменты условно принимаются за положительные. Моменты же сил, поворачивающих рычаг против хода часовой стрелки, считаются отрицательными.

Из сравнения моментов следует, что при подъеме груза с использованием рычага выигрыш в приложенной силе будет во столько раз, во сколько плечо этой силы больше плеча веса груза.

Чтобы рычаг находился в равновесии необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил, приложенных к нему, равнялась нулю.

02-03



Условие плавания тел


Условие плавания тел

13 swimmingBall

Выталкивающая сила, действующая на погруженное полностью или частично в жидкость тело зависит от плотности жидкости, плотности тела и погруженного в жидкость объема тела. Модель демонстрирует поведение шариков из различного материала при погружении их в различные жидкости. 

Подробнее

Выталкивающая сила FA , действующая на погруженное в жидкость полностью или частично тело, зависит от плотности ρж жидкости и погруженного в жидкость объема Vпогр . тела:

        FA = g·ρж ·Vпогр .  (1)

Сила тяжести FT , действующая на тело, зависит от плотности ρ  вещества тела и объема V  тела:

FT = g·ρ·V  (2)

Если тело неоднородно, то сила тяжести  FT определяется средней плотностью <ρ> тела

FT = g·<ρ>·V  (3)  

Зная плотность однородного тела или среднюю плотность неоднородного тела и плотность жидкости, в которую погружено тело, можно заранее определить, как будет вести себя тело в жидкости.

Условия плавания тела:

  • если  <ρ> = ρж , то тело плавает внутри жидкости FT =FA ,
  • если  <ρ> < ρж , то тело плавает частично погрузившись в жидкость FT =FA ,
  • если  <ρ> > ρж , то тело тонет в жидкости FT >FA .