ЛабПрактикумМеханика. Контрольные вопросы для закрепления изученного материала. Предназначен для студентов очной и заочной форм обучения
 Скачать 4.4 Mb.
|
|
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Описание программы Программа представляет собой Windows приложение, написанное на языке C# (рис. 13). Программа написана студентом Мазитовым Вадимом Айратовичем специальности МРТ факультета ИАТМ. Численное решение системы уравнений (17) производится с помощью метода решения дифференциальных уравнений Рунге– Кутта четвертого порядка. Интерфейс программы позволяет задавать широкий набор начальных условий и возможность учета различных сил, действующих на тело – бейсбольный мяч или снаряд (рис. 14). Набор графических средств программного комплекса позволяет наглядно визуализировать результаты расчетов: построить траекторию тела, вывести в табличном виде динамические характеристики тела: скорость, ускорение, дальность полета, максимальную высоту подъема, величину деривации (отклонение по оси z). Рис. 13. Основное окно программы 200 Рис. 14. Блок начальных условий В качестве снаряда выбран снаряд Denel Assegai 2000 [5], орудие Denel G6-45, калибр 155 миллиметров, вес снаряда 43,7 кг, начальная скорость 915 м/с, начальная частота вращения 17700 об/мин (рис.15). Рис. 15. Снаряд Denel Assegai 2000 Обозначения: А – угол азимута φ – широта местности δ – угол атаки θ – угол броска Задание начальных условий 1. Выбрать объект бросания: мяч или снаряд. 2. Задать угол бросания (θ), начальную скорость, начальную высоту. 3. Задать по желанию скорость ветра по различным направлениям. 4. Частоту вращения можно задавать для бейсбольного мяча. 201 5. Задать широту местности (φ), угол азимута (А). Широта местности (φ) откладывается от экватора (φ = 0º), северное полушарие со знаком плюс, южное полушарие со знаком минус. Положительное направление угла азимута (А), по часовой стрелки, отрицательное – против. В глобальной системе координат ось х направлена строго на север. 6. Исследование движения тела производится выбором действующих на тело сил. 7. Произвести расчет. 8. Проанализировать полученные результаты. 5. ЗАДАНИЯ 1. Зависимость дальности полета от угла бросания мяча. 2. Движение тела с учетом сопротивления воздуха. 3. Изучение влияния ветра на траекторию полета. 4. Исследование движения тела в неинерциальной системе отсчета Земля. 5. Исследование движения снаряда в зависимости от действующих сил. 6. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ Выбрать задания по указанию преподавателя Задание 1. Зависимость дальности полета от угла бросания мяча Установите опытным путем угол (θ), при котором дальность полета мяча максимальная, без учета сопротивления воздуха. Начальная скорость во всех запусках должна быть одна, вы изменяете только угол (с шагом 5º) бросания. Исследуйте влияние сопротивления воздуха и проверьте, является ли найденный угол справедливым теперь. Задание 2. Движение тела с учетом сопротивления воздуха Изучите влияние сопротивления воздуха на дальность полета в зависимости от начальной скорости. Установите угол (θ) соответствующий максимальной дальности полета без учета сопротивления воздуха, изменяя начальную скорость от 5 до 45 м/с (без учета и с учетом силы сопротивления воздуха) исследуйте влияния этих параметров на траектории полета. 202 Задание 3. Изучение влияния ветра на траекторию полета Для одного значения начальной скорости и угла бросания (θ), устанавливайте разные значения ветра и рассмотрите, как меняется траектория полета (значения вводите от –30 до +30). Задание 4. Исследование движения тела в неинерциальной системе отсчета Земля Исследуйте движение тела (на выбор: мяч или снаряд) на экваторе (φ = 0º) под действием силы Кориолиса. Установите угол броска 45º градусов, для мяча установите максимально допустимую скорость 45 м/с. Изменяя угол азимута (А) (направление бросания на север 0º, на юг ±180º, на восток 90º, на запад –90º) сделайте вывод об изменении дальности полета, и отклонении тела от линии бросания (z). Сила Кориолиса, действующая на тело движущегося вдоль меридиана в любом направлении (на север или на юг), направлена по отношению к направлению движения вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Предлагаем убедиться в этом: задайте угол азимута А = 0º , а широту φ = 45º градусов (северное полушарие) и произведите запуск, установите широту φ = –45º градусов (южное полушарие), определите величину и направление отклонения по оси Z. Задание 5. Исследование движения снаряда в зависимости от действующих сил Исследуйте движение снаряда, последовательно включая силы (сила сопротивления, подъемная сила, сила Магнуса, сила Кориолиса) ознакомьтесь с тем, как они влияют на траекторию его движения. Контрольные вопросы 1. Запишите закон динамики для случая действия только силы тяжести на тело, уравнения кинематики для скорости и координат тела. 2. От чего зависит сила сопротивления? 3. С чем связано действие силы Кориолиса? 4. Какие силы входят в комплекс аэродинамических сил? Запишите закон динамики для бейсбольного мяча. 5. Как можно представить движение снаряда? 203 Требования к содержанию и оформлению отчета Отчет по лабораторной работе должен содержать: 1. Номер, название лабораторной работы и цель работы. 2. Краткие основные теоретические положения и расчётные формулы. 3. В экспериментальной части – оформление выполненных заданий. 4. Выводы по результатам работы. Критерии результативности выполнения лабораторной работы Лабораторная работа считается выполненной, если студент: – правильно выполнил работу и проанализировал полученные результаты; – составил отчет, соответствующий предъявляемым к нему требованиям; – сформулировал выводы о проделанной работе; – подготовил ответы на все контрольные вопросы. Список литературы 1. Коновалов А. А., Николаев А. А. Внешняя баллистика. – М.: ЦНИИ информации, 1979. 2. Чистяков М. Н. Артиллерия. – М.: Военное издательство Министерства Обороны Союза ССР, 1953. 3. McCoy Robert L. Modern Exterior Ballistics. – Atglen: Schiffer Millitary History, 2012. 4. Nathan Alan M. The effect of spin on the flight of a baseball // Am. J. Phys. – No. 76. – 2008. 5. Baranowski L. Effect of the mathematical model and integration step on the accuracy of the results of computation of artillery projectile flight parameters // Bulletin of Polish Academy of Sciences. Technical Sciences. – Vol. 61. – No. 2. – 2013. 204 ПРИЛОЖЕНИЕ Перечень методических указаний по лабораторным работам по теме «Механика. Механические колебания и волны» 1. Изучение закона сохранения энергии с помощью маятника Максвелла: методические указания к лабораторной работе № 13 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л. В. Рабчук. – Уфа: УГАТУ, 2013. – 14 с. 2. Изучение законов вращательного движения твердого тела: методические указания к лабораторной работе № 3 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л. В. Рабчук. – Уфа: УГАТУ, 2015. – 6 с. 3. Изучение законов поступательного движения твердого тела: методические указания к лабораторной работе № 6 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. М. Т. Хатмуллина. – Уфа: УГАТУ, 2016. – 16 с. 4. Изучение законов соударения тел: методические указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л. В. Рабчук, В. С. Осипов. – Уфа: УГАТУ, 2015. – 17 с. 5. Изучение законов сохранения импульса и энергии при столкновениях кареток Флетчера с помощью устройства CASSY: методические указания к лабораторной работе № 107 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л. В. Рабчук. Уфа: УГАТУ, 2009. – 12 с. 6. Изучение колебаний пружинного маятника: методические указания к лабораторной работе № 10 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л.В. Рабчук. Уфа: УГАТУ, 2013. – 16 с. 7. Изучение собственных колебаний струны тела: методические указания к лабораторной работе № 11 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. М.Т. Хатмуллина. Уфа: УГАТУ, 2016. – 13 с. 8. Моделирование движения тела в вязкой среде в неинерциальной системе отсчета: методические указания к лабораторной работе № 108 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост.: М. Т. Хатмуллина, В. А. Мазитов. Уфа: УГАТУ, 2016. – 16 с. 9. Определение момента инерции диска относительно оси и проверка теоремы Штейнера: методические указания к лабораторной работе 205 № 101 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л.В. Рабчук. Уфа: УГАТУ, 2015. – 11 с. 10. Определение моментов инерции твердых тел методом крутильных колебаний: методические указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л.В. Рабчук. Уфа: УГАТУ, 2013. – 13 с. 11. Определение моментов инерции твердых тел методом трифилярного подвеса: методические указания к лабораторной работе № 1 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л.В. Рабчук. Уфа: УГАТУ, 2015. – 15 с. 12. Определение моментов инерции тел произвольной формы: методические указания к лабораторной работе № 5 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Э.В. Сагитова. Уфа: УГАТУ, 2016. – 14 с. 13. Определение скорости звука в воздухе: Методические указания к лабораторной работе № 8 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. М.Т. Хатмуллина. Уфа: УГАТУ, 2018. – 16 с. 14. Определение скорости полета пули с помощью крутильного баллистического маятника: методические указания к лабораторной работе № 2 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л. В. Рабчук. Уфа: УГАТУ, 2016, 14 с. 15. Определение скорости полета пули с помощью унифилярного подвеса: методические указания к лабораторной работе № 102 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. Л. В. Рабчук. – Уфа: УГАТУ, 2017. 17 с. 16. Определение ускорения свободного падения: методические указания к лабораторной работе № 12 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост.: Э. В. Сагитова, А. Г. Ряхова. Уфа: УГАТУ, 2010 – 15 с. 17. Определение ускорения свободного падения с помощью физического и математического маятников: Методические указания к лабораторной работе № 9 по дисциплине «Физика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост. М.Т. Хатмуллина. Уфа: УГАТУ, 2010. – 13 с. 206 |