··· VII Московский марафон учебных предметов. День физики ···

Г.Ф.ТУРКИНА , ГОУ ЦО «Технологии обучения.
Школа дистанционной поддержки образования детей-инвалидов», г. Москва

Физика на воздушных шариках

Инструкция физической лаборатории

Воздушные шарики – бесценный подручный материал для наблюдения физических явлений и постановки различных физических экспериментов.

1. Качественное сравнение плотностей воды: горячей и холодной, солёной и пресной – без ареометра.

Если вы исследуете не смешивающиеся и не вступающие в химическую реакцию жидкости, то достаточно слить их небольшие порции в один прозрачный сосуд, допустим, пробирку. Жидкости распределятся на слои. О плотности можно судить по очерёдности расположения слоёв: чем ниже слой, тем выше плотность. Одноцветные жидкости следует подкрасить пищевыми красителями.

Другое дело, если жидкости смешиваются, как, например, горячая и холодная вода, пресная и солёная. Тогда ставим эксперимент «Три поросёнка».

Три порции разной воды (горячей, холодной и солёной холодной) помещаем в три воздушных шарика, например, в красный, синий и жёлтый. Для этого натягиваем на водопроводный кран, например, синий шарик, и наполняем его холодной водой до размера чуть больше теннисного мяча.

Завязываем шарик ниткой. Это самый ответственный момент – внутри шарика не должно остаться и пузырька воздуха! синий «поросёнок» – с холодной водой.

В жёлтый шарик насыпаем столовую ложку соли и опять наполняем холодной водой. Смотрим, чтобы в шарике не оказалось воздушных пузырьков. Жёлтый «поросёнок» – солёный.

Третий, красный, «поросёнок» – с горячей водой. Чтобы вода в нём не остыла раньше времени, держим его в кастрюле с горячей водой.

Наливаем в большую ёмкость горячую воду и бросаем в неё шарики. Записываем, как ведёт себя каждый «поросёнок» в горячей воде (плавает на поверхности, посередине или тонет).

Заменяем горячую воду на холодную. Описываем поведение каждого шарика в холодной воде.

Крепко солим воду в ёмкости. Описываем поведение шариков в солёной воде.

ДЕЛАЕМ ВЫВОДЫ о плотности воды – горячей и холодной, пресной и солёной.

Примечания

– Если в шариках окажется пузырёк воздуха, то результат эксперимента будет ложным.

– Нельзя шарики долго держать как в холодной, так и в горячей воде – вода в них будет либо остывать, либо нагреваться.

– Плотность оболочки шарика чуть меньше плотности воды (проверьте, тонет или плавает ненадутый шарик и сделайте вывод). Этот факт следует учесть при выводах.

2. Изучение условий плавания тел

Итак, у нас в солёной воде плавает шарик с солёной водой. НО в зависимости от соотношения концентрации соли в шарике и кастрюле, этот «поросёнок» может плавать и внутри жидкости, и на поверхности, и даже пойти ко дну. Всегда тонут: шарик с холодной водой в горячей воде, шарик с солёной водой в холодной и горячей воде.

ДЕЛАЕМ ВЫВОДЫ о зависимости выталкивающей силы от соотношения плотностей жидкости и тела.

3. Изучение действия закона Архимеда в воде

А эти эксперименты лучше проводить на берегу водоёма летним днём в хорошую погоду или (на худой конец) в ванной комнате. Опыт веселее проходит в компании друзей. Вам понадобятся несколько шариков, желательно из толстой резины.

Надуйте шарики до разного размера. Они лёгкие и плавают на поверхности воды.

Попытайтесь утопить шарики. Это весёлое, но трудное задание. У вас может не хватить силёнок, чтобы утопить большой шар. Когда «победите» силу Архимеда (выталкивающую силу), проведите расчёт и оцените свою силу: F А = gV = g · 4/3 · R 3 , где F А – сила Архимеда, или выталкивающая сила, Н; – плотность воды (1000 кг/ м 3); g – ускорение свободного падения (9,8 м/с 2); = 3,14; R – радиус шарика, м. Оцените радиус – обхватите шарик ниткой и разделите полученную длину нити на 2 (длина окружности L = 2R ).

4. Изучение действия закона Архимеда в воздухе

Братьям Монгольфье в XVIII в. удалось изготовить большой шар, наполнить его лёгким газом (горячим воздухом) и отправиться в воздушное путешествие. Такие воздушные шары в честь братьев-изобретателей стали называть монгольфьерами . Вам понадобятся два шарика, один из которых наполнен гелием.

Привязываем к шарику с гелием маленькую лёгкую игрушку и отпускаем шарик.

Второй шарик надуваем воздухом и отпускаем.

Наблюдение. Шарик с гелием летит вверх, а шарик с воздухом опускается.

Объяснение. Плотность гелия меньше плотности воздуха. Выталкивающая сила, действующая на этот шарик, больше силы тяжести, и он устремляется вверх – «всплывает». Надутый шарик тяжелее вытесненного им воздуха. Он «тонет».

5. Испытание воздушного шарика на прочность

Попробуйте иголкой проткнуть воздушный шарик, чтобы он не лопнул с шумом.

Подсказка. Это можно сделать тремя способами: 1) с боков, где резина сильно растянута, приклеить кусочек скотча и проколоть шарик в этом месте – такой трюк проделывают клоуны в цирке; 2) там, где резина наиболее толстая, т.е. «на макушке»; 3) там, где резина не натянута – где нитка.

Примечание. Отверстие от иголки настолько маленькое, что шарик сдувает ся незаметно. После удачных экспериментов проколите шарик насквозь спицей или острой деревянной палочкой.

6. Изучение давления

Мы настолько привыкли к тому, что надутый шарик, попав на остриё, с шумом лопается, что шарик на гвоздях под тяжестью груза воспринимается нами как сверхъестественное явление. Тем не менее это факт… Вам понадобятся ипликатор (Кузнецова, Ляпко) или доска с равномерно набитыми гвоздями (через каждый сантиметр).

Надуваем воздушный шарик и кладём его на острия ипликатора Кузнецова.

Осторожно сверху надавливаем на шарик. Увеличиваем нажим. Хватит ли у вас сил нажать так, чтобы он лопнул?

Наблюдение. Самое удивительное, что шарик, лежащий на остриях, только сплющивается под нажимом, но не лопается!

Объяснение. Из-за большого количества остриёв, с которыми соприкасается шарик, давление на оболочку шарика оказывается незначительным, допустимым для тонкой резины. Воздушный шарик на гвоздях выдерживает 60 Н (груз массой 6 кг)!

7. Испытание резины на тепловую прочность

Резкий неприятный запах жжёной резины знаком каждому. Оказывается, не всегда в пламени резина горит. Вам понадобятся шарик и свеча.

Наливаем в шарик воды и вносим шарик с водой в пламя свечи.

Наблюдение. Резина только коптится.

Объяснение. Температура оболочки, пока в ней есть вода, не будет подниматься выше 100 °С, т.е. не достигнет температуры горения резины.

8. Изучение газовых законов

8.1. Закон Бойля–Мариотта

Газовый закон, независимо окрытый английским учёным Бойлем и французским учёным Мариоттом: при неизменной температуре и массе давление газа обратно пропорционально его объёму.

8.1.1. Как работают лёгкие?

Диафрагма опускается – вдох, поднимается – выдох. Сделаем модель лёгких и посмотрим на её работу глазами физика.

Отрезаем дно пластиковой бутылки.

Помещаем воздушный шарик внутрь бутылки и натягиваем его на горлышко.

Отрезанную часть бутылки затягиваем плёнкой от другого воздушного шарика (разрезаем его ножницами) и закрепляем скотчем.

Оттягиваем плёнку – шарик надувается, надавливаем на плёнку – шарик сдувается.

Объяснение. Объём воздуха внутри бутылки оказывается изолированным. При оттягивании плёнки этот объём увеличивается, давление уменьшается и становится меньше атмосферного. Шарик внутри бутылки надувается воздухом атмосферы. При надавливании на плёнку объём воздуха в бутылке уменьшается, давление становится больше атмосферного, шарик сдувается. Так же работают и наши лёгкие. Резиновая плёнка имитирует диафрагму, воздушный шарик – лёгкие. Резиновая плёнка-диафрагма опускается (оттягивается) – вдох, поднимается – выдох.

8.1.2. Шарик в бутылке

Помещаем шарик внутрь бутылки и натягиваем его на горловину.

Пробуем надуть шарик.

Наблюдение. Надуть шарик в бутылке невозможно!

Объяснение. При увеличении объёма шарика воздух, объём которого в бутылке изолирован, сжимается, давление увеличивается. Только человек с мощными лёгкими (певец, пловец) может отчасти справиться.

Делаем шилом отверстие в бутылке ближе ко дну.

Пытаемся ещё раз надуть шарик. Получается!

Когда шарик надуется, закрываем пальцем отверстие – шарик остаётся надутым!

Отрезаем донышко у пластиковой бутылки и пытаемся снова надуть шарик.

Наблюдение. Он легко надувается, если внутренний объём бутылки сообщается с атмосферой.

8.2. Закон Шарля

Газовый закон, открытый французским учёным Шарлем, утверждает: чем выше температура газа при постоянном давлении и неизменной массе, тем больший объём он занимает.

8.2.1. Шарик в банке

Надеваем шарик на водопроводный кран и наливаем в него воды так, чтобы размер шарика с водой стал немного больше горловины двух- или трёхлитровой стеклянной банки. Надёжно завязываем шарик.

Поджигаем листок бумаги и бросаем в банку.

Кладём шарик на горловину банки.

Наблюдение. Пламя в банке гаснет. Шарик втягивается в банку.

Наливаем в пустую банку горячей воды из чайника.

Выливаем воду и тут же кладём шарик с водой на горловину банки.

Наблюдение. Шарик забавно втягивается в банку.

Примечание. Этот опыт протекает медленнее первого.

Объяснение. В первом опыте воздух в банке нагревает горящая бумага. Когда на банку кладут шарик, он перекрывает доступ кислорода, горение прекращается. Плотность горячего воздуха меньше плотности холодного. Воздух в ба нке быстро остывает, его плотность увеличивается, объём уменьшается – шарик втягивается в банку.

Во втором опыте горячая вода нагревает банку, а банка нагревает воздух. Банка с воздухом быстро остывает, и тяжёлый шарик засасывается внутрь. Опыт можно проводить с надутым шариком, но тогда он получается не таким ярким.

8.2.2. Шарик в парилке

Надуваем шарик до среднего размера и завязываем горловину узлом.

Измеряем ниткой размер шарика и делаем узелок-метку (нитку берём с запасом).

Кладём шарик в миску и обливаем его горячей водой (кипятком) из чайника.

Измеряем ниткой новый размер шарика. Сравниваем результаты.

Наблюдение. Шарик на глазах увеличивается в размерах – это подтверждает и проверка ниткой.

8.2.3. Шарик на морозе

Надуваем шарик и надёжно завязываем горловину узлом, но не ниткой (такой быстрее сдувается).

Измеряем ниткой длину окружности шарика и делаем узелок-метку.

Помещаем воздушный шарик на несколько часов в холодильник (луч ше в морозильную камеру) или выносим на мороз.

Спустя несколько часов сравниваем размеры шарика в начале опыта и в конце.

Наблюдение. Шарик на морозе изрядно «худеет» и «стареет» (сморщивается).

8.3. Воздушный парадокс

Этот опыт ставит многих в тупик. Понадобятся два одинаковых воздушных шарика, трубочка длиной 10–30 см и диаметром 15–20 мм (на неё должен туго надеваться шарик).

Несильно и НЕ ОДИНАКОВО надуваем шарики.

Натягиваем шарики на противоположные концы трубки. Чтобы шарики при этом не сдувались, перекручиваем их горловины.

Раскручиваем горловины – шарики свободно сообщаются между собой через трубку.

Наблюдение. Воздух перетекает из одного шарика в другой. Но… маленький шарик надувает большой!

Объяснение. Многие считают, что раз масса воздуха больше в шарике большего размера, то этот шарик будет сдуваться и надувать маленький шарик. Но такое рассуждение ошибочно. Причина наблюдаемого явления в давлении внутри шарика. Давление газа зависит от кривизны поверхности, т.е. от радиуса сферы: чем меньше радиус, тем больше давление. (Вспомним сообщающиеся сосуды – вода перетекает не из того сосуда, где меньше воды, а из того, где давление больше.) Кроме того, все знают, как трудно начинать надувать шарик, но когда «мёртвая» точка преодолена, дальше он надувается легко. Следовательно, и упругость резины играет немаловажную роль.

Примечание. Можно наблюдать и такой результат: маленький шарик «не хочет» сдуваться и надувать большой. По-видимому, в этом случае упругость резины играет ведущую роль. Трубочку можно сделать самим из тонкого картона. Главное, чтобы она была герметичной.

9. Изучаем закон Бернулли

9.1. Воздушный поцелуй

Один из основных законов гидро- и аэродинамики – закон Бернулли: чем выше скорость воздушного потока, тем меньше в нём давление.

Надуваем два воздушных шарика до одинакового размера и привязываем к каждому нитку длиной около метра.

Берём шарики за нитки правой и левой рукой так, чтобы они висели на одном уровне на некотором расстоянии друг от друга.

Не касаясь шариков руками, попробуйте соединить их.

Подсказка. Решение предельно простое, но не очевидное: подуйте между шариками сверху, снизу или сбоку – значения не имеет.

Объяснение. Из закона Бернулли следует, что давление в струе воздуха ниже, чем атмосферное. Сила атмосферного давления с боков сблизит шарики.

9.2. Шарик в струе

Надуваем шарик, включаем фен, подводим под шарик струю воздуха и отпускаем шарик.

Наблюдение. Струя воздуха поднимет шарик вверх, но он не улетает, а зависает на некоторой высоте.

Объяснение. Шарик устойчиво держится в воздушной струе, т.к. давление воздуха в струе ниже атмосферного. При любом отклонении шарика в сторону атмосферное давление возвращает шарик в центр струи, где давление меньше.

10. Изучаем реактивное движение

Реактивное движение – движение тела, обусловленное отделением от него с некоторой скоростью какой-то его части.

10.1. Реактивный шарик

Понадобятся воздушные шарики круглый и длинный, лента (шёлковая, бумажная или магнитная от видеокассеты), скотч.

Надуваем круглый шарик и, не завязывая его, выпускаем из рук.

Вновь надуваем круглый шарик, прикрепляем к нему хвост-стабилизатор из бумажной ленты и выпускаем шарик из рук. Сравниваем полёты шарика со стабилизатором и без стабилизатора

Надуваем длинный шарик и выпускаем его.

Вновь надуваем длинный шарик, слегка перекручиваем его (как будто выжимаем бельё) и выпускаем из рук. Сравниваем полёты шарика.

Надуваем круглый шарик, прижимаем его перпендикулярно к стене и отпускаем.

Вновь надуваем круглый шарик, прижимаем его боком к стене и отпускаем.

Наблюдение. Если круглый шарик выпустить из рук, он взметнётся и хаотично полетит, выбрасывая струю воздуха. Хвост-стабилизатор делает полёт шарика направленным.

Длинный шарик летит по прямой траектории. Перекрученный шарик при полёте вращается.

Круглый шарик, прижатый к стене перпендикулярно, остаётся на месте, не опускается и стремительно уменьшается в размерах. Шарик, прижатый к стене боком, разворачивается перпендикулярно к стене и быстро сдувается.

10.2–10.4. Полёт к звёздам. Игрушки на реактивной тяге. Водный реактивный транспорт

(Эти опыты эффектны, но достаточно известны, поэтому их не описываем.– Ред .)

11. Изучаем электрические явления

Опыты по электростатике с воздушными шариками ярки и зрелищны – резина является хорошим диэлектриком, легко электризуется, на шарике накапливается большой заряд.

11.1. Электричество из головы

Надуваем шарик и завязываем его.

Электризуем шарик, потерев его о волосы.

Приподнимаем шарик над головой.

Наблюдение. За шариком тянутся волосы, что хорошо чувствуется.

Электризуем шарик ещё раз.

Кладём шарик на письменный (деревянный) стол наэлектризованной стороной вверх.

Наблюдение. Шарик мгновенно перворачивается и ложится на стол заряженной стороной. При попытке вернуть его в прежнее положение он переворачивается снова.

Электризуем шарик ещё раз.

Прижимаем шарик наэлектризованной стороной к вертикальной стене или к потолку.

Наблюдение. Шарик прилипает к стене надолго – в сухую солнечную погоду он может провисеть час!

Объяснение. При натирании шарика о голову электроны переходят с волос на резиновую оболочку шарика. Шарик заряжается отрицательно, волосы – положительно. Разноименно заряженные тела притягиваются, поэтому волосы тянутся к шарику.

Заряженный шарик создает вокруг себя электрическое поле, которое воздействует на стол, стену, потолок, – наводит заряд противоположного знака. Мы наблюдаем электризацию через влияние. Разноимённо заряженные тела притягиваются, что мы и наблюдаем.

Примечание. Существенно, чтобы волосы были чистыми, без косметических средств (лака, геля). Опыты по электризации проводят в сухую погоду, т.к. влажный воздух хороший проводник, и заряд на шарике не будет накапливаться.

11.2. Электричество из разных источников

Надуваем оба шарика до одинакового размера и каждый завязываем ниткой длиной 40–50 см.

Электризуем шарики, потерев их о волосы или шерстяной лоскуток.

Наблюдение. Шарики разлетаются в разные стороны.

Кладём шарики на стол на небольшом расстоянии друг от друга наэлектризованной стороной вверх.

Наблюдение. Шарики разлетаются.

Снимаем с шариков заряд, проводя по ним рукой.

Снова электризуем шарики, но теперь – потерев их друг о друга.

Берём шарики за нитки в одну руку.

Наблюдение. Шарики прилипают друг к другу.

Кладём шарики на стол недалеко друг от друга наэлектризованной стороной вверх.

Наблюдение. Шарики устремляются друг к другу.

Повторяем опыт, но заряжаем только один шарик.

Наблюдение. Шарики устремляются друг к другу как разноимённо заряженные.

Объяснение. Шарики, потёртые о лоскуток или голову, заряжаются зарядом одного знака, а потёртые друг о друга – зарядами разного знака. Одноимённо заряженные тела притягиваются, разноимённо заряженные – отталкиваются.

Заряд в телах можно индуцировать, помещая тело в электрическое поле (поднося к телу заряженный шарик). Если тело металлическое, то явление называется электростатической индукцией , если диэлектрик, то – поляризацией диэлектрика.

11.3. Соляные столбики

Насыпаем на лист картона небольшую горку поваренной соли.

Надуваем и электризуем воздушный шарик.

Подносим наэлектризованный шарик к горке поваренной соли.

Наблюдение. Маленькие кристаллики соли выстраиваются в вертикальные столбики, тянутся «ниточками» к шарику.

Объяснение. Поваренная соль – полярный диэлектрик. Под действием электрического поля наэлектризованного шарика происходит смещение положительных и отрицательных связанных зарядов молекулы в противоположные стороны. Со стороны заряженного шарика в кристаллике соли всегда образуется противоположный по знаку заряд. Кристаллики соли притягиваются к шарику, пристраиваясь один к другому.

Примечание. Кристаллики сахарного песка внешне напоминают поваренную соль, но молекула сахара неполярная, поэтому слабее поляризуется. Кроме того, кристаллики сахара крупнее, более тяжёлые, что не позволяет получить хорошие столбики.

11.4. Попрыгунчики

Насыпаем на лист картона блестящее конфетти или мелко нарезанную металлическую фольгу.

Электризуем шарик и подносим к фольге, но не касаемся её.

Наблюдение. Блёстки ведут себя как живые кузнечики-попрыгунчики. Подскакивают, касаются шарика и тут же отлетают в сторону.

Объяснение. Металлические блёстки электризуются в поле шарика, но при этом остаются нейтральными. Блёстки притягиваются к шарику, подпрыгивают, при касании заряжаются и отскакивают как одноимённо заряженные.

11.5. Змея

Кладём на стол бумажную полоску.

Подносим к полоске наэлектризованный шарик.

Наблюдение. Полос ка под шариком выгибается и шевелится, словно змея.

Повторяем опыт с ёлочным дождём, магнитной лентой, ниткой.

Наблюдение. Хотя полоски из разного материала, но их поведение в электрическом поле шарика одинаковое.

11.6. Кораблики

Делаем бумажный кораблик и пускаем его на воду.

Электризуем шарик и подносим к кораблику.

Наблюдение. Кораблик последует за шариком.

Опускаем металлическую крышку на воду.

Наблюдение. Металлическая крышка плывёт в сторону шарика.

Опускаем на воду пластмассовую крышку.

Электризуем шарик и подносим к крышке, не касаясь её.

Наблюдение. Тяжёлая крышка плывёт за шариком.

Объяснение. В электрическом поле шарика бумага и пластмасса поляризуются и притягиваются к шарику. В металлической крышке также индуцируется заряд. Поскольку сила трения на воде незначительна, то кораблики легко приходят в движение.

11.7. Электрический компас

Вставляем иголку в ластик, сверху кладём бумажную стрелку.

Накрываем стрелку стеклянной банкой.

Электризуем шарик и подносим к стрелке.

Наблюдение. Стрелка поворачивается за шариком.

Объяснение. Бумага в электрическом поле шарика поляризуется. Стекло не экранирует электрическое поле.

12. Изучаем звуковые явления

12.1. Оркестр из воздушных шариков

12.1.1. Волынка

Понадобятся воздушные шарики и гофрированные шланги длиной около метра разного диаметра (гофр не должен быть спиральным). Шланг можно купить на строительном рынке.

Свёртываем гофрированный шланг в кольцо.

Надеваем воздушный шарик на один его конец.

Надуваем шарик через шланг.

Наблюдение. Шарик сдувается, и воздух, проходя по гофрированной трубе, порождает звук. Чем не волынка?! Шланги разного диаметра и длины издают разные по высоте звуки – чем меньше диаметр шланга, тем выше звук.

12.1.2. Барабан

Надуваем шарики из толстой резины до разных размеров.

Удары ладонью по шарикам сопровождаются звуками, причём каждый шарик издаёт свой звук.

12.1.3. Пищалка

Надуваем шарик и растягиваем горловину двумя руками – воздух, выходящий через узкую щель, издаёт звук. Наловчившись, можно получать разные по высоте звуки.

Объяснение. Выходящий воздух заставляет вибрировать горловину шарика. Вибрации порождают звук. Опыт имитирует работу голосовых связок.

12.1.4. Звуковая линза

Прижимаем шарик к уху – вы услышите звуки, которые раньше не были слышны.

Прижимаем шарик к динамику радио, а к шарику – ухо. Слышен даже тихий зву к – шарик его усиливает. Если вас с другом будет разделять воздушный шарик, а друг будет что-то нашёптывать, то этот шёпот вы прекрасно услышите, стоит лишь прижать шарик к уху.

Помещаем шарик между телефонной трубкой и ухом. Подбираем такое положение, чтобы телефонный гудок был самым громким.

Наблюдение. Если убрать шарик, гудки становятся тише.

В нашем интернет-магазине
419 моделей ракеток и другие товары
для большого тенниса

Мы предлагаем уникальную программу тестирования теннисных ракеток
При заказе на сумму большую 5 000 руб. доставка в пределах МКАД бесплатно !

Классификация теннисных мячей

Поделитесь с друзьями:

  Какими мячами имеют право пользоваться игроки в теннис

Естественно, что речь идет о турнирных соревнованиях, потому что любители используют тот инвентарь, который им больше по душе или по карману.

Некоторые, романтически настроенные теннисисты особо трепетно относятся к мячам, сравнивают их с хорошим вином, которое с годами только лучше становится. Конечно, это относится только к мячам без давления.

Последнюю скандальную фото-сессию Агнешки Радванска истинные поклонники тенниса восприняли как признание в любви к этим самым мячикам, ну, и к самому теннису тоже.

Кто-то обнаженное тело теннисистки увидел, а кто-то множество желтых теннисных мячиков в бирюзовой воде бассейна. Деятели молодежной католической организации Krucjata Mlodych, исключившие Агнешку из своих рядов, просто не поняли, куда смотреть нужно.

По-настоящему упругие и хорошо отскакивающие от поверхности корта мячики научились делать только в XIX веке. С тех пор и стали предъявлять к резиновым мячам четко сформулированные требования.

  Какие требования предъявляются к мячам для тенниса

Цвет может быть только желтый или белый. Причем сейчас белые мячи почти не используются.

Вес мяча может колебаться в пределах от 56, 7 до 58,6 граммов. И ни миллиграммом меньше или больше!

Позволительный размер мяча укладывается в параметры от 6,35 до 6,67 сантиметра в диаметре.

Величина отскока для разных типов мячей тоже строго регламентируется.

  Разновидности теннисных мячей

Конструкция всех типов мячей одинакова: мяч состоит из внутреннего резинового ядра и покрытия из ткани.

  Герметичные и негерметичные мячи

Герметичные наполняются инертным газом, для чего в процессе изготовления вводят внутрь таблетки неорганических солей. Иногда можно услышать, что мячик немного погромыхивает, это не до конца разложившаяся таблетка стучит. Кстати, такой стук – признак не слишком высокого качества мячика. Даже самые инертные газы имеют «привычку» потихоньку испаряться, поэтому герметичные мячи хранят в специальной упаковке, замедляющей этот процесс.

В негерметичных мячах внутреннее давление совпадает с давлением снаружи, поэтому мячи сохраняют упругость долго, за что их и любят профессиональные теннисисты.

  Мячи могут быть медленными, быстрыми

Вообще теннисными правилами выделяются 4 скоростные категории мячей, каждому типу соответствуют свои показатели отскока, диаметра и степени внутренней и внешней деформации.

  Все параметры строго оговорены в Приложении к Правилам ИТФ.

Быстрые мячи подходят для поклонников скоростной игры и для состязаний на грунте.

Средние мячи наиболее универсальны, их чаще всего используют для игры на кортах с любым покрытием.

Медленные мячи отличаются чуть большим диаметром, они нужны начинающим игрокам или тем, кто долго «разогревается».

Мячи для высокогорий обладают избыточным внутренним давлением, потому что рекомендованы они для использования на кортах, расположенных выше 1219 метров над уровнем моря.

  Для разных целей – разные мячи

Теннисные мячики классифицируются по целевому предназначению.

Тренировочные мячики закладывают в пушку.

Детские мячи с пониженным внутренним давлением и невысоким отскоком удобны для маленьких спортсменов.

Для разминки выбирают мячи без давления

Игровые мячики используются для состязаний.

Тканевое покрытие мяча изготавливается из шерстяных, хлопковых или синтетических нитей.

Ворсистость влияет на показатель «сцепляемости» с поверхностью корта.

Для хардовых покрытий выбирают мячи с повышенной ворсистостью, а для грунтовых или травяных – с обычной.

Ярко-желтый цвет делает мячи более заметными для игроков и для зрителей.

Маленький и практически невесомый, мяч для настольного тенниса , казалось бы, является такой простой мелочью, на которую можно не обращать внимания. Но бывалые игроки знают, что настольном теннисе играет роль каждая деталь, что везде имеются свои нюансы и секреты.

Мячи для настольного тенниса , также именуемые шарик ами для пинг-понга , изготавливаются из пластмассы или целлулоида, и весит каждый из них не больше 2,5 граммов. Стандартные мячи для настольного тенниса белого цвета (лучше выделяются на фоне стола), наряду с этим, в продаже можно найти изделия всевозможных расцветок, даже в клеточку.

На что обратить внимание при выборе шариков для настольного тенниса ? Имеют значение такие характеристики, как вес, форма, интенсивность окраски, однородность толщины стенок, упругость и шов. Форма мяча должна быть идеально круглой. Это можно определить визуально, или раскрутив мяч на ровной гладкой поверхности, неровный мячик – неравномерное вращение.

Шов, упругость и толщина также влияют на качество игры. Шов должен располагаться строго посередине мяча, а толщина стенок должна быть одинаковой. В противном случае нарушается центровка и играть таким мячом невозможно, потому что будет непредсказуемый полет и неправильный отскок.

Более мягкие мячи для настольного тенниса , то есть имеющие тонкие стенки, отличаются слабым отскоком, но имеют более выгнутую траекторию полета. Тяжелые мячи обладают более слабым вращением. Проверить мяч на упругость можно лишь одним способом: равномерно сдавить его с обеих сторон, образовавшиеся вмятины не должны разительно отличаться. И последний совет: чтобы стопроцентно не ошибиться с выбором мячей, выбирайте изделия проверенных общеизвестных фирм, например DHS или Donic .

В 16 веке мячи для тенниса изготавливались шотландскими мастерами из покрытой шерстью пленки желудка овцы или козы, связанной веревкой. В 1920-х годах было обнаружено, что теннисные мячи были изготовлены из комбинации шпатлевки и человеческих волос. В 18 веке три четверти полоски шерсти были намотаны плотно вокруг ядра, сделанного путем прокатки полос в маленький шарик. Затем он был перевязан нитками во всех направлениях и обшит белой тканью. В 1970-х годах была изобретена вулканизированная резина. Серые или красные резиновые теннисные мячи были заполнены воздухом.

Теннисные мячи для большого тенниса должны соответствовать определенным критериям размера, веса, деформации, утвержденными для регулирования игрой. Международная федерация тенниса определила официальный диаметр теннисного мяча 65,41-68,58 мм. Мячи для тенниса должны весить 56,0-59,4 гр. Желтый и белый цвета утверждены теннисной ассоциацией США и ITF. Флуоресцентный желтый (известный как оптический желтый) цвет был введен в 1972 году как наиболее заметный цвет для телевидения.

Часто мячи имеют номер в дополнение к торговой марке. Это помогает отличить один набор мячей для тенниса той же самой марки от другого. При необходимости консультанты интернет-магазина TennisTrade помогут Вам купить теннисные мячи. На сайте представлены мячи для тенниса мировых производителей разной цены. Вам помогут выбрать оптимальный вариант и купить мячи для тенниса с доставкой. Для этого Вам необходимо только позвонить по указанным телефонам.

Традиционные мячи без давления, как правило, жестче и не отскакивают так высоко, как мячи с давлением. Современные теннисные мячи для большого тенниса находятся под давлением около двух атмосфер до первоначального использования.

Испытание мячей для большого тенниса

Чтобы определить аэродинамические характеристики мячей для тенниса с 2001 года стали проводиться испытания ITF в аэродинамической трубе. Она сконструирована таким образом, чтобы удерживать мячи для большого тенниса под давлением потока воздуха при использовании 19-киловатного вентилятора. Это аэродинамическая труба оказывает вращающее воздействие на мяч. Специальными датчиками измеряется сила, воздействующая во время полете на теннисный мяч. На мяч действуют разные силы: сопротивление воздуха и сила, удерживающая мяч в воздухе или опускающая его вниз.

Это не единственное испытание, которому подвергаются мячи для большого тенниса. Их испытывают также на прочность. Испытание поверхности мяча на прочность происходит с использованием воздушной пушки. Воздушная пушка стреляет теннисным мячом на поверхность с периодичностью ударов около семиста в час, имитируя износ мяча. Далее происходит сравнение используемых мячей с новыми, что позволяет увидеть реальную картину последствий игры на мяч. Как правило, использованные теннисные мячи теряют в весе, становясь мягче, и выше подпрыгивают.

Также проводится исследование динамических характеристик мячей для тенниса. Для этого тестирования используют базуку, выстреливающей мячи со скоростью до 50 м/с. Мяч соприкасается с поверхностью теннисной ракетки и корта.

Отходы в виде резины после использования мячей не являются биоразлагаемыми. Их часто используют в школах и домах престарелых для предотвращения истирания и выскабливания пола, прикрепляя отверстия из шара к ножкам стульев.

а) Теннисный мяч лежит неподвижно на баскетбольном, диаметр которого равен 25 см (рис. 1, слева). Масса баскетбольного мяча много больше массы теннисного. На какую высоту подскочит теннисный мяч после отскока от земли, если эту систему отпустить с высоты h = 1 м (высота считается от нижней кромки баскетбольного мяча)? Все соударения можно считать абсолютно упругими.

б) Теперь представим, что есть целая «башня» из n мячей, покоящихся друг на друге, причем каждый следующий мяч во много раз легче того, на котором он лежит (рис. 1, справа). Пусть нижняя кромка самого нижнего мяча находится на высоте h от земли, а нижняя кромка самого верхнего - на высоте h + l (причем l ≪h ). Сколько мячей должно быть в башне, чтобы после отскока от земли верхний подскочил на высоту 1 км? При каком n верхний мяч сможет покинуть поле тяготения Земли?

Подсказка

Для теннисного мяча при столкновении баскетбольный мяч будет как стенка. Иными словами, на движение баскетбольного мяча взаимодействие с теннисным никак не повлияет.

Также можно принять, что между мячами есть небольшое расстояние, и поэтому столкновения баскетбольного мяча с землей и мячей между собой можно рассматривать отдельно (на ответ это не повлияет).

Решение

а) Давайте для простоты предположим, что мячи изначально не соприкасаются, а находятся на некотором небольшом расстоянии друг от друга. Так как столкновения абсолютно упруги, на конечный ответ это не повлияет.

Непосредственно перед касанием с землей оба мяча будут двигаться вниз со скоростью \(v=\sqrt{2gh}\). Баскетбольный мяч отражается от земли и начинает двигаться вверх с той же скоростью v , теннисный мяч в этот момент все еще движется вниз со скоростью v . Столкновение баскетбольного мяча с теннисным - это как столкновение со стенкой, скорость баскетбольного мяча почти не изменится.

В системе отсчета, связанной с баскетбольным мячом, мы бы увидели, что сперва теннисный мяч приближался к нему со скоростью 2v , затем отразился и стал двигаться в противоположном направлении с той же скоростью 2v . Такое суждение можно проводить, только когда массы взаимодействующих тел очень сильно отличаются.

Перейдя обратно в лабораторную систему отсчета, заключаем, что теннисный мяч после столкновения будет иметь скорость 2v + v = 3v , направленную вверх. Таким образом, он отлетит на высоту

\[ H=d+\frac{(3v)^2}{2g}=d+9h=9{,}25~\text{м}. \]

Как видно, при условии, что массы мячей различаются достаточно сильно и что все столкновения абсолютно упругие, верхний мяч подлетит в 9 раз выше, чем был изначально. На рисунке 2 показан такой эксперимент. Из-за разных «неидеальных» эффектов, вроде неупругости столкновений и трения с воздухом, реальная высота получается несколько меньше.

б) Будем действовать индуктивно. Пусть мяч B i достигает скорости v i после столкновения с предыдущим (тем, который сразу под ним) мячом B i −1 . Какова будет скорость v i +1 мяча B i +1 после столкновения с мячом B i ?

Непосредственно перед столкновением мяч B i +1 падает вниз со скоростью v , а мяч B i движется вверх со скоростью v i . То есть относительная скорость мячей перед столкновением равна v i + v . Рассуждая аналогично пункту а) , получаем, что относительная скорость сохранится, и поэтому скорость мяча B i +1 будет равна

\[ v_{i+1} = (v_i+v)+v_i=2v_i+v. \]

С помощью этой рекуррентной формулы можно получить для скорости n -го мяча выражение

\[ v_n=(2^n-1)v.\]

Чтобы мяч подскочил на высоту H , его скорость у земли должна быть не меньше \(v_0=\sqrt{2gH}\). При H = 1 км скорость v 0 ≈ 140 м/с. Так как v ≈ 4,4 м/с, то v 0 /v + 1 ≈ 32,8 > 32. Значит, n должно быть не меньше 6. Тут не учтено, что самый верхний мяч начинает лететь вверх не у самой земли, а с высоты «башни», но несложно посчитать, что для того, чтобы хватило пяти мячей, высота «башни» должна быть порядка 75 метров. Большие должны быть мячи, в общем.

Если мы хотим, чтобы верхний мячик покинул Землю, то он должен набрать по крайней мере вторую космическую скорость (примерно 11160 м/с). Можно легко проверить, что если шариков 11, то скорость верхнего при отскоке равна примерно 9007 м/с, а если шариков 12, то - 18018 м/с.

Послесловие

Конечно, к реальности полученные цифры не имеют никакого отношения. Во-первых, мы полагали что масса каждого следующего мяча много меньше массы предыдущего. Так, если нижний мяч весит 1 кг, а каждый следующий хотя бы в 10 раз легче, то при n = 5 самый легкий мяч должен будет весить 0,1 грамм, что примерно равно массе песчинки. Про 12 шариков даже говорить излишне.

Мы также предполагали, что центры мячей идеально совпадают с общей осью «башни», что на практике реализовать почти невозможно, и поэтому скорости улетающих мячиков будут направлены в совершенно произвольных направлениях (рис. 3). Ввиду всего этого полученный результат, конечно же, лишь грубая математическая абстракция, далекая от реальности. Хотя она достаточно ярко демонстирует какие абсурдные физические результаты можно получить при излишней идеализации задачи.

Чуть подробнее рассмотрим эффект упругого столкновения тяжелого объекта с легким. В случае, когда тяжелый объект (стенка) бездвижен, скорости, с которыми легкий шарик ударяется о стенку и отскакивает от нее, равны. В случае же когда стенка движется, нужно сделать тот самый трюк с переходом в систему отсчета стенки, который мы сделали раннее: если стенка движется со скоростью u навстречу мячику, налетающему со скоростью v , то шарик отпрыгнет от нее со скоростью 2u + v , получив удвоенную скорость стенки.

Похожий подход используется в космических миссиях для совершения так называемого гравитационного маневра . Космический аппарат (мячик) движется со скоростью v относительно Солнца против орбитального движения планеты (стенка), у которой скорость u . Роль эластичного столкновения здесь играет гравитация, которая меняет направление движения корабля на противоположное: планета «не почувствует» присутствия корабля, а корабль получит скорость равную удвоенной орбитальной скорости планеты.

Такие гравитационные маневры (устроенные, конечно, немного сложнее) используются для бесплатного «разгона» космических кораблей. В частности, закончивший несколько дней назад свою миссию аппарат «Кассини» на пути к Сатурну сделал целых четыре гравитационных маневра: дважды у Венеры и по разу у Земли и Юпитера (см. также Большой финал «Кассини»). «Вояджер-1» - самый далекий от Солнца созданный человеком объект (сейчас находится на расстоянии 140 а. е.), также разгонялся с помощью гравитационных маневров у Юпитера и у Сатурна.