Glue the bttms f tw light cups tgether t make a glider. Wind an elastic band arund the centre and hld the free end that remains. While hlding the glider, stretch the free end f the elastic band and then release the glider. Investigate its mtin.
將兩個(gè)輕質(zhì)杯子的底部粘在一起來制作一個(gè)滑翔機(jī)。將一根彈性帶子(band)纏繞在滑翔機(jī)的中心并抓住余下的自由端。當(dāng)握著滑翔機(jī)時(shí),拉伸帶子的自由端然后釋放滑翔機(jī)。研究它的運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)角速度矢量與物體飛行速度矢量不重合時(shí),在與旋轉(zhuǎn)角速度矢量和平動(dòng)速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產(chǎn)生一個(gè)橫向力。 在這個(gè)橫向力的作用下物體飛行軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱作馬格努斯效應(yīng)。
下部與空氣速度方向相同,速度快,壓強(qiáng)小
上部與空氣速度方向相反,速度小,壓強(qiáng)大
重力對高速旋轉(zhuǎn)中的陀螺產(chǎn)生的對支撐點(diǎn)的力矩不會(huì)使其發(fā)生傾倒,而發(fā)生小角度的進(jìn)動(dòng)。 簡單來說,即物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力會(huì)使其自身保持平衡。
探究不同發(fā)射角度的運(yùn)動(dòng)軌跡
(2)0-20°仰角發(fā)射
(3)0-20°俯角發(fā)射
(2) 0-10°仰角發(fā)射軌跡
(3) 0-10°俯角發(fā)射軌跡
對于沿著旋轉(zhuǎn)軸垂直方向的平移運(yùn)動(dòng)球體
F?= 升力 =流體的密度v?= 速度A?= 橫截面積CL?=?升力系數(shù)
通過類比球體與類圓柱體,不難發(fā)現(xiàn),當(dāng)速度越快時(shí),升力越大,反之,升力越小。
受力及數(shù)據(jù)分析(平射或略微下射)
水平發(fā)射,初速度產(chǎn)生的升力與重力平衡,發(fā)射后一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡為水平。
受力及數(shù)據(jù)分析(向上發(fā)射)
仰角發(fā)射,向上運(yùn)動(dòng),速度由最大初速度逐漸降低,升力減小,逐漸小于重力。
至最高點(diǎn)處向上速度為0,由于重力向下運(yùn)動(dòng)
剛剛射出,俯沖過程,速度大,升力大,向上運(yùn)動(dòng)。
向上運(yùn)動(dòng),速度降低,升力減小,小于重力,由于慣性繼續(xù)上升。
注意事項(xiàng):1、控制變量
控制旋轉(zhuǎn)皮筋的匝數(shù)相同
注意事項(xiàng):2、旋轉(zhuǎn)方向 從側(cè)面看,向右飛行時(shí)為逆時(shí)針,向左飛行時(shí)為順時(shí)針。 若旋轉(zhuǎn)方向錯(cuò)誤,則升力方向向下,柱體會(huì)迅速下落,甚至向后偏。
注意事項(xiàng):2、旋轉(zhuǎn)方向
受力方向朝向加速下落的方向
運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后運(yùn)動(dòng)方向趨于豎直,受力(升力)方向向后
注意事項(xiàng):3、誤差分析(1)空氣流動(dòng)(2)紙杯形狀不規(guī)則(3)紙杯對稱性無法保證完美(4)人控發(fā)射的誤差
探究旋轉(zhuǎn)對運(yùn)動(dòng)軌跡的影響
注意到馬格努斯滑翔機(jī)必須使柱體旋轉(zhuǎn),初產(chǎn)生升力外,旋轉(zhuǎn)應(yīng)對其有另外的影響。
證明了陀螺效應(yīng)是馬格努斯滑翔機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的原因之一,滑翔機(jī)的旋轉(zhuǎn)利于滑翔機(jī)的滑行。
結(jié)論: 馬格努斯滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng),一部分是因?yàn)轳R格努斯效應(yīng)提供的升力; 另外其自身的旋轉(zhuǎn)也時(shí)其運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定,即陀螺效應(yīng)也有助于其平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。
展望: 將用計(jì)算機(jī)模擬馬格努斯滑翔機(jī)的飛行過程,整理飛行過程的數(shù)據(jù),進(jìn)行進(jìn)一步定量分析。

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