Сколько весит мой рюкзак

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №17» городского округа города Салават Республики Башкортостан
Исследовательская работа
«Сколько весит мой рюкзак»
Выполнил:
ученик 7а класса
МБОУ «СОШ №17»
Галушкин Александр
Руководитель:
учитель физики
Салихова Л.Н.
Салават, 2016г.
Содержание
Глава 1.Что представляет собой гелиевый шар. 4
Глава 2. Исследование веса рюкзака в гелиевых шарах. 9
2.1 Теоретическое вычисление определения веса, который поднимает шарик. 9
2.2 Практическое вычисление определения веса, который поднимает шарик. 10
Заключение 13
Список литературы 14



ВВЕДЕНИЕ
Мне очень нравится узнавать новое. В седьмом классе у меня появился новый предмет-физика. Этот предмет меня очень заинтересовал, и я все чаще стал обращать внимание на те вещи, которые раньше меня не привлекали.
Например, гелиевые шары являются очень популярными на сегодняшний день. Эти чудесные воздушные яркие пятна частенько можно встретить в парке, и вокруг этого места всегда собирается много детишек. Шарики следуют повсюду за своими маленькими хозяевами, они всегда будут тянуться к небу. Очень часто можно увидеть шары, которые собираются группами по 100-200 штук, на празднике. И весь секрет их легкого полета заключается в волшебном газе – гелие.
Мне стало интересно узнать, сколько шариков смогут поднять мой рюкзак, который я ежедневно ношу в школу.
Актуальность работы заключается в том, что на сегодняшний день гелиевые шарики очень популярны и украшают нашу жизнь. Поэтому мне захотелось, внести в школьную будничную жизнь немного праздника.
Объект изучения: гелиевые шары.
Предмет изучения: свойства гелиевых шаров.
Цель работы: определение количества шариков необходимых для поднятия моего рюкзака.
Задачи:
Выяснить, что заставляет двигаться воздушный шарик.
Выяснить, какое количество шаров необходимо для поднятия моего школьного рюкзака .Провести опыты, показывающие какой вес поднимает один шарик.
Методы исследования:
- библиографический анализ литературы и материалов сети Internet;
-системный анализ;
-выделение и синтез главных компонентов;
Глава 1.Что представляет гелиевый шарик
Воздушный шарик — игрушка, чаще всего сделанная из латекса, небольшого размера. Надувается воздухом или другим газом (гелием, не рекомендуется надувать водородом). Если используемый газ легче воздуха, шарик приобретает способность летать. В основном применяется для оформления помещений и праздников.
Ге́лий — второй элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 2. Расположен в 18-й группе (по старой классификации — главной подгруппе восьмой группы), первом периоде периодической системы. Возглавляет группу инертных газов в периодической системе Менделеева. Обозначается символом He (лат. Helium).  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B5_%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE" \o "Простое вещество" Простое вещество гелий(CAS-номер: 7440-59-7) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Гелий — один из наиболее распространённых элементов во Вселенной, он занимает второе место после водорода. Также гелий является вторым по лёгкости (после водорода) химическим веществом.
Уникальные свойства гелия широко используются в промышленности и народном хозяйстве:
в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов
в пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E939, в качестве HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D0%BB%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%82" \o "Пропеллент"пропеллента и упаковочного газа
используется в качестве хладагента для получения сверхнизких температур (в частности, для перевода металлов в сверхпроводящее состояние)
для наполнения HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D1%83%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5" \o "Воздухоплавание"воздухоплавающих судов (дирижабли и аэростаты) — при незначительной по сравнению с водородом потере в подъемной силе гелий в силу негорючести абсолютно безопасен
в дыхательных смесях для глубоководного погружения (см. Баллон для дайвинга)
для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондовдля заполнения газоразрядных трубок
в качестве теплоносителя в некоторых типах ядерных реакторовв качестве носителя в газовой хроматографиидля поиска утечек в трубопроводах и котлах (см. Гелиевый течеискатель)
как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерахнуклид 3He активно используется в технике нейтронного рассеяния в качестве поляризатора и наполнителя для позиционно-чувствительных нейтронных детекторовнуклид 3He является перспективным топливом для термоядерной энергетикиПочему именно гелий был выбран для наполнения воздушных шаров? И почему именно его используют в своей работе компании, предлагающие различные связанные с шарами услуги: нанесение логотипа на воздушные шары, создание  интересных композиций и украшение праздников. Основная причина – это то, что гелий легче воздуха. Но ведь и водород, как известно из курса физики, легче воздуха. Однако водород – это весьма опасный газ, не только горючий, но еще и взрывоопасный. А гелий – это инертный газ. Как мы помним, инертные вещества не вступают в реакцию с другими веществами. А значит, такой газ не горюч, и к тому же не токсичен. Согласно правилам пожарной безопасности, принятым во всех странах, для  накачки воздушных шаров может применяться только гелий. И при этом признано, что использование его не представляет никакой опасности.
Насколько опасным является гелий, если его вдыхать? К примеру, в непосредственной близости от вас лопнул большой наполненный гелием шарик? Сам газ совершенно безопасен, по своей химической нейтральности он близок к азоту, из которого, как известно, в значительной части состоит вдыхаемый нами воздух. Более того, гелий добавляется в дыхательную смесь, которой дышат под водой аквалангисты. Так что для человека он совершенно безопасен.
Но многие, кто ради прикола, дышал гелием из воздушных шаров (как известно, он меняет голос человека, который начинает очень смешно звучать), жалуются на то, что после этого у них кружится голова. Значит, гелий все же ядовит? На самом деле, голова кружится не от гелия как такового, а от того, что, вдыхая чистый гелий, вы не получаете необходимого вам кислорода. Именно от недостатка кислорода и кружится голова, а не от того, что вы отравились гелием.
Гелий известного происхожденияГелий, используемый для надувания шаров, в основном, добывается из недр под Оренбургом, на Гелиевом заводе. Как правило, добытый и очищенный газ закачивается в большие баллоны под высоким давлением, в так называемые реципиенты. Реципиенты установлены на общей раме, а присоединения реципиентов заводятся на общую магистраль. Такие конструкции называются моноблоками, или агрегатами.

Подъемная сила гелия.
Гелий есть газ, который легче воздуха. Иными словами, при нормальных условиях, плотность гелия меньше плотности воздуха. При нормальных условиях воздух, занимающий объем 1 м3, будет весить 1293 г, а гелий, занимающий тот же объем, будет весить всего 178 г.Этим и объясняется подъемная сила шаров, надутых гелием.Если шар надуть гелием, то он вытеснит объем в окружающем пространстве, который будет весить легче чем аналогичный объем, заполненный воздухом. Окружающее пространство будет действовать на такой шар так, чтобы вытолкнуть его из себя на верх. Это называется подъемной силой (архимедова сила). Чем меньше плотность газа, которым надули воздушный шар, тем больше подъемная сила. На каждый литр пространства, заполненный гелием, будет действовать архимедова сила в размере 1,115 грамм (при нормальных условиях).Результирующая сила, действующая на надутый гелием шар, есть разница между подъемной силой (архимедовой силой) и весом шара. Если результирующая сила больше нуля, то шар взлетает.
Глава 2. Исследование веса рюкзака в гелиевых шарах.
2.1 Теоретическое вычисление определения веса, который поднимает шарик.
Пусть, например, в воздух запущен шар объёмом 0,004 м^3, наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна: m(г)= ρ(г)*V=0,1890кг/м^3*0,004м^3=0,000756 кг, а его вес равен: P(груза)= m(груза)*g; P(груза)=0,000756кг*9,8Н/кг= 0,007408Н. Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе, равна весу воздуха объёмом 0,004м^3, т.е. FA=ρ(возд)*g*Vт; FA=9,8Н/кг*1,3 кг/м^3*0,004 м^3=0,05096 Н.
Значит, этот шар может поднять груз весом 0,05096 - 0,007408=0,043552Н. Соответственно масса груза равна 0,043552:9,8=0,00444кг, т.е. примерно 4гр.
2.2 Практическое вычисление определения веса, который поднимает шарик.
Я взял маленькую мягкую игрушку лошадки, взвесил её.
Её вес составил 12грамм.


Чтобы практически определить сколько поднимает один шарик, наполненный гелием, я привязал его к игрушке. Электронные весы стали показывать 7 грамм. Значит, 1 гелиевый шарик поднимает груз весом 4-5 грамма.

Узнаю вес своего школьного рюкзака также взвешиванием.

Его вес составил 5500 грамм.
Количество шаров, необходимых для поднятия школьного рюкзака вычислим математически: если 1 шарик поднимает груз массой 4 грамма, то для моего рюкзака массой 5500 грамм необходимо 1375 шаров!
Оказывается ,чтобы веселее идти мне в школу(внести яркое праздничное в школьную жизнь) необходимо 1375 шаров. Значит, я ежедневно в промежутке с 08.30 до 14.00 выполняю работу 1375 шариков.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Работая над темой, я сделал много открытий для себя. Узнал уникальные свойства гелия: использование его в топливной, пищевой, металлургической промышленностях, народном хозяйстве. Я познакомился с результирующей силой, действующей на надутый гелием шар, подъемную силу гелия. Выяснил для себя: какую работу я выполняю в сравнении с гелиевыми шарами.
Самое интересное открытие – я с легкостью поднимаю свой школьный рюкзак, который могут поднять 1375 гелиевых шаров. Если мне захочется скрасить дорогу в школу или домой, то мне «достаточно» прикрепить к моему ранцу 1375 шариков!

Список литературы:
http://www.balloons-club.ru/http://ru.wikipedia.org/wiki/Бронштейн М.П.Солнечное вещество//Солнечное вещество; Лучи икс; Изобретатели радиотелеграфа- М.: ТЕРРА- Книжный клуб, 2002.
Перельман Я.И.Занимательная физика- М.: «Наука»,1991.
Шаталов В.Ф.Физика на всю жизнь-М.-Спб,2003.