UTJEČE LI TLAK ZRAKA NA ODSKOK LOPTE?

Učenici:Antonio Matas (8.raz.)Tomislav Munitić (8.raz.)

Mentor:Jadranka Vujčić

OŠ “Dobri”Kliška 25

21000 Split

1. UvodUspjesi naših olimpijaca i održavanje svjetskog prvenstva u rukometu u našem gradu poslužili su nam kao motiv za odabir ovog projekta

Budući da je odskok lopte važan, došli smo na ideju istražiti odnos tlaka zraka u lopti i njezina odskoka od poda

U sportskoj dvorani istražili smo odskok više vrsta lopti (rukometna, košarkaška i odbojkaška lopta)

Svrha je eksperimentalnog rada pronaći kako promjena vrijednosti tlaka u lopti mijenja visinu njezina odskoka od poda

2. TeorijaTlak iskazujemo količnikom pritisne sile i ploštine na koju sila djeluje okomito

F je pritisna sila u njutnima (N)S je ploština u kvadratnim metrima (m2)p je tlak u paskalima (Pa)

Paskal je tlak koji proizvodi sila od 1N djelujući okomito na površinu ploštine 1m2.

SFp =

Tlak

Mjerni instrumenti kojima se mjeri tlak su:manometar – mjeri tlak plina u zatvorenom prostorubarometar – mjeri atmosferski tlaktlakomjer – mjeri tlak u ljudskom tijelu

Tlak kojim zračni omotač tlači površinu Zemlje nazivamo atmosferski tlak. Atmosferski tlak na razini mora iznosi 101300 Pa, odnosno 101.3 kPa.

Tlak zraka u lopti koji mjerimo kompresorom je baždarni tlak (tlak koji se mjeri relativno s atmosferskim tlakom). Ukupni (apsolutni) tlak u lopti je baždarni tlak plus atmosferski tlak.

Djelovanje sila

Sile uzrokovane tlakom zraka djeluju na unutarnji i vanjski dio lopte. Također se pojavljuje elastična sila i sila unutarnjeg trenja koje djeluju unutar vanjskog dijela i gumenog unutarnjeg dijela lopte.

Sile koje nastaju trenjem: statično trenjeotpor zrakaunutarnje trenje

Sile koje uzrokuje zrak: uzgon zrakaotpor zraka

Osnovna sila koja djeluje na loptu je gravitacijska sila

Djelovanje sila

Sile koje su povezane sa sudarom lopte i poda su -FN (lopta na pod) i FN (poda na loptu).

Prilikom odskoka lopte trebamo uzeti u obzir sile koje uzrokuje tlak zraka, elastične sile i sile trenja unutar lopte

Djelovanje sila

Sila pritiska je uzrokovana sudarom molekula zraka sa površinom. Sila na površinu koja ovisi o pojedinoj molekuli zraka je veoma mala. Ipak, obično ima mnogo molekula zraka tako da sveukupna pritisna sila može biti velika.

Drugi učinci poput uzgona i trenja zraka su također uzrokovani sudarom molekula zraka i površine.

Iznos pritisne sile na površinu Fp se izračunava množenjem tlaka p sa površinom S.

Fp = p · S

3. EksperimentCilj:

Eksperimentom istražiti kako promjena vrijednosti tlaka u lopti utječe na visinu prvog i drugog odskoka od poda nakon što je ispuštenaPokazati vezu između tlaka zraka i odskoka loptiUsporediti visine odskoka različitih lopti

Zadatak:Eksperimentom provjeriti utječe li promjena vrijednosti tlaka zraka u lopti na visinu njezina prvog i drugog odskoka od poda. Isti eksperiment ponoviti za tri različite lopte (košarkaška, odbojkaška i rukometna).

Pribor:košarkaška lopta, odbojkaška lopta, rukometna loptaštap dug 2m sa centimetarskom skalom za mjerenje odskokamali zračni kompresor za pumpanje i ispumpavanje s manometrom za mjerenje tlaka zraka u lopti

Tijek rada

1. Pumpanje košarkaške lopte sa zračnim kompresorom na tlak 180 kPa tako da počnemo s loptom koja je potpuno napuhana

2. Manometrom mjerimo tlak zraka u lopti od 180 kPa

Tijek rada

3. Namjestimo dvometar vertikalno.4. Loptu ispuštamo s visine 1.8 m ravno dolje da

padne i da se odbije od poda 2 puta

5. Mjerenje se ponavlja tri puta6. Visinu odskoka mjerimo pomoću centimetarske

skale ugrađene na stalku

Tijek rada

7. Unošenje podataka u tablicu.8. Smanjujemo tlak u lopti uguravanjem igle zračnog

kompresora u loptu postepeno na 160 kPa, 140 kPa itd. dok ne postignemo 20 kPa

9. Ponavljanje koraka 3 - 7 s košarkaškom loptom s manjim tlakovima

10. Eksperiment ponovimo za odbojkašku i rukometnu loptu

Tijek rada

Rezultati mjerenja i račun

0.3630.8031.820

0.6101.0101.840

0.8571.2771.860

0.9271.3561.880

1.0301.4131.8100

1.0931.4461.8120

1.1401.4771.8140

1.1731.4831.8160

1.1901.4971.8180

visina 2. odskokah2 [m]

visina 1. odskokah1 [m]

visina puštanja lopteh [m]

tlakp [kPa]

Mjerenja za košarkašku loptu

Rezultati mjerenja i račun

0.5330.9631.820

0.6631.0901.840

0.7501.1601.860

0.7961.1961.880

0.8601.2531.8100

0.8671.2631.8120

0.8931.2831.8140

visina 2. odskokah2 [m]

visina 1. odskokah1 [m]

visina puštanja lopteh [m]

tlakp [kPa]

Mjerenja za odbojkašku loptu

Rezultati mjerenja i račun

0.4270.8761.820

0.5601.0001.840

0.7061.1371.860

0.8131.2431.880

0.8831.2961.8100

0.8971.3061.8120

visina 2.odskokah2 [m]

visina 1.odskokah1 [m]

visina puštanja lopteh [m]

tlakp [kPa]

Mjerenja za rukometnu loptu

Rezultati mjerenja i račun

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

p [kPa]

h1 [m

] Košarkaška loptaOdbojkaška loptaRukometna lopta

Ovisnost visine 1. odskoka lopti o tlaku

Rezultati mjerenja i račun

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

p [kPa]

h2 [m

] Košarkaška loptaOdbojkaška loptaRukometna lopta

Ovisnost visine 2. odskoka lopti o tlaku

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 20 40 60 80 100 120 140 160

p [kPa]

h [m

] Prvi odskokDrugi odskok

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

p [kPa]

h [m

] Prvi odskokDrugi odskok

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 20 40 60 80 100 120 140

p [kPa]

h [m

] Prvi odskokDrugi odskok

Ovisnost visine prvog i drugog odskoka košarkaške lopte o tlaku

Ovisnost visine prvog i drugog odskoka odbojkaške lopte o tlaku

Ovisnost visine prvog i drugog odskoka rukometne lopte o tlaku

Tijek rada1. Ispustimo loptu s visine 1.8 m

na indigo papir koji je na horizontalnoj površini (podu)

2. Izmjerili smo promjer otiska lopte

3. Mijenjali smo tlak lopti i mjerili promjere otiska

4. Pokus smo ponovili s odbojkaškom i rukometnom loptom

5. Pomoću radijusa smo izračunali površine otisaka

6. Koristeći površine i tlak izračunavali smo sile pritiska na unutrašnjem spljoštenom dijelu

Rezultati mjerenja i račun

1872.840.0156070.07120

1662.640.0118760.06240

1778.560.0111160.06060

1804.320.0100240.05780

1899.800.0094990.055100

1868.020.0084910.052120

1921.920.0080080.051140

1960.140.0075390.049160

2025.800.0072350.048180

pritisna silaFp [N]

površina otiskaS [m2]

polumjer otiskar [m]

tlakp [kPa]

Izračunati podaci za sile pritiska košarkaške lopte

Rezultati mjerenja i račun

1742.280.0145190.06820

1530.200.0109300.05940

1519.840.0094990.05560

1470.060.0081670.05180

1417.000.0070850.048100

1307.240.0059420.044120

1361.280.0056720.043140

pritisna silaFp [N]

površina otiskaS [m2]

polumjer otiskar [m]

tlakp [kPa]

Izračunati podaci za sile pritiska odbojkaške lopte

Rezultati mjerenja i račun

1099.20.009160.05420

1098.00.007850.05040

1040.00.006500.04660

1094.40.006080.04480

1056.00.005280.041100

1023.00.004650.039120

pritisna silaFp [N]

površina otiskaS [m2]

polumjer otiskar [m]

tlakp [kPa]

Izračunati podaci za sile pritiska rukometne lopte

Rezultati mjerenja i račun

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

p [kPa]

Fp [N

]

Košarkarška loptaOdbojkaška loptaRukometna lopta

Ovisnost pritisne sile o tlaku

AnalizaAnalizirajući podatke uočili smo jednako ponašanje košarkaške, odbojkaške i rukometne lopte. Što je veći tlak, lopta više odskače. Visina odskoka se manje smanjuje kod višeg tlaka, a više kod nižeg tlaka.Pri većim tlakovima minimalna je promjena u visini odskoka.Kada je tlak padao od 40 kPa do 20 kPa, kod košarkaške lopte promjena u visini prvog odskoka je 0.207 m, a kod drugog 0.247.Kod odbojkaške lopte, promjena u visini prvog odskoka je 0.127, a kod drugog 0.130 m. Kod rukometne lopte, promjena u visini prvog odskoka je 0.124, a kod drugog je 0.133 m.Sila pritiska u jednom slučaju raste, u drugom pada, a u trećem je konstantna. To nam govori da uvelike ovisi o materijalu (ponajviše elastičnosti) od kojeg je lopta napravljena.Veličina otiska pokazuje deformaciju lopte tijekom odskoka. Kako se tlak smanjuje tako je veličina otiska veća, odnosno, deformacija lopte je veća.

4. ZaključakRezultati pokazuju da je vrijednost tlaka zraka u lopti glavni faktor koji utječe na njezin odskokPovećanjem tlaka zraka u lopti povećava se visina odskoka lopte od podaTlak zraka u lopti i odskok lopte nisu linearno ovisni

Pitanja koja otvaraju nove projekte:Utječe li vrsta materijala od kojeg je lopta napravljena na njezin odskok?Koja vrsta lopti najbolje odskače od poda?Utječe li vrsta podloge na odskok lopte?Kako visina s koje je ispuštena lopta, utječe na njezin odskok?

Hvala na pažnji

5. Literatura1. Dr. Rudolf Krsnik: Fizika 1, ŠK – Zagreb, 1994.

2. Nikola Cindro: Fizika 1, Mehanika – valovi – toplina, ŠK – Zagreb, 1975.

3. Miroslav Milinović: Hrvatska odbojkaška liga

4. Pravilnik o lopti – http://uhrs.hr

5. Izvor: Wikipedija