مشروع علمي: تأثير الكتلة على المسافة التي تقطعها الكرة

العلاقة بين الكتلة والمسافة التي تقطعها الكرة عند إطلاقها من منحدر يكشف حقيقة أساسية عن الجاذبية وكيفية عملها. يعد المشروع طريقة رائعة لتوضيح الارتباط بين قوة الجاذبية والكتلة ويمكن إعداده في الفصل الدراسي أو في المنزل. يكشف دحرجة الكرات ذات الكتل المختلفة على منحدر مرتفع عن تأثير الكتلة على المسافة المقطوعة. يوفر هذا المشروع البسيط أيضًا مقدمة مفيدة لتصميم التجارب العلمية ، لذا فإن المتغير الذي تفكر فيه هو الوحيد الذي يؤثر على النتائج. إذا كنت تبحث عن مشروع علمي مضيء ومباشر ، فإن التحقيق في تأثير الكتلة على المسافة التي تقطعها الكرة يعد خيارًا رائعًا.

• أنبوب ورق تغليف أو قطعة مسطحة من الخشب لاستخدامها كمنحدر.
• ثلاث كرات أو أكثر من كتل مختلفة. (من الناحية المثالية نفس الحجم والمواد ولكن الأوزان مختلفة. أي قطر يناسب المنحدر الخاص بك مناسب.)
• أربعة أو خمسة كتب مدرسية أو أي شيء آخر لرفع منحدرك.
• مقص
• موازين المطبخ أو أي شيء آخر لقياس كتلة الكرات.
• شريط قياس أو مسطرة متر
• مفكرة وقلم
• (اختياري) كوب ورقي أو صندوق كرتون صغير

قم بإعداد التجربة عن طريق رفع جانب واحد من المنحدر الخاص بك. قم بقص أنبوب التغليف الورقي إلى نصفين بالطول باستخدام المقص الخاص بك لإنشاء مسار طويل على شكل حرف U لكراتك. رص كتبك المدرسية (أو ضع الشيء الآخر) في المكان الذي اخترته لبداية المنحدر. تأكد من وجود مساحة كبيرة أمام المنحدر للسماح للكرات بالتدحرج والتوقف.

إذا لم يكن لديك مساحة كبيرة ، فيمكنك وضع كوب أو صندوق صغير من الورق المقوى في قاعدة المنحدر ، بحيث تكون الفتحة في مواجهة المنحدر ، بحيث تلتقط الكرة بعد أن تتدحرج إلى أسفل. يقلل الكأس أو الصندوق بشكل كبير من المسافة المقطوعة ، لكن الكرة ستستمر في تحريكها. بدلاً من ذلك ، قم بتقليل ارتفاع المنحدر لتقليل مسافة السفر.

أخيرًا ، تحتاج إلى قياس المسافة التي تقطعها الكرة. أسهل طريقة للقيام بذلك هي باستخدام شريط القياس. يمكنك ببساطة الانتظار حتى تتوقف الكرة (أو الكوب / الصندوق) ثم قياس المسافة من أسفل المنحدر إلى مكان الراحة الأخير. بدلاً من ذلك ، يمكنك استخدام مسطرة متر لتمييز سلسلة من الزيادات بمقدار متر واحد من القاعدة من المنحدر ، ثم قم بإجراء قياس أكثر دقة لاحقًا باستخدام المسطرة والموجودة لديك علامات.

قم بقياس كتلة الكرات الخاصة بك لمساعدتك في تفسير نتائجك. من الضروري أن يكون لديك مجموعة من الكرات (ثلاث أو أكثر) لها كتل مختلفة. إذا لم تتمكن من القيام بذلك على وجه التحديد ، فإن أهم شيء هو أنه يمكنك ترتيبهم من الأخف وزنا إلى أثقل ، ولكن إذا كان لديك مجموعة من موازين المطبخ ، فقم بقياس كتلها الدقيقة وقم بتدوين ملاحظات معهم.

دحرج كل كرة أسفل المنحدر عدة مرات وسجل المسافة التي تقطعها من قاعدة المنحدر. أخذ ثلاثة قياسات أو أكثر لكل منها سيوفر نتيجة أكثر موثوقية. قم بأخذ قياساتك بأكبر قدر ممكن من الدقة ، ولكن تكرار كل اختبار عدة مرات سيساعد في تقليل تأثير أي أخطاء. لكل كرة ، اجمع القياسات الفردية معًا واقسمها على عدد القياسات لإيجاد المتوسط. تابع هذه العملية لكل من كراتك وسجل القواعد في دفتر ملاحظات.

يجب أن تظهر النتائج أن أثقل كرة تسافر إلى أبعد مسافة قبل أن تتوقف. هذا لأن قوة الجاذبية تعتمد على كتلة الجسم الذي تسحبه. تسحب الجاذبية الكرات إلى أسفل المنحدر ، وتكون قوة الجاذبية أكبر على الأجسام ذات الكتلة الأكبر. تعني القوة الإضافية على الكرة الأكبر حجمًا أنها تمتلك طاقة أكبر عندما تصل إلى أسفل المنحدر وبالتالي تتحرك أكثر قبل التوقف.

تؤدي قوة الاحتكاك (بين الكرة والأرض) في النهاية إلى إبطاء الكرة حتى تتوقف. يعتمد الاحتكاك على كتلة الجسم أيضًا ، لكن الارتباط بين الكتلة والتسارع الذي يوضحه قانون نيوتن الثاني يعني أيضًا أن الأمر يتطلب مزيدًا من القوة لإبطاء جسم أكبر. تأكد من استخدام كرات متطابقة (بكل طريقة ممكنة) وقم بتحريرها من نفس الارتفاع. تأكد أيضًا من قيامهم بالتدحرج على نفس المادة طوال رحلتهم ، ويجب إلغاء هذه التأثيرات. يجب أن يتدحرج الجسم الذي يكون ثقيلًا بمقدار الضعف تقريبًا قبل أن يتوقف.

هذا هو سبب أهمية التصميم التجريبي الجيد لأن أي اختلافات أخرى بين الاختبارات قد تؤثر على نتائجك. من الناحية المثالية ، يجب أن يكون الاختلاف الوحيد بين الاختبارات هو كتلة الكرة.