Forbindelsen mellem masse og afstanden, som en bold kører, når den frigøres fra en rampe, afslører en nøglefakta om tyngdekraften, og hvordan den fungerer. Projektet er en fantastisk måde at illustrere sammenhængen mellem tyngdekraft og masse og kan opstilles i et klasseværelse eller derhjemme. Rulende kugler af forskellige masser ned ad en forhøjet rampe afslører virkningen af masse på den tilbagelagte afstand. Dette enkle projekt giver også en nyttig introduktion til design af videnskabelige eksperimenter, så den variabel, du overvejer, er den eneste, der påvirker resultaterne. Hvis du leder efter et lysende, men ligefrem videnskabeligt projekt, er det et fantastisk valg at undersøge effekten af masse på afstanden, som en bold kører.
Ting, du har brug for
- Et indpakningspapirrør eller et fladt stykke træ til brug som rampe.
- Tre eller flere bolde af forskellige masser. (Ideelt set samme størrelse og materiale, men forskellige vægte. Enhver diameter, der passer i din rampe, er passende.)
- Fire eller fem lærebøger eller noget andet for at hæve din rampe.
- Saks
- Køkkenvægte eller noget andet til at måle massen af dine kugler.
- Målebånd eller måleinstrument
- Notebook og pen
- (Valgfrit) En papkop eller en lille papkasse
Trin 1: Opsæt eksperimentet
Opsæt eksperimentet ved at hæve den ene side af din rampe. Skær dit indpakningspapirrør i halv længde ved hjælp af din saks til at skabe et langt U-formet spor til dine kugler. Stak dine lærebøger (eller læg dit andet objekt) på det sted, du har valgt til starten af din rampe. Sørg for, at du har masser af plads foran rampen, så kuglerne kan rulle og standse.
Hvis du ikke har meget plads, kan du placere en kop eller en lille papkasse i bunden af rampen med åbningen mod rampen, så den fanger bolden, når den ruller ned. Kop eller kasse reducerer den tilbagelagte afstand væsentligt, men bolden vil stadig bevæge den. Alternativt kan du reducere højden på din rampe for at reducere kørselsafstanden.
Endelig skal du måle den afstand, bolden kører. Den nemmeste måde at gøre dette på er ved hjælp af målebånd. Du kan simpelthen vente på, at bolden (eller kop / boks) stopper og derefter måle afstanden fra bunden af rampen til dens sidste hvilested. Alternativt kan du bruge en linjal til at markere en række trin på 1 meter fra basen af rampen, og foretag derefter en mere præcis måling senere ved hjælp af linealen og din eksisterende markeringer.
Trin 2: Mål massen af dine bolde
Mål massen af dine bolde for at hjælpe dig med at fortolke dine resultater. Det er afgørende, at du har et sæt bolde (tre eller flere), der har forskellige masser. Hvis du ikke kan gøre dette præcist, er det vigtigste, at du kan rangere dem fra letteste til tungeste, men hvis du har et sæt køkkenvægter, skal du måle deres nøjagtige masse og notere dem.
Trin 3: Registrer dine målinger
Rul hver kugle ned ad rampen flere gange, og registrer hvor langt den kører fra rampen. At tage tre eller flere målinger af hver giver et mere pålideligt resultat. Tag dine målinger så præcist som muligt, men gentagelse af hver test flere gange hjælper med at minimere virkningen af eventuelle fejl. For hver bold tilføj de individuelle målinger sammen og divider med antallet af målinger for at finde gennemsnittet. Gå igennem denne proces for hver af dine bolde, og registrer reglerne i en notesbog.
Trin 4: Fortolkning af dine resultater
Resultaterne skal vise, at den tungeste bold bevæger sig længst inden stop. Dette skyldes, at tyngdekraften afhænger af massen af det objekt, det trækker. Tyngdekraften trækker kuglerne ned ad rampen, og tyngdekraften er større på objekter med større masse. Den ekstra kraft på den større kugle betyder, at den har mere energi, når den kommer til bunden af rampen og derfor bevæger sig mere, før den stopper.
Friktionskraften (mellem bolden og jorden) bremser til sidst bolden til et stop. Friktion afhænger også af genstandens masse, men forbindelsen mellem masse og acceleration vist af Newtons anden lov betyder også, at det tager mere kraft at bremse et større objekt. Sørg for at bruge identiske kugler (på enhver måde du kan) og slip dem fra samme højde. Sørg også for, at de ruller på det samme materiale under hele rejsen, og disse effekter skal annullere. En genstand, der er dobbelt så tung, skal rulle omtrent dobbelt så langt, før den stopper.
Dette er grunden til, at godt eksperimentelt design er vigtigt, fordi enhver anden forskel mellem test kan påvirke dine resultater. Ideelt set skulle den eneste forskel mellem dine tests være ballens masse.