Ο σύνδεσμος μεταξύ μάζας και απόστασης που διανύει μια μπάλα όταν απελευθερώνεται από μια ράμπα αποκαλύπτει ένα βασικό γεγονός για τη βαρύτητα και τον τρόπο λειτουργίας του. Το έργο είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να δείξετε τη σχέση μεταξύ της βαρυτικής δύναμης και της μάζας και μπορεί να δημιουργηθεί σε μια τάξη ή στο σπίτι. Οι κυλιόμενες μπάλες διαφορετικών μαζών σε μια ανυψωμένη ράμπα αποκαλύπτουν την επίδραση της μάζας στην απόσταση που διανύθηκε. Αυτό το απλό έργο παρέχει επίσης μια χρήσιμη εισαγωγή στο σχεδιασμό επιστημονικών πειραμάτων, επομένως η μεταβλητή που σκέφτεστε είναι η μόνη που επηρεάζει τα αποτελέσματα. Αν ψάχνετε για ένα φωτιστικό αλλά απλό επιστημονικό έργο, η διερεύνηση της επίδρασης της μάζας στην απόσταση που ταξιδεύει μια μπάλα είναι μια φανταστική επιλογή.
Πράγματα που θα χρειαστείτε
- Ένας χάρτινος σωλήνας περιτυλίγματος ή ένα επίπεδο κομμάτι ξύλου για χρήση ως ράμπα.
- Τρεις ή περισσότερες μπάλες διαφορετικών μαζών. (Ιδανικά το ίδιο μέγεθος και υλικό αλλά διαφορετικά βάρη. Οποιαδήποτε διάμετρος που ταιριάζει στη ράμπα σας είναι κατάλληλη.)
- Τέσσερα ή πέντε εγχειρίδια ή κάτι άλλο για να αυξήσετε τη ράμπα σας.
- Ψαλίδια
- Ζυγαριές κουζίνας ή κάτι άλλο για τη μέτρηση της μάζας των μπαλών σας.
- Μεζούρα ή χάρακα μετρητή
- Σημειωματάριο και στυλό
- (Προαιρετικό) Χαρτί ή μικρό κουτί από χαρτόνι
Βήμα 1: Ρύθμιση του πειράματος
Ρυθμίστε το πείραμα ανυψώνοντας τη μία πλευρά της ράμπας σας. Κόψτε το χαρτί περιτυλίγματος στο μισό κατά μήκος χρησιμοποιώντας το ψαλίδι σας για να δημιουργήσετε ένα μακρύ κομμάτι σχήματος U για τις μπάλες σας. Στοίβα τα βιβλία σας (ή βάλτε το άλλο σας αντικείμενο) στο μέρος που έχετε επιλέξει για την έναρξη της ράμπας σας. Βεβαιωθείτε ότι έχετε αρκετό χώρο μπροστά από τη ράμπα για να επιτρέψετε στις μπάλες να κυλήσουν και να σταματήσουν.
Εάν δεν έχετε πολύ χώρο, μπορείτε να τοποθετήσετε ένα φλιτζάνι ή ένα μικρό κουτί από χαρτόνι στη βάση της ράμπας, με το άνοιγμα στραμμένο προς τη ράμπα, οπότε πιάνει τη μπάλα μετά την κύλιση προς τα κάτω. Το κύπελλο ή το κουτί μειώνει ουσιαστικά την απόσταση που διανύθηκε, αλλά η μπάλα θα την μετακινήσει. Εναλλακτικά, μειώστε το ύψος της ράμπας σας για να μειώσετε την απόσταση ταξιδιού.
Τέλος, πρέπει να μετρήσετε την απόσταση που διανύει η μπάλα. Ο ευκολότερος τρόπος για να γίνει αυτό είναι με ταινία μέτρησης. Μπορείτε απλά να περιμένετε να σταματήσει η μπάλα (ή το κύπελλο / κουτί) και στη συνέχεια να μετρήσετε την απόσταση από το κάτω μέρος της ράμπας μέχρι την τελική θέση ανάπαυσης. Εναλλακτικά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν μετρητή μετρητή για να επισημάνετε μια σειρά προσαυξήσεων 1 μέτρου από τη βάση της ράμπας και, στη συνέχεια, κάντε μια πιο ακριβή μέτρηση αργότερα χρησιμοποιώντας το χάρακα και το υπάρχον σημάνσεις.
Βήμα 2: Μετρήστε τη μάζα των μπαλών σας
Μετρήστε τη μάζα των μπαλών σας για να σας βοηθήσουμε να ερμηνεύσετε τα αποτελέσματά σας. Είναι σημαντικό να έχετε ένα σετ μπαλών (τρεις ή περισσότερες) που έχουν διαφορετικές μάζες. Εάν δεν μπορείτε να το κάνετε με ακρίβεια, το πιο σημαντικό είναι ότι μπορείτε να τα ταξινομήσετε από το ελαφρύτερο έως βαρύτερο, αλλά αν έχετε ένα σύνολο ζυγών κουζίνας, μετρήστε τις ακριβείς μάζες τους και σημειώστε τους.
Βήμα 3: Καταγράψτε τις μετρήσεις σας
Περιστρέψτε κάθε μπάλα κάτω από τη ράμπα πολλές φορές και καταγράψτε πόσο μακριά ταξιδεύει από τη βάση της ράμπας. Η λήψη τριών ή περισσότερων μετρήσεων καθενός θα παρέχει ένα πιο αξιόπιστο αποτέλεσμα. Λάβετε τις μετρήσεις σας όσο το δυνατόν ακριβέστερα, αλλά η επανάληψη κάθε δοκιμής πολλές φορές θα σας βοηθήσει να ελαχιστοποιήσετε τον αντίκτυπο τυχόν λαθών. Για κάθε μπάλα, προσθέστε τις μεμονωμένες μετρήσεις μαζί και διαιρέστε με τον αριθμό των μετρήσεων για να βρείτε τον μέσο όρο. Περάστε από αυτήν τη διαδικασία για κάθε μια από τις μπάλες σας και καταγράψτε τους κανόνες σε ένα σημειωματάριο.
Βήμα 4: Ερμηνεία των αποτελεσμάτων σας
Τα αποτελέσματα πρέπει να δείχνουν ότι η βαρύτερη μπάλα ταξιδεύει όσο πιο μακριά γίνεται πριν σταματήσει. Αυτό συμβαίνει επειδή η δύναμη της βαρύτητας εξαρτάται από τη μάζα του αντικειμένου που τραβά. Η βαρύτητα τραβά τις μπάλες κάτω από τη ράμπα και η δύναμη της βαρύτητας είναι μεγαλύτερη σε αντικείμενα μεγαλύτερης μάζας. Η επιπλέον δύναμη στη μεγαλύτερη μπάλα σημαίνει ότι έχει περισσότερη ενέργεια όταν φτάνει στο κάτω μέρος της ράμπας και συνεπώς ταξιδεύει περισσότερο πριν σταματήσει.
Η δύναμη της τριβής (μεταξύ της μπάλας και του εδάφους) επιβραδύνει τελικά τη μπάλα σε μια στάση. Η τριβή εξαρτάται επίσης από τη μάζα του αντικειμένου, αλλά η σχέση μεταξύ μάζας και επιτάχυνσης που φαίνεται από τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα σημαίνει επίσης ότι χρειάζεται περισσότερη δύναμη για να επιβραδύνει ένα μεγαλύτερο αντικείμενο. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε πανομοιότυπες μπάλες (με κάθε τρόπο που μπορείτε) και αφήστε τις από το ίδιο ύψος. Επίσης, βεβαιωθείτε ότι κυλούν πάνω στο ίδιο υλικό καθ 'όλη τη διάρκεια του ταξιδιού τους, και αυτά τα εφέ θα πρέπει να ακυρωθούν. Ένα αντικείμενο που έχει διπλάσιο βάρος θα πρέπει να κυλήσει περίπου δύο φορές πριν σταματήσει.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο καλός πειραματικός σχεδιασμός είναι σημαντικός επειδή τυχόν άλλες διαφορές μεταξύ των δοκιμών θα μπορούσαν να επηρεάσουν τα αποτελέσματά σας. Στην ιδανική περίπτωση, η μόνη διαφορά μεταξύ των δοκιμών σας πρέπει να είναι η μάζα της μπάλας.