Περιστρεφόμενες κορυφές για επιστημονικά έργα

Οι απλές, αλλά απαιτητικές, περιστρεφόμενες κορυφές έχουν ιστορία που χρονολογείται από 4.000 χρόνια, στην αρχαία Αίγυπτο. Οι δάσκαλοι, οι μαθητές και οι επιστήμονες θαυμάζουν την επίδειξη αυτού του μικρού παιχνιδιού περίπλοκων θεωριών και αφηρημένων εννοιών στη μηχανική, τη φυσική, τη γη και ακόμη και τη βιολογία. Η ορμή, η αδράνεια, η μάζα, η γυροσκοπική υποχώρηση, η τριβή και η ενέργεια καθίστανται σαφείς με τον πειραματισμό με μια περιστρεφόμενη κορυφή.

Ένα περιεκτικό επιστημονικό έργο περιλαμβάνει ερευνητικό ερώτημα, υπόθεση, διαδικασία, αποτελέσματα και συμπέρασμα. Για να ξεκινήσετε, πρέπει να κάνετε μερικές ερωτήσεις, όπως "Πώς λειτουργεί αυτό;" και "Τι θα συμβεί αν αλλάξω ένα πράγμα και κρατήστε τις άλλες συνθήκες ίδιες; "Στη συνέχεια, προβλέπετε τα αποτελέσματα των αλλαγών, κοιτάζοντας τις συνθήκες και σκέφτεστε σαν επιστήμονας. Αφού πειραματιστείτε για να δείτε διαφορετικά αποτελέσματα, παρατηρείτε και καταγράφετε τα αποτελέσματά σας.

Ένα εύκολο επιστημονικό έργο σχετικά με τα πρόσθετα πρωτεύοντα χρώματα επισυνάπτει ένα γράφημα πίτας - με τουλάχιστον τρία τρίγωνα ίσου μεγέθους σε πράσινο, κόκκινο και μπλε - στην επιφάνεια της κορυφής. (Αυτό είναι διαφορετικό από τα πρωτεύοντα χρώματα για τις χρωστικές, οι οποίες είναι κόκκινες, κίτρινες και μπλε.) Όταν η κορυφή περιστρέφεται με τη γρηγορότερη ταχύτητά της, βλέπετε μια λάμψη λευκού αντί για ξεχωριστά χρώματα. Για ένα επιστημονικό έργο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα χρώματα του ουράνιου τόξου και να δείξετε πώς συνδυάζονται τα χρώματα και την αντανάκλαση του φωτός που προέρχεται από αυτά. Επίσης, δοκιμάζοντας περισσότερα χρωματικά μοτίβα, ασπρόμαυρους στροβιλισμούς και διαφορετικά μοτίβα μπορούν να απαντήσουν στην ερώτηση, "Αυτό αλλάζει την επίδραση στο ανθρώπινο μάτι;"

Εάν χειριστείτε τη μάζα μιας περιστρεφόμενης κορυφής, θα επιτύχετε διαφορετικά αποτελέσματα για τη δυναμική και τη μακροζωία της περιστροφής της κορυφής. Ένα επιστημονικό έργο θα μπορούσε να προσθέσει περισσότερο βάρος στο κάτω μέρος της κορυφής ή κοντά στην περίμετρο, χρησιμοποιώντας υλικά όπως μοντελοποίηση πηλού ή ροδέλες. Το έργο σας θα απαντούσε στην ερώτηση, "Πώς επηρεάζει αυτό το γύρισμα και γιατί;"

Αν βάλετε την ίδια ποσότητα βάρους στην περιστρεφόμενη κορυφή, αλλά την απομακρύνετε προοδευτικά από την περίμετρο, θα παρατηρήσετε λιγότερη περιστροφή αδράνεια κοντά στο κέντρο, επειδή η περιστροφική αδράνεια εξαρτάται όχι μόνο από τη μάζα της περιστρεφόμενης κορυφής αλλά και από τη θέση του μάζα. Θα μπορούσατε επίσης να εξερευνήσετε την κινητική και την πιθανή ενέργεια που σχετίζεται με την τριβή που προκαλεί την επιβράδυνση της κορυφής και τελικά σταματήσει.

Στο πλαίσιο του προγράμματος Upward Bound Math and Science τον Αύγουστο του 2010, μαθητές γυμνασίου στο Τζωρτζτάουν, Ντελαγουέρ, χρησιμοποίησαν το τμήμα τεχνολογικών μηχανικών στο Delaware Technical & Community College για την κατασκευή της πιο αποτελεσματικής περιστροφής μπλουζα. Ως έργο τριών μερών, μπορείτε να επεξεργαστείτε τις έννοιες της εφαρμοσμένης φυσικής του βάρους, το κέντρο βάρους και την περιστροφική αδράνεια. Για να φτιάξετε μια περιστρεφόμενη κορυφή, θα πειραματιστείτε με διάφορα υλικά - όπως αλουμίνιο, χαρτόνι, πηλό, αφρό, ξύλο ή ακόμα και ένα συμπαγές δίσκο - και θα συγκρίνετε την επίδραση στην περιστροφή της κορυφής. Οι μαθητές Upward Bound χρησιμοποίησαν ένα πρόγραμμα με τη βοήθεια υπολογιστή ή CAD για να φτιάξουν ένα τρισδιάστατο μοντέλο στην κορυφή τους.