Δραστηριότητες εργαστηρίου επιτάχυνσης στη φυσική επιστήμη

Η επιτάχυνση είναι διαφορετική από την ταχύτητα. Στη φυσική υπάρχουν μερικά ενδιαφέροντα πειράματα για τη μέτρηση της επιτάχυνσης. Συνδυάζοντας αυτές τις πρακτικές τεχνικές με μια απλή εξίσωση που περιλαμβάνει την ταχύτητα ενός αντικειμένου που κινείται και τον χρόνο που χρειάζεται αυτό το αντικείμενο για να ταξιδέψει μια καθορισμένη απόσταση, μπορεί να υπολογιστεί η επιτάχυνση.

Ένα πείραμα κινούμενου αυτοκινήτου είναι ένας απλός τρόπος απόδειξης ότι η επιτάχυνση είναι ένα μέτρο της αλλαγής ταχύτητας ενός αντικειμένου που χρησιμοποιεί ένα «φωτογαθό». Οι φωτογάτες χρησιμοποιούν μεμονωμένες ακτίνες υπεριώδους φωτός για να ανιχνεύσουν ένα κινούμενο αντικείμενο ως έχει περνά. Μπορούν να μετρήσουν την ταχύτητα σε υψηλό βαθμό ακρίβειας. Ένα παιχνίδι αυτοκινήτου μπορεί να τοποθετηθεί στην κορυφή μιας απλής επίπεδης ράμπας, όπως ένα μήκος από χαρτόνι ή ξύλο. Βεβαιωθείτε ότι η ράμπα δεν είναι ολισθηρή, διαφορετικά τα αποτελέσματα θα είναι λοξά. Η απόσταση από την κορυφή έως το κάτω μέρος μετριέται με τη βοήθεια ταινίας. Το αυτοκίνητο μετακινείται κάτω από τη ράμπα τέσσερις φορές, ξεκινώντας από διαφορετικά σημεία και χρονομετρείται χρησιμοποιώντας ένα χρονόμετρο. Το σημείο στο οποίο περνά τη γραμμή τερματισμού μπορεί να καταγραφεί από τη φωτογέφυρα. Τα αποτελέσματα γράφονται σε γράφημα για να δείξουν πώς οι διαφορετικές ταχύτητες αντιστοιχούν σε επιτάχυνση. Προσπαθήστε να μετρήσετε τα χρονικά διαστήματα στα πλησιέστερα 0,0001 δευτερόλεπτα και τις αποστάσεις και τις ταχύτητες του αυτοκινήτου στα πλησιέστερα 0,1 cm / s, σύμφωνα με το The Science Desk.

Οι μαθητές της τάξης μπορούν να κάνουν χρήση των επιστημονικών γνώσεων τους σε αυτό το ελκυστικό πείραμα. Βεβαιωθείτε ότι γνωρίζουν πρώτα τη βασική φυσική. Η εξίσωση που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ταχύτητας ενός αντικειμένου είναι η ταχύτητα ισούται με την απόσταση διαιρούμενη με το χρόνο. Η εξίσωση προς υπολογίστε την επιτάχυνση είναι η αλλαγή στην ταχύτητα (ή την ταχύτητα) διαιρούμενη με την αλλαγή του χρόνου. Εάν η επιτάχυνση ενός αντικειμένου δεν αλλάξει για διαφορετικά χρονικά διαστήματα, αναφέρεται ως «σταθερή» επιτάχυνση, όπως περιγράφεται από το Think Quest. Δουλεύοντας σε ζευγάρια, οι μαθητές μπορούν να περπατήσουν ο ένας τον άλλον σε μια καθορισμένη απόσταση για να υπολογίσουν την ταχύτητα κίνησής τους. τότε, μπορούν να αρχίσουν να βλέπουν την επιτάχυνση ξεκινώντας από μια βόλτα και μεταβαίνοντας σε ένα τρέξιμο. Ζητήστε τους να καθορίσουν ποιο άτομο μπορεί να επιταχύνει το γρηγορότερο, να καταγράψει τα αποτελέσματα και, στη συνέχεια, να τα συγκρίνει πίσω στην τάξη.

Αυτό το πείραμα λειτουργεί όπως το βασικό πείραμα κινούμενου αυτοκινήτου, αλλά εδώ μπορείτε να ενσωματώσετε τον τρόπο με τον οποίο μια δύναμη που ενεργεί πάνω σε ένα αντικείμενο σε κίνηση αλλάζει τον τρόπο που κινείται το αντικείμενο. Σύμφωνα με τον ιστότοπο "Science Class", πρέπει να δέσετε ένα κορδόνι 60 εκατοστών σε ένα συνδετήρα και, στο άλλο άκρο, σε ένα αυτοκίνητο παιχνιδιών. Το αυτοκίνητο τοποθετείται σε ένα γραφείο εργασίας, με το κορδόνι να κρέμεται πάνω από την άκρη, έτσι ώστε το συνδετήρα να κρέμεται στον αέρα. Μια ισορροπία τριπλής δέσμης χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της μάζας ενός εύρους βαρών. Τα βάρη μπορεί να είναι επίσημα βάρη από το εργαστήριο ή μια σειρά από μικρά αντικείμενα που επιλέγουν οι μαθητές από το περιβάλλον τους. Οι μάζες όλων των επιλεγμένων βαρών πρέπει να μετρηθούν με ακρίβεια και να καταγραφούν. Ζητήστε από τους μαθητές να γράψουν προβλέψεις σχετικά με το πώς θα κινείται το αυτοκίνητο με προσαρτημένα διαφορετικά βάρη, Στη συνέχεια, αφήστε τους να δουν τι συμβαίνει όταν κρεμάτε τα βάρη από το συνδετήρα και μετρήστε την κίνηση του αυτοκίνητο. Τα βαρύτερα βάρη θα παράγουν ταχύτερη ταχύτητα και υψηλότερο ρυθμό επιτάχυνσης.

Αυτό το μεταβαλλόμενο πείραμα μάζας δείχνει τον δεύτερο νόμο της κίνησης του Νεύτωνα. Αυτό περιγράφει τη συμπεριφορά ενός κινούμενου αντικειμένου όταν οι δυνάμεις που δρουν σε αυτό δεν είναι ισορροπημένες, κάτι που είναι ένας άλλος τρόπος για να δούμε το φαινόμενο της επιτάχυνσης. Η τιμή της επιτάχυνσης ενός αντικειμένου εξαρτάται από τις καθαρές δυνάμεις που ενεργούν σε αυτό. Εάν δύο ίσες δυνάμεις και από τις δύο πλευρές δρουν σε ένα αντικείμενο, θα παραμείνει αβέβαιο επειδή οι δυνάμεις ακυρώνουν η μία την άλλη. Έτσι, για να αποδείξουμε αυτήν την ιδέα, ένα άλλο μικρό αυτοκίνητο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αντικείμενο σε κίνηση, και μια σειρά διαφορετικών βαρών μπορεί να προστεθεί σε αυτό. Η μάζα του καροτσιού και τα βάρη πρέπει να μετρηθούν και να καταγραφούν. Μια ζυγαριά ελατηρίου προσαρτάται στο αυτοκίνητο με ένα συνδετήρα. Το τράβηγμα του αυτοκινήτου κατά τη χρήση της κλίμακας ελατηρίου θα έχει ως αποτέλεσμα μια μέτρηση της δύναμης που εμφανίζεται στη ζυγαριά. Προσθέτοντας διαφορετικά βάρη και τραβώντας το αυτοκίνητο με σταθερή ταχύτητα, είναι δυνατόν να μετρηθεί η αυξανόμενη ποσότητα δύναμης που απαιτείται για να κινηθεί η ίδια απόσταση. Η επιτάχυνση του αντικειμένου ισούται με την καθαρή δύναμη που ενεργεί πάνω του διαιρούμενη με τη μάζα του.