Le lien entre la masse et la distance parcourue par une balle lorsqu'elle est libérée d'une rampe révèle un fait clé sur la gravité et son fonctionnement. Le projet est un excellent moyen d'illustrer le lien entre la force gravitationnelle et la masse et peut être mis en place dans une salle de classe ou à la maison. Faire rouler des billes de masses différentes sur une rampe surélevée révèle l'effet de la masse sur la distance parcourue. Ce projet simple fournit également une introduction utile à la conception d'expériences scientifiques, de sorte que la variable que vous envisagez est la seule qui affecte les résultats. Si vous recherchez un projet scientifique éclairant mais simple, étudier l'effet de la masse sur la distance parcourue par une balle est un choix fantastique.
Choses dont vous aurez besoin
- Un tube de papier d'emballage ou un morceau de bois plat à utiliser comme rampe.
- Trois boules ou plus de masses différentes. (Idéalement la même taille et le même matériau mais des poids différents. Tout diamètre adapté à votre rampe convient.)
- Quatre ou cinq manuels ou autre chose pour élever votre rampe.
- Ciseaux
- Balance de cuisine ou autre pour mesurer la masse de vos boules.
- Ruban à mesurer ou règle de mètre
- Carnet et stylo
- (Facultatif) Un gobelet en papier ou une petite boîte en carton
Étape 1: Configurer l'expérience
Configurez l'expérience en élevant un côté de votre rampe. Coupez votre tube de papier d'emballage en deux dans le sens de la longueur à l'aide de vos ciseaux pour créer une longue piste en forme de U pour vos balles. Empilez vos manuels (ou placez votre autre objet) à l'endroit que vous avez choisi pour le départ de votre rampe. Assurez-vous d'avoir suffisamment d'espace devant la rampe pour permettre aux balles de rouler et de s'arrêter.
Si vous n'avez pas beaucoup d'espace, vous pouvez placer une tasse ou une petite boîte en carton à la base de la rampe, avec l'ouverture face à la rampe, afin qu'elle attrape la balle après qu'elle roule. La tasse ou la boîte réduit considérablement la distance parcourue, mais la balle la déplacera toujours. Alternativement, réduisez l'élévation de votre rampe pour réduire la distance de déplacement.
Enfin, vous devez mesurer la distance parcourue par la balle. La façon la plus simple de le faire est d'utiliser un ruban à mesurer. Vous pouvez simplement attendre que la balle (ou le gobelet/la boîte) s'arrête, puis mesurer la distance entre le bas de la rampe et son lieu de repos final. Alternativement, vous pouvez utiliser une règle de mètre pour marquer une série d'incréments de 1 mètre à partir de la base de la rampe, puis effectuez une mesure plus précise plus tard à l'aide de la règle et de votre marquages.
Étape 2: Mesurez la masse de vos balles
Mesurez la masse de vos balles pour vous aider à interpréter vos résultats. Il est crucial que vous ayez un ensemble de balles (trois ou plus) qui ont des masses différentes. Si vous ne pouvez pas le faire précisément, le plus important est que vous puissiez les classer du plus léger au plus lourdes, mais si vous avez une balance de cuisine, mesurez leurs masses précises et notez eux.
Étape 3: Enregistrez vos mesures
Faites rouler chaque boule plusieurs fois sur la rampe et notez la distance qu'elle parcourt depuis la base de la rampe. Prendre trois mesures ou plus de chacun fournira un résultat plus fiable. Prenez vos mesures aussi précisément que possible, mais répéter chaque test plusieurs fois aidera à minimiser l'impact de toute erreur. Pour chaque balle, additionnez les mesures individuelles et divisez par le nombre de mesures pour trouver la moyenne. Suivez ce processus pour chacune de vos balles et notez les règles dans un cahier.
Étape 4: Interprétation de vos résultats
Les résultats devraient montrer que la balle la plus lourde parcourt le plus loin avant de s'arrêter. C'est parce que la force de gravité dépend de la masse de l'objet qu'elle tire. La gravité tire les balles vers le bas de la rampe et la force de gravité est plus grande sur les objets de plus grande masse. La force supplémentaire sur la plus grosse boule signifie qu'elle a plus d'énergie lorsqu'elle atteint le bas de la rampe et par conséquent se déplace plus avant de s'arrêter.
La force de friction (entre la balle et le sol) finit par ralentir la balle jusqu'à l'arrêt. Le frottement dépend également de la masse de l'objet, mais le lien entre la masse et l'accélération montré par la deuxième loi de Newton signifie également qu'il faut plus de force pour ralentir un objet plus gros. Assurez-vous d'utiliser des balles identiques (de toutes les manières possibles) et libérez-les de la même hauteur. Assurez-vous également qu'ils roulent sur le même matériau tout au long de leur voyage, et ces effets devraient s'annuler. Un objet deux fois plus lourd devrait rouler environ deux fois plus loin avant de s'arrêter.
C'est pourquoi une bonne conception expérimentale est importante, car toute autre différence entre les tests pourrait affecter vos résultats. Idéalement, la seule différence entre vos tests devrait être la masse de la balle.