ფონის ინფორმაცია კვერცხის ვარდნის ექსპერიმენტებზე

კვერცხის ვარდნის პროექტები ეხმარება სტუდენტებს შეისწავლონ ძირითადი ცნებები, როგორიცაა სიმძიმე, ძალა და აჩქარება. კვერცხის წვეთის პროექტში, კონკრეტული დეტალები და წესები შეიძლება განსხვავდებოდეს. ზოგადი იდეაა, რომ მოსწავლეებმა შექმნან კონტეინერი, რომელიც საშუალებას მისცემს კვერცხს უსაფრთხოდ დაეცეს სხვადასხვა სიმაღლიდან მოტეხვის გარეშე. ხშირად, ერთ-ერთი მიზანი არის სცადოთ და გამოიყენოთ რაც შეიძლება ნაკლები მასალა. კვერცხის ვარდნის პროექტები აერთიანებს პრობლემების გადაჭრის უნარებს ინჟინერიისა და ფიზიკის ძირითად პრინციპებთან.

ჩამოვარდნილი კვერცხუჯრედის "პრობლემის" გადაჭრის საფუძველია ისააკ ნიუტონის მოძრაობის კანონები. პირველ კანონში ნათქვამია, რომ მოსვენებული ობიექტი დარჩება მოსვენებული და მოძრავი ობიექტი დარჩება მოძრაობაში, თუ მასზე არ მოქმედებს გარე გაუწონასწორებელი ძალა. ეს კანონი ნიშნავს, რომ თუ ჩამოვარდნილ კვერცხზე მოქმედი ძალები ტოლია, ის დარჩება მის ამჟამინდელ მოძრაობაში. თუ კვერცხზე მოქმედზე მეტი ძალა გამოიყენეს, ის დააჩქარებს. "აჩქარება" ნიშნავს სიჩქარის ნებისმიერ ცვლილებას - შენელება, დაჩქარება ან მიმართულების შეცვლა. თუ კვერცხი გეჭიროთ, თქვენს მიერ გამოყენებული ძალები თანაბარი და გაწონასწორებულია, რაც აუქმებს სიმძიმის ძალას. ამიტომ, ის თქვენს ხელში გაუნძრევლად რჩება. თუ კვერცხს გაუშვებთ, სიმძიმე ხდება გაუწონასწორებელი ძალა და იწვევს კვერცხუჯრედის მიწაზე ვარდნას.

ნიუტონის მეორე კანონი ეხება ობიექტის მასას, მის აჩქარებას და მის მიერ განხორციელებული ძალების ურთიერთმიმართებას. რაც უფრო მძიმეა საგანი და რაც უფრო სწრაფად მოძრაობს, მით უფრო მეტ ძალას ახდენს იგი. გრავიტაცია იწვევს დაცემული საგნების დაჩქარებას 32,2 ფუტი წამში კვადრატში. კვერცხის ჭურჭელში მასის რაოდენობის შემცირებით, თქვენ ამცირებთ მას დაცემის დროს ძალას.

ნიუტონის მესამე კანონში ნათქვამია, რომ ყოველი მოქმედებისათვის თანაბარი და საპირისპირო რეაქციაა. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც თქვენ ძალას ახდენთ ობიექტზე, ობიექტი ახდენს თქვენზე ძალას. მაგალითად, თუკი ნავზე იდგებოდით და ნავსადგურიდან ჩამოგდებულიყავით, მიუხედავად იმისა, რომ დოკს უბიძგებდით, დოკი უკან გაბრუნდა. ეს არის ის, რაც იწვევს ნავის დაშორებას ნავმისადგომთან. ეს კონცეფცია გამოსადეგია იმის გასაგებად, თუ რატომ იშლება კვერცხი, როდესაც ის მიწას ხვდება; მიწა უბრუნდება კვერცხს ძალთან, რადგან ის ხვდება მიწას. ამორტიზირებელი მასალების გამოყენებამ შეიძლება შეამციროს მიწასა და კვერცხს შორის გაცვლილი ძალის რაოდენობა.

ენერგიის დაზოგვის კანონი გვეხმარება იმის გაგებაში, თუ როგორ უნდა შევამსუბუქოთ კვერცხის ეფექტი, რომელიც ეცემა მიწაზე. ენერგიის შექმნა ან განადგურება არ შეიძლება, მხოლოდ გადადის. როდესაც ობიექტი დაეცემა მიწაზე, მისი ენერგიის ნაწილი გადადის მიწაზე, ხოლო ის ინარჩუნებს გარკვეულ ენერგიას. ამიტომაა, რომ ბურთი შეიძლება ყოველ ჯერზე დაბლა და დაბლა გადახტეს. საბოლოო ჯამში, კინეტიკური ენერგია იშლება და ბურთი აჩერებს ხტუნვას. იმის გაგებით, რომ შემოდგომაზე კინეტიკური ენერგია შეიძლება შემცირდეს დროთა განმავლობაში, სტუდენტებს შეეძლებათ მინიმუმამდე დაყვანონ ზემოქმედების ძალა ჩამოვარდნილი კვერცხუჯრედიდან მასალების გამოყენებით, რომლებიც ახდენს ახსნას.