Het verband tussen massa en de afstand die een bal aflegt wanneer deze van een helling wordt losgelaten, onthult een belangrijk feit over zwaartekracht en hoe het werkt. Het project is een geweldige manier om het verband tussen zwaartekracht en massa te illustreren en kan in een klaslokaal of thuis worden opgezet. Het rollen van ballen van verschillende massa's langs een verhoogde helling onthult het effect van massa op de afgelegde afstand. Dit eenvoudige project biedt ook een nuttige inleiding tot het ontwerpen van wetenschappelijke experimenten, dus de variabele die u overweegt, is de enige die de resultaten beïnvloedt. Als je op zoek bent naar een verhelderend maar eenvoudig wetenschappelijk project, is het onderzoeken van het effect van massa op de afstand die een bal aflegt een fantastische keuze.
Dingen die je nodig hebt
- Een koker van inpakpapier of een plat stuk hout om als oprijplaat te gebruiken.
- Drie of meer ballen van verschillende massa's. (Ideaal dezelfde maat en hetzelfde materiaal maar verschillende gewichten. Elke diameter die in uw oprit past, is geschikt.)
- Vier of vijf studieboeken of iets anders om je oprit te verhogen.
- Schaar
- Keukenweegschaal of iets anders om de massa van je ballen te meten.
- Meetlint of een meterliniaal
- Notitieboekje en pen
- (Optioneel) Een papieren beker of een kleine kartonnen doos
Stap 1: Stel het experiment in
Zet het experiment op door een kant van je oprit omhoog te brengen. Snijd je inpakpapierbuis in de lengte doormidden met je schaar om een lange U-vormige baan voor je ballen te maken. Stapel je studieboeken (of plaats je andere object) op de plaats die je hebt gekozen voor het begin van je hellingbaan. Zorg voor voldoende ruimte voor de schans zodat de ballen kunnen rollen en tot stilstand kunnen komen.
Als je niet veel ruimte hebt, kun je een kopje of een kleine kartonnen doos aan de onderkant van de oprit plaatsen, met de opening naar de oprit gericht, zodat deze de bal vangt nadat deze naar beneden rolt. De beker of doos vermindert de afgelegde afstand aanzienlijk, maar de bal zal hem nog steeds verplaatsen. U kunt ook de hoogte van uw oprit verkleinen om de reisafstand te verkleinen.
Ten slotte moet je de afstand meten die de bal aflegt. De eenvoudigste manier om dit te doen is met een meetlint. Je kunt gewoon wachten tot de bal (of beker/doos) stopt en dan de afstand meten van de onderkant van de helling tot zijn laatste rustplaats. U kunt ook een meterliniaal gebruiken om een reeks stappen van 1 meter vanaf de basis te markeren van de oprit en voer later een nauwkeurigere meting uit met behulp van de liniaal en uw bestaande markeringen.
Stap 2: Meet de massa van je ballen
Meet de massa van uw ballen om u te helpen uw resultaten te interpreteren. Het is cruciaal dat je een set ballen hebt (drie of meer) met verschillende massa's. Als je dit niet precies kunt doen, is het belangrijkste dat je ze kunt rangschikken van licht naar zwaarste, maar als je een keukenweegschaal hebt, meet dan hun precieze massa en noteer hen.
Stap 3: Noteer uw metingen
Rol elke bal meerdere keren van de helling af en noteer hoe ver hij vanaf de onderkant van de helling aflegt. Het nemen van drie of meer metingen van elk zal een betrouwbaarder resultaat opleveren. Voer uw metingen zo nauwkeurig mogelijk uit, maar door elke test meerdere keren te herhalen, wordt de impact van eventuele fouten geminimaliseerd. Tel voor elke bal de afzonderlijke metingen bij elkaar op en deel deze door het aantal metingen om het gemiddelde te vinden. Doorloop dit proces voor elk van je ballen en noteer de regels in een notitieboekje.
Stap 4: Uw resultaten interpreteren
De resultaten moeten aantonen dat de zwaarste bal het verste aflegt voordat hij stopt. Dit komt omdat de zwaartekracht afhangt van de massa van het object dat het trekt. De zwaartekracht trekt de ballen van de helling af en de zwaartekracht is groter bij objecten met een grotere massa. De extra kracht op de grotere bal betekent dat hij meer energie heeft wanneer hij de onderkant van de oprit bereikt en dus meer reist voordat hij stopt.
De wrijvingskracht (tussen de bal en de grond) zorgt er uiteindelijk voor dat de bal tot stilstand komt. Wrijving hangt ook af van de massa van het object, maar het verband tussen massa en versnelling dat door de tweede wet van Newton wordt aangetoond, betekent ook dat er meer kracht nodig is om een groter object te vertragen. Zorg ervoor dat je identieke ballen gebruikt (op alle mogelijke manieren) en laat ze van dezelfde hoogte los. Zorg er ook voor dat ze tijdens hun reis op hetzelfde materiaal rollen, en deze effecten zouden moeten opheffen. Een object dat twee keer zo zwaar is, moet ongeveer twee keer zo ver rollen voordat het stopt.
Daarom is een goed experimenteel ontwerp belangrijk omdat eventuele andere verschillen tussen tests uw resultaten kunnen beïnvloeden. Idealiter zou het enige verschil tussen uw tests de massa van de bal moeten zijn.