Związek między masą a odległością, jaką pokonuje piłka po wypuszczeniu z rampy, ujawnia kluczowy fakt dotyczący grawitacji i jej działania. Projekt jest świetnym sposobem na zilustrowanie związku między siłą grawitacji a masą i może być ustawiony w klasie lub w domu. Toczenie kulek o różnych masach po wzniesionej rampie ujawnia wpływ masy na przebytą odległość. Ten prosty projekt stanowi również przydatne wprowadzenie do projektowania eksperymentów naukowych, więc rozważana zmienna jest jedyną, która wpływa na wyniki. Jeśli szukasz pouczającego, ale prostego projektu naukowego, badanie wpływu masy na odległość, jaką pokonuje piłka, to fantastyczny wybór.
Rzeczy, których będziesz potrzebować
- Rura z papieru do pakowania lub płaski kawałek drewna do wykorzystania jako rampa.
- Trzy lub więcej kulek o różnych masach. (Idealnie ten sam rozmiar i materiał, ale różna gramatura. Odpowiednia jest każda średnica, która pasuje do twojej rampy.)
- Cztery lub pięć podręczników lub coś innego, aby podnieść swoją rampę.
- Nożyce
- Waga kuchenna lub coś innego do pomiaru masy kulek.
- Taśma miernicza lub linijka metryczna
- Notatnik i długopis
- (Opcjonalnie) Kubek papierowy lub małe pudełko kartonowe
Krok 1: Skonfiguruj eksperyment
Przygotuj eksperyment, podnosząc jedną stronę rampy. Przetnij rurkę z papieru do pakowania na pół wzdłuż za pomocą nożyczek, aby utworzyć długi tor w kształcie litery U dla twoich piłek. Ułóż swoje podręczniki (lub umieść inny przedmiot) w miejscu, które wybrałeś na początek rampy. Upewnij się, że masz wystarczająco dużo miejsca przed rampą, aby kulki mogły się toczyć i zatrzymać.
Jeśli nie masz dużo miejsca, możesz postawić filiżankę lub małe kartonowe pudełko u podstawy rampy, otworem skierowanym w stronę rampy, aby łapał piłkę po stoczeniu się. Kubek lub pudełko znacznie zmniejsza przebytą odległość, ale piłka nadal będzie ją przesuwać. Alternatywnie zmniejsz wysokość rampy, aby zmniejszyć odległość podróży.
Na koniec musisz zmierzyć odległość, jaką pokonuje piłka. Najłatwiej to zrobić za pomocą taśmy mierniczej. Możesz po prostu poczekać, aż piłka (lub kubek/pudełko) zatrzyma się, a następnie zmierzyć odległość od dołu rampy do jej ostatecznego miejsca spoczynku. Alternatywnie możesz użyć linijki do metra, aby wyznaczyć serię co 1 metr od podstawy rampy, a następnie dokonaj dokładniejszego pomiaru później za pomocą linijki i swojego istniejącego znakowania.
Krok 2: Zmierz masę swoich piłek
Zmierz masę swoich piłek, aby pomóc Ci zinterpretować wyniki. Bardzo ważne jest posiadanie zestawu piłek (trzy lub więcej), które mają różne masy. Jeśli nie możesz tego zrobić dokładnie, najważniejsze jest to, że możesz uszeregować je od najlżejszego do najcięższe, ale jeśli masz zestaw wag kuchennych, zmierz ich dokładnie masę i zanotuj im.
Krok 3: Zapisz swoje pomiary
Rzuć każdą piłkę kilka razy po rampie i zapisz, jak daleko oddaliła się od podstawy rampy. Wykonanie trzech lub więcej pomiarów każdego z nich zapewni bardziej wiarygodny wynik. Wykonuj pomiary tak dokładnie, jak to możliwe, ale powtarzanie każdego testu wielokrotne pomoże zminimalizować wpływ wszelkich błędów. Dla każdej kuli dodaj razem poszczególne pomiary i podziel przez liczbę pomiarów, aby znaleźć średnią. Przejdź przez ten proces dla każdej ze swoich piłek i zapisz zasady w zeszycie.
Krok 4: Interpretacja wyników
Wyniki powinny pokazać, że najcięższa piłka przeleci najdalej przed zatrzymaniem. Dzieje się tak, ponieważ siła grawitacji zależy od masy obiektu, który ciągnie. Grawitacja ściąga kule po rampie, a siła grawitacji jest większa na obiektach o większej masie. Dodatkowa siła działająca na większą kulę oznacza, że ma ona więcej energii, gdy dotrze do dolnej części rampy i w konsekwencji przemieszcza się więcej, zanim się zatrzyma.
Siła tarcia (między piłką a podłożem) ostatecznie spowalnia piłkę do zatrzymania. Tarcie również zależy od masy obiektu, ale związek między masą a przyspieszeniem, pokazany przez drugie prawo Newtona, oznacza również, że spowolnienie większego obiektu wymaga większej siły. Upewnij się, że używasz identycznych piłek (w każdy możliwy sposób) i wypuszczasz je z tej samej wysokości. Upewnij się również, że podczas podróży toczą się po tym samym materiale, a te efekty powinny się zniwelować. Obiekt, który jest dwa razy cięższy, powinien przetoczyć się mniej więcej dwa razy dalej, zanim się zatrzyma.
Dlatego ważny jest dobry projekt eksperymentu, ponieważ wszelkie inne różnice między testami mogą wpłynąć na wyniki. W idealnym przypadku jedyną różnicą między testami powinna być masa piłki.