Spojenie medzi hmotnosťou a vzdialenosťou, ktorú lopta prejde po uvoľnení z rampy, odhalí kľúčový fakt o gravitácii a o tom, ako to funguje. Tento projekt je skvelým spôsobom, ako ilustrovať súvislosť medzi gravitačnou silou a hmotou, a je možné ho usporiadať v učebni alebo doma. Valcovanie guľôčok rôznych hmôt nadol po vyvýšenej rampe odhaľuje vplyv hmoty na prejdenú vzdialenosť. Tento jednoduchý projekt poskytuje užitočný úvod do navrhovania vedeckých experimentov, takže premenná, ktorú zvažujete, je jediná, ktorá ovplyvňuje výsledky. Ak hľadáte osvetľujúci a zároveň priamy vedecký projekt, skúmanie vplyvu hmotnosti na vzdialenosť, ktorú lopta prekoná, je vynikajúcou voľbou.
Veci, ktoré budete potrebovať
- Rúrka na baliaci papier alebo plochý kus dreva na použitie ako rampa.
- Tri alebo viac guličiek rôznych hmotností. (Ideálne rovnaká veľkosť a materiál, ale rozdielna hmotnosť. Vhodný je akýkoľvek priemer, ktorý sa hodí na vašu rampu.)
- Štyri alebo päť učebníc alebo niečo iné, aby ste zvýšili svoju rampu.
- Nožnice
- Kuchynské váhy alebo niečo iné na meranie hmotnosti vašich guličiek.
- Merací meter alebo metrové pravítko
- Zápisník a pero
- (Voliteľné) Papierový pohár alebo malá kartónová škatuľa
Krok 1: Pripravte experiment
Pripravte experiment zdvihnutím jednej strany rampy. Nožnicami rozrežte tubu baliaceho papiera na polovicu pozdĺžne a vytvorte tak pre svoje loptičky dlhú stopu v tvare písmena U. Uložte svoje učebnice (alebo položte iný predmet) na miesto, ktoré ste si vybrali na začiatku rampy. Uistite sa, že máte pred rampou dostatok priestoru, aby sa guľky mohli kotúľať a zastaviť.
Ak nemáte veľa miesta, môžete položiť pohár alebo malú kartónovú škatuľu na základňu rampy otvorom otočeným k rampe, aby zachytila loptičku po jej zvinutí. Pohár alebo škatuľka podstatne zmenšuje prejdenú vzdialenosť, ale lopta ju bude stále posúvať. Prípadne znížte prevýšenie rampy, aby ste zmenšili cestovnú vzdialenosť.
Nakoniec musíte zmerať vzdialenosť, ktorú lopta prejde. Najjednoduchšie to urobíte pomocou krajčírskeho metra. Môžete jednoducho počkať, kým sa lopta (alebo pohár / krabica) zastaví, a potom zmerať vzdialenosť od spodnej časti rampy po miesto jej posledného odpočinku. Prípadne môžete pomocou metrového pravítka vyznačiť od základne sériu prírastkov po 1 metre rampy a potom neskôr urobte presnejšie meranie pomocou pravítka a vášho existujúceho značenie.
Krok 2: Zmerajte hmotnosť svojich guličiek
Zmerajte hmotnosť guľôčok, aby ste mohli lepšie interpretovať svoje výsledky. Je veľmi dôležité, aby ste mali sadu guľôčok (tri alebo viac), ktoré majú rozdielnu hmotnosť. Ak to nemôžete urobiť presne, najdôležitejšie je, že ich môžete zoradiť od najľahších po najťažšie, ale ak máte súpravu kuchynských váh, zmerajte ich presné hmotnosti a urobte si z nich poznámku ich.
Krok 3: Zaznamenajte svoje merania
Každú guľku viackrát skrolujte po rampe a zaznamenajte si, ako ďaleko sa pohybuje od základne rampy. Ak urobíte tri alebo viac meraní každého z nich, získate spoľahlivejší výsledok. Merania robte čo najpresnejšie, ale opakovanie každého testu viackrát pomôže minimalizovať dopad akýchkoľvek chýb. Pre každú guľu spočítajte jednotlivé merania a vydelte počtom meraní, aby ste našli priemer. Prejdite tento proces pre každú zo svojich loptičiek a zaznamenajte si pravidlá do zošita.
Krok 4: Interpretácia vašich výsledkov
Výsledky by mali ukázať, že najťažšia lopta sa pred zastavením pohybuje najďalej. Je to preto, že gravitačná sila závisí od hmotnosti objektu, ktorý ťahá. Gravitácia sťahuje guľky po rampe a gravitačná sila je väčšia na objektoch s väčšou hmotnosťou. Extra sila na väčšiu loptu znamená, že má viac energie, keď sa dostane na dno rampy, a následne cestuje viac, kým zastaví.
Sila trenia (medzi loptou a zemou) nakoniec loptu spomalí a zastaví sa. Trenie závisí aj od hmotnosti objektu, ale súvislosť medzi hmotnosťou a zrýchlením, ktorú ukazuje druhý Newtonov zákon, tiež znamená, že spomalenie väčšieho objektu vyžaduje viac sily. Uistite sa, že používate rovnaké guľôčky (všetkými možnými spôsobmi) a uvoľnite ich z rovnakej výšky. Uistite sa tiež, že sa počas cesty pohybujú na rovnakom materiáli a tieto účinky by sa mali zrušiť. Pred zastavením by sa predmet, ktorý je dvakrát ťažší, mal odvaliť zhruba dvakrát tak ďaleko.
Preto je dôležitý dobrý experimentálny dizajn, pretože akékoľvek iné rozdiely medzi testami môžu ovplyvniť vaše výsledky. V ideálnom prípade by jediným rozdielom medzi vašimi testami mala byť hmotnosť lopty.