Länken mellan massa och avståndet som en boll färdas när den släpps från en ramp avslöjar ett viktigt fakta om gravitationen och hur den fungerar. Projektet är ett utmärkt sätt att illustrera kopplingen mellan gravitationskraft och massa och kan ställas in i ett klassrum eller hemma. Rullande bollar av olika massor nerför en upphöjd ramp visar massans effekt på det sträcka som har rest. Detta enkla projekt ger också en användbar introduktion till utformningen av vetenskapliga experiment, så variabeln du överväger är den enda som påverkar resultaten. Om du letar efter ett lysande men ändå enkelt vetenskapsprojekt är det ett fantastiskt val att undersöka effekten av massa på avståndet som en boll reser.
Saker du behöver
- Ett inslagspapperrör eller en platt träbit att använda som en ramp.
- Tre eller flera bollar av olika massa. (Helst samma storlek och material men olika vikter. Vilken diameter som helst som passar i din ramp är lämplig.)
- Fyra eller fem läroböcker eller något annat för att höja rampen.
- Sax
- Köksvågar eller något annat för att mäta bollarnas massa.
- Måttband eller en mätlinjal
- Anteckningsbok och penna
- (Valfritt) En papperskopp eller en liten kartong
Steg 1: Ställ in experimentet
Ställ in experimentet genom att lyfta ena sidan av din ramp. Klipp inpackningspappersröret på längden med en sax för att skapa en lång U-formad bana för dina kulor. Stapla dina läroböcker (eller placera ditt andra objekt) på den plats du valt för början av din ramp. Se till att du har gott om utrymme framför rampen så att kulorna kan rulla och stoppas.
Om du inte har mycket utrymme kan du placera en kopp eller en liten kartong vid rampens botten, med öppningen vänd mot rampen, så att den fångar bollen när den rullar ner. Bägaren eller lådan minskar avsevärt sträckan, men bollen kommer fortfarande att röra den. Alternativt kan du minska höjden på din ramp för att minska reseavståndet.
Slutligen måste du mäta avståndet bollen tar. Det enklaste sättet att göra detta är med måttband. Du kan helt enkelt vänta på att bollen (eller koppen / lådan) stannar och sedan mäta avståndet från rampens botten till dess sista viloplats. Alternativt kan du använda en mätlinjal för att markera en serie steg om 1 meter från basen av rampen och gör sedan en mer exakt mätning senare med linjalen och din befintliga markeringar.
Steg 2: Mät massan av dina bollar
Mät massan av dina bollar så att du kan tolka dina resultat. Det är viktigt att du har en uppsättning bollar (tre eller fler) som har olika massor. Om du inte kan göra detta exakt, är det viktigaste att du kan rangordna dem från lättast till tyngsta, men om du har en uppsättning köksvågar, mät deras exakta massor och anteckna dem.
Steg 3: Registrera dina mätningar
Rulla varje boll nerför rampen flera gånger och registrera hur långt den rör sig från rampens botten. Att ta tre eller flera mätningar av varje ger ett mer tillförlitligt resultat. Gör dina mätningar så exakt som möjligt, men att upprepa varje test flera gånger hjälper till att minimera effekterna av eventuella misstag. Lägg till de enskilda mätningarna för varje boll och dela med antalet mätningar för att hitta genomsnittet. Gå igenom denna process för var och en av dina bollar och spela in reglerna i en anteckningsbok.
Steg 4: Tolka dina resultat
Resultaten ska visa att den tyngsta bollen reser längst innan den stoppas. Detta beror på att tyngdkraften beror på massan av objektet det drar. Gravitation drar bollarna nerför rampen, och tyngdkraften är större på objekt med större massa. Den extra kraften på den större bollen innebär att den har mer energi när den kommer till rampens botten och därmed färdas mer innan den stannar.
Friktionskraften (mellan bollen och marken) saktar så småningom bollen till ett stopp. Friktion beror också på objektets massa, men länken mellan massa och acceleration som visas i Newtons andra lag innebär också att det krävs mer kraft för att sakta ner ett större objekt. Se till att du använder identiska kulor (på alla sätt du kan) och släpp dem från samma höjd. Se också till att de rullar på samma material under hela resan, och dessa effekter bör avbrytas. Ett föremål som är dubbelt så tungt bör rulla ungefär dubbelt så långt innan det stoppas.
Det är därför bra experimentell design är viktig eftersom alla andra skillnader mellan test kan påverka dina resultat. Helst skulle den enda skillnaden mellan dina tester vara bollens massa.