โครงการวิทยาศาสตร์: ผลกระทบของมวลต่อระยะทางที่ลูกบอลเดินทาง

ความเชื่อมโยงระหว่างมวลกับระยะทางที่ลูกบอลเคลื่อนที่เมื่อปล่อยจากทางลาดเผยให้เห็นข้อเท็จจริงสำคัญเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงและวิธีการทำงาน โครงงานนี้เป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการแสดงความเชื่อมโยงระหว่างแรงโน้มถ่วงและมวล และสามารถตั้งค่าในห้องเรียนหรือที่บ้านได้ การกลิ้งลูกบอลมวลต่างกันลงทางลาดยกระดับเผยให้เห็นผลกระทบของมวลต่อระยะทางที่เคลื่อนที่ โครงการง่ายๆ นี้ยังให้การแนะนำที่เป็นประโยชน์ในการออกแบบการทดลองทางวิทยาศาสตร์ ดังนั้นตัวแปรที่คุณกำลังพิจารณาจึงเป็นตัวแปรเดียวที่ส่งผลต่อผลลัพธ์ หากคุณกำลังมองหาโครงการวิทยาศาสตร์ที่ส่องสว่างแต่ตรงไปตรงมา การตรวจสอบผลกระทบของมวลต่อระยะทางที่ลูกบอลเคลื่อนที่เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยม

• หลอดกระดาษห่อหรือแผ่นไม้แบนเพื่อใช้เป็นทางลาด
• ลูกบอลที่มีมวลต่างกันสามลูกขึ้นไป (ขนาดและวัสดุเหมือนกัน แต่น้ำหนักต่างกัน เส้นผ่านศูนย์กลางใดๆ ที่เหมาะกับทางลาดของคุณก็เหมาะสม)
• หนังสือเรียนสี่หรือห้าเล่มหรืออย่างอื่นเพื่อยกระดับทางลาดของคุณ
• กรรไกร
• เครื่องชั่งในครัวหรืออย่างอื่นเพื่อวัดมวลของลูกบอลของคุณ
• ตลับเมตรหรือไม้บรรทัด
• โน๊ตบุ๊คและปากกา
• (ไม่บังคับ) ถ้วยกระดาษหรือกล่องกระดาษแข็งขนาดเล็ก

ตั้งค่าการทดสอบโดยยกทางลาดขึ้นด้านใดด้านหนึ่ง ตัดหลอดกระดาษห่อครึ่งตามยาวโดยใช้กรรไกรเพื่อสร้างรางรูปตัวยูยาวสำหรับลูกบอลของคุณ วางหนังสือเรียนของคุณ (หรือวางวัตถุอื่น ๆ ของคุณ) ในตำแหน่งที่คุณเลือกสำหรับการเริ่มต้นทางลาดของคุณ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมีพื้นที่เพียงพอด้านหน้าทางลาดเพื่อให้ลูกบอลกลิ้งและหยุดลง

หากคุณมีพื้นที่ไม่มาก คุณสามารถวางถ้วยหรือกล่องกระดาษแข็งขนาดเล็กไว้ที่ฐานของทางลาด โดยให้ช่องเปิดหันไปทางลาด เพื่อให้มันจับลูกบอลหลังจากที่กลิ้งลงมา ถ้วยหรือกล่องจะลดระยะการเดินทางลงอย่างมาก แต่ลูกบอลจะยังคงเคลื่อนที่ หรือลดระดับความสูงของทางลาดเพื่อลดระยะการเดินทาง

สุดท้าย คุณต้องวัดระยะทางที่ลูกบอลเคลื่อนที่ วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้เทปวัด คุณสามารถรอให้ลูกบอล (หรือถ้วย/กล่อง) หยุด แล้ววัดระยะทางจากด้านล่างของทางลาดไปยังตำแหน่งสุดท้าย หรือคุณสามารถใช้ไม้บรรทัดเมตรเพื่อทำเครื่องหมายชุดที่เพิ่มขึ้นทีละ 1 เมตรจากฐาน ของทางลาดแล้วทำการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นในภายหลังโดยใช้ไม้บรรทัดและที่มีอยู่ของคุณ เครื่องหมาย

วัดมวลของลูกบอลของคุณเพื่อช่วยในการตีความผลลัพธ์ของคุณ สิ่งสำคัญคือคุณต้องมีชุดลูกบอล (สามลูกขึ้นไป) ที่มีมวลต่างกัน หากคุณไม่สามารถทำสิ่งนี้ได้อย่างแม่นยำ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือคุณสามารถจัดอันดับพวกมันจากเบาที่สุดถึง หนักที่สุด แต่ถ้าคุณมีชุดเครื่องชั่งในครัว ให้วัดมวลที่แม่นยำและจดบันทึก พวกเขา

กลิ้งลูกบอลแต่ละลูกลงทางลาดหลายๆ ครั้ง และบันทึกระยะทางที่ลูกบอลเดินทางจากฐานของทางลาด การวัดแต่ละครั้งตั้งแต่สามครั้งขึ้นไปจะให้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือยิ่งขึ้น ทำการวัดของคุณให้แม่นยำที่สุด แต่การทำการทดสอบซ้ำหลายๆ ครั้งจะช่วยลดผลกระทบจากความผิดพลาดได้ สำหรับลูกบอลแต่ละลูก ให้รวมการวัดแต่ละรายการเข้าด้วยกันแล้วหารด้วยจำนวนการวัดเพื่อหาค่าเฉลี่ย ทำตามขั้นตอนนี้สำหรับลูกบอลแต่ละลูกของคุณและบันทึกกฎลงในสมุดบันทึก

ผลลัพธ์ควรแสดงว่าลูกบอลที่หนักที่สุดเคลื่อนที่ได้ไกลที่สุดก่อนที่จะหยุด เนื่องจากแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุที่มันดึง แรงโน้มถ่วงดึงลูกบอลลงมาตามทางลาด และแรงโน้มถ่วงจะยิ่งใหญ่กว่าบนวัตถุขนาดใหญ่ แรงที่เพิ่มขึ้นบนลูกบอลที่ใหญ่กว่าหมายความว่ามีพลังงานมากขึ้นเมื่อไปถึงด้านล่างของทางลาดและเดินทางมากขึ้นก่อนที่จะหยุด

แรงเสียดทาน (ระหว่างลูกบอลกับพื้น) ในที่สุดก็ทำให้ลูกบอลหยุดนิ่ง แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุด้วย แต่ความเชื่อมโยงระหว่างมวลและความเร่งที่แสดงโดยกฎข้อที่สองของนิวตันก็หมายความว่าต้องใช้แรงมากขึ้นเพื่อทำให้วัตถุขนาดใหญ่ช้าลง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณใช้ลูกบอลที่เหมือนกัน (ในทุกวิถีทางที่ทำได้) และปล่อยลูกบอลจากความสูงเท่ากัน นอกจากนี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพวกเขากลิ้งไปบนวัสดุเดียวกันตลอดการเดินทาง และเอฟเฟกต์เหล่านี้ควรยกเลิก วัตถุที่หนักเป็นสองเท่าควรหมุนให้ไกลขึ้นสองเท่าก่อนจะหยุด

นี่คือเหตุผลที่การออกแบบการทดลองที่ดีมีความสำคัญ เนื่องจากความแตกต่างอื่นๆ ระหว่างการทดสอบอาจส่งผลต่อผลลัพธ์ของคุณ ตามหลักการแล้ว ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างการทดสอบของคุณควรอยู่ที่มวลของลูกบอล