กิจกรรมแล็บเร่งความเร็วในวิทยาศาสตร์กายภาพ

การเร่งความเร็วแตกต่างจากความเร็ว ในฟิสิกส์ มีการทดลองที่น่าสนใจสองสามอย่างในการวัดความเร่ง ด้วยการรวมเทคนิคที่ใช้งานได้จริงเหล่านี้เข้ากับสมการง่ายๆ ที่เกี่ยวข้องกับความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนที่และเวลาที่ใช้วัตถุนั้นเพื่อเดินทางในระยะทางที่กำหนด จึงสามารถคำนวณความเร่งได้

การทดลองรถยนต์ที่กำลังเคลื่อนที่เป็นวิธีที่ตรงไปตรงมาในการแสดงให้เห็นว่าการเร่งความเร็วเป็นตัววัดการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว ของวัตถุโดยใช้ "photogate" Photogates ใช้ลำแสงอัลตราไวโอเลตเดี่ยวเพื่อตรวจจับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ผ่าน พวกเขาสามารถวัดความเร็วได้อย่างแม่นยำในระดับสูง รถของเล่นสามารถติดตั้งที่ด้านบนของทางลาดเรียบๆ ได้ เช่น ความยาวของกระดาษแข็งหรือไม้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าทางลาดไม่ลื่น ไม่เช่นนั้นผลลัพธ์จะเอียง ระยะทางจากบนลงล่างวัดโดยใช้เทปวัด รถกลิ้งไปตามทางลาดสี่ครั้ง โดยเริ่มจากจุดต่างๆ และจับเวลาโดยใช้นาฬิกาจับเวลา จุดที่ผ่านเข้าเส้นชัยสามารถบันทึกได้โดยประตูภาพถ่าย ผลลัพธ์จะถูกพล็อตบนกราฟเพื่อแสดงว่าความเร็วต่างๆ สอดคล้องกับความเร่งอย่างไร พยายามวัดช่วงเวลาให้ใกล้เคียงที่สุด 0.0001 วินาที และระยะทางและความเร็วของรถให้ใกล้เคียงที่สุด 0.1 ซม./วินาที ตามรายงานของ The Science Desk

นักเรียนในห้องเรียนสามารถใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ภายนอกในการทดลองที่น่าสนใจนี้ได้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพวกเขารู้เกี่ยวกับฟิสิกส์พื้นฐานก่อน สมการที่ใช้คำนวณความเร็วของวัตถุคือความเร็วเท่ากับระยะทางหารด้วยเวลา สมการถึง คำนวณความเร่ง คือการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว (หรือความเร็ว) หารด้วยการเปลี่ยนแปลงของเวลา หากความเร่งของวัตถุไม่เปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลาที่ต่างกัน จะเรียกว่าความเร่ง "คงที่" ตามที่ Think Quest อธิบาย เมื่อทำงานเป็นคู่ นักเรียนสามารถจับเวลาให้กันและกันในระยะทางที่กำหนดเพื่อคำนวณความเร็วของการเคลื่อนไหว จากนั้นพวกเขาสามารถเริ่มดูอัตราเร่งโดยเริ่มจากการเดินและวิ่ง ขอให้พวกเขาพิจารณาว่าบุคคลใดสามารถเร่งความเร็วได้เร็วที่สุด บันทึกผลลัพธ์ แล้วเปรียบเทียบกลับในชั้นเรียน

การทดลองนี้ทำงานเหมือนกับการทดลองรถยนต์เคลื่อนที่ขั้นพื้นฐาน แต่ในที่นี้ คุณสามารถรวมวิธีที่แรงที่กระทำต่อวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เปลี่ยนวิธีที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ ตามเว็บไซต์ "ห้องเรียนวิทยาศาสตร์" คุณต้องผูกเชือกยาว 60 ซม. กับคลิปหนีบกระดาษและอีกด้านหนึ่งกับรถของเล่น รถวางอยู่บนโต๊ะทำงานโดยมีสายห้อยอยู่เหนือขอบเพื่อให้คลิปหนีบกระดาษห้อยอยู่ในอากาศ เครื่องชั่งสามลำแสงใช้เพื่อวัดมวลของช่วงน้ำหนัก ตุ้มน้ำหนักอาจเป็นตุ้มน้ำหนักแบบเป็นทางการจากห้องแล็บหรือสิ่งของชิ้นเล็กๆ ที่นักเรียนเลือกจากสภาพแวดล้อมรอบตัว มวลของตุ้มน้ำหนักที่เลือกทั้งหมดต้องได้รับการวัดอย่างถูกต้องและบันทึก ให้นักเรียนเขียนคำทำนายว่ารถจะเคลื่อนตัวอย่างไรโดยติดตุ้มน้ำหนักต่างกัน จากนั้นให้พวกเขาดูว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณแขวนตุ้มน้ำหนักจากคลิปหนีบกระดาษและวัดการเคลื่อนที่ของ รถยนต์. น้ำหนักที่หนักกว่าจะสร้างความเร็วที่เร็วขึ้นและอัตราการเร่งที่สูงขึ้น

การทดลองมวลที่เปลี่ยนแปลงนี้แสดงให้เห็นถึงกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน สิ่งนี้อธิบายพฤติกรรมของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เมื่อแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้นไม่สมดุล ซึ่งเป็นอีกวิธีหนึ่งในการดูปรากฏการณ์ความเร่ง ค่าความเร่งของวัตถุขึ้นอยู่กับแรงสุทธิที่กระทำต่อวัตถุนั้น ถ้าแรงสองอันเท่ากันจากด้านใดด้านหนึ่งกระทำต่อวัตถุ แรงนั้นก็จะคงอยู่เพราะแรงจะตัดกันออกจากกัน ดังนั้น เพื่อสาธิตแนวคิดนี้ รถยนต์ขนาดเล็กอีกคันสามารถใช้เป็นวัตถุที่เคลื่อนที่ได้ และสามารถเพิ่มน้ำหนักได้หลายช่วง ต้องวัดและบันทึกมวลของรถเข็นและตุ้มน้ำหนักทั้งหมด ติดสเกลสปริงเข้ากับตัวรถด้วยคลิปหนีบกระดาษ การดึงรถไปตามมาตราส่วนสปริงจะส่งผลให้มีการวัดแรงที่ปรากฏบนมาตราส่วน การเพิ่มน้ำหนักที่แตกต่างกันและการดึงรถด้วยความเร็วคงที่ทำให้สามารถวัดปริมาณแรงที่เพิ่มขึ้นซึ่งจำเป็นต่อการเคลื่อนที่ในระยะทางเดียวกันได้ ความเร่งของวัตถุเท่ากับแรงสุทธิที่กระทำต่อวัตถุหารด้วยมวลของวัตถุ