Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Рівняння руху Ньютона, яке ще називають другим законом Ньютона, є фундаментальним рівнянням у
механіці. За допомогою цього рівняння можна повністю описати механічні системи в просторі й часі.
Воно стверджує, що добуток маси і прискорення дорівнює потрібній силі .
Воно застосовується всюди, де сили діють на тіла, що мають масу.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з поняттями прискорення, сили і швидкості. Крім того, учні мають уміти математично визначати кутовий коефіцієнт прямої та його розмірність.
Принцип
Вимірювальний візок на напрямній доріжці за допомогою напрямного блока і нитки рівномірно прискорюється силою гравітації. При цьому конкретне значення прискорення обчислюється з сили тяги і розганяної маси візка за другим законом Ньютона:
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учнів мають експериментально підвести до спрощеного формулювання другого закону Ньютона .
Завдання
- Учні розганяють візок відомої маси на напрямній доріжці за допомогою підвішеної маси і вимірюють час руху , потрібний візку для проходження шляху завдовжки . При цьому тягарець, що тягне, поступово збільшують.
- Далі вони опрацьовують дані вимірювань і одержують лінійну залежність між силою і прискоренням, з якої визначають кутовий коефіцієнт та його розмірність.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Загальні зауваження
Для налаштування нахилу доріжки (для компенсації тертя) можна додати другий світловий бар'єр: підштовхнути візок, виміряти часи затінення на обох бар'єрах. Порівняти обидва результати вимірювань (часи затінення) і за потреби скоригувати нахил доріжки.
Інформація для учнів
Мотивація
Запуск ракети
Рівняння руху Ньютона, яке ще називають другим законом Ньютона, є фундаментальним рівнянням у механіці, за допомогою якого можна повністю описати механічні системи в просторі й часі.
Воно стверджує, що добуток маси і прискорення дорівнює потрібній силі , і застосовується всюди, де сили діють на тіла, що мають масу. Якщо, наприклад, має злетіти ракета, то за допомогою двигуна треба створити таку велику силу, щоб вона тривало і в багато разів перевищувала силу тяжіння Землі.
У цьому досліді ти експериментально дійдеш до другого закону Ньютона: .
Завдання
- Розганяй вимірювальний візок по напрямній доріжці за допомогою різних підвішених мас і вимірюй часи , потрібні візку для проходження заданого шляху .
- Опрацюй дані вимірювань за допомогою побудованого графіка, на якому прискорення візка відкладено залежно від сили тяги, і визнач кутовий коефіцієнт одержаної кривої та його розмірність.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense - світловий бар'єр, 0 … ∞ с (Bluetooth) | 12909-00 | 1 |
| 2 | Напрямна доріжка, l = 900 мм | 11606-00 | 1 |
| 3 | Масштабна лінійка, l = 500 мм, самоклейна | 03005-00 | 2 |
| 4 | Вимірювальний та експериментальний візок | 11060-00 | 1 |
| 5 | Затемнювальна шторка для вимірювального візка | 11060-10 | 1 |
| 6 | Утримувальний болт | 03949-00 | 1 |
| 7 | Перехідна пластина для вилкоподібних фотоворіт, компактних | 11207-22 | 2 |
| 8 | Шнур, поліестер, на котушці, l = 200 м | 02412-00 | 1 |
| 9 | Тримач тягарців, сріблясте бронзування, 1 г | 02407-00 | 1 |
| 10 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 50 г, конструкція PHY | 02206-01 | 3 |
| 11 | Прорізний тягарець, без покриття, 1 г | 03916-00 | 4 |
| 12 | Блок, рухомий, d=40 мм, з гаком | 03970-00 | 1 |
| 13 | Стрижень для блоку | 02263-00 | 1 |
| 14 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання (1/6)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/6)
З'єднай напрямний блок зі стрижнем-тримачем і потім обережно всунь стрижень під притискні скоби на кінці напрямної доріжки. Для цього злегка підніми скоби пальцями. Розташуй доріжку на краю столу так, щоб блок міг вільно обертатися.
Візьми вимірювальний візок, закріпи на ньому утримувальний болт, затемнювальну шторку і дві маси по 50 г.
Складання (3/6)
Нахили доріжку так, щоб злегка підштовхнутий візок котився далі якомога рівномірніше. Для цього постав регулювальний гвинт на іншому кінці доріжки на тягарці з прорізом і відрегулюй ним нахил. Потім протягни кінець нитки крізь отвір утримувального болта на нижньому боці візка, виведи її ззаду на верхній бік візка і прив'яжи до утримувального болта.
Складання (4/6)
Прив'язування кінця нитки до тримача тягарців
Прив'яжи інший кінець до тримача тягарців масою 1 г і добери при цьому довжину нитки так, щоб тримач торкнувся підлоги лише після того, як візок пройде світловий бар'єр, установлений нижче.
Тепер поклади нитку, що з'єднує вимірювальний візок із тримачем тягарців, на блок. При цьому нитка має проходити вище осі візка і паралельно до доріжки.
Складання (5/6)
З'єднання перехідних пластин зі світловими бар'єрами
З'єднай перехідні пластини (за потреби кожну з дистанційним штифтом) з вилкоподібними світловими бар'єрами так, щоб їх можна було зручно поставити поряд із доріжкою і щоб пластина на візку могла проходити крізь світлові бар'єри, не зачіпаючи їх.
Постав світловий бар'єр приблизно на позначці 8,2 см на вимірювальній стрічці, рахуючи від верхнього кінця доріжки, і розташуй світловий бар'єр на відстані 50 см від першого. Вимірювальний візок на старті має закінчуватися врівень із доріжкою, не перериваючи першого бар'єра. За потреби відкоригуй відповідно положення бар'єрів.
Складання (6/6)
Вибір режиму вимірювання в measureAPP
З'єднай обидва світлові бар'єри кабелем із джеком і увімкни їх. Вибери світлові бар'єри в measureAPP у розділі «Сенсор», а в меню, що з'явиться, - «Час проходження».
У цьому режимі вимірювання світловий бар'єр вимірює час, який потрібен візку, щоб пройти крізь бар'єри після запуску вимірювання.
Потім налаштуй цифрову індикацію результатів вимірювання.
Виконання (1/2)
Візок на старті напрямної доріжки
- Посунь вимірювальний візок на верхній кінець доріжки. Візок, якщо дивитися згори, має закінчуватися врівень із кінцем доріжки.
- Простеж, щоб світловий бар'єр ще не був перерваний.
- Перевір, чи нитка справді проходить через напрямний блок і чи він вільно обертається.
- Натисни в застосунку кнопку запуску вимірювання.
- Тепер відпусти візок, не підштовхуючи його, і злови його за другим світловим бар'єром.
Виконання (2/2)
Схема установки з візком на верхньому кінці напрямної доріжки
- Заверши вимірювання й обчисли час руху як різницю двох виміряних часів на світлових бар'єрах, а значення запиши в таблицю 1 у протоколі.
- Збільшуй тягарець, що тягне, кладучи для кожного наступного проходу ще один прорізний тягарець на 1 г на тримач тягарців, доки на тримачі не опиняться всі чотири тягарці і повна маса становитиме 5 г.
- Перед кожним стартом перевіряй, чи нитка проходить через блок, і стеж за тим, щоб пусковий світловий бар'єр переривався лише після того, як ти відпустиш вимірювальний візок.
Протокол
Таблиця 1
Внеси до таблиці свої виміряні часи руху , а також їхні квадрати .
Обчисли як силу тяжіння розганяльної маси , так і прискорення візка. Для останнього використай формулу рівноприскореного руху :
m = 1 г: t [с]:
m = 1 г: t^2 [с^2]:
m = 1 г: FG [Н]:
m = 1 г: a [м/с^2]:
m = 2 г: t [с]:
m = 2 г: t^2 [с^2]:
m = 2 г: FG [Н]:
m = 2 г: a [м/с^2]:
1
2
3
4
5
m = 3 г: t [с]:
m = 3 г: t^2 [с^2]:
m = 4 г: FG [Н]:
m = 3 г: a [м/с^2]:
m = 4 г: t [с]:
m = 4 г: t^2 [с^2]:
m = 4 г: FG [Н]:
m = 4 г: a [м/с^2]:
m = 5 г: t [с]:
m = 5 г: t^2 [с^2]:
m = 5 г: FG [Н]:
m = 5 г: a [м/с^2]:
Завдання 1
Візьми тепер аркуш паперу і побудуй на ньому графік. На цьому графіку зобрази прискорення (вісь ) залежно від сили тяги (вісь ).
Завдання 2
Визнач повну масу вимірювального візка з тягарцями і внеси значення в кілограмах, округлене до , у віконце.
Потрібні для цього маси становлять: порожній вимірювальний візок , затемнювальна шторка , утримувальний болт .
.
m_W [кг]:
Визнач кутовий коефіцієнт прямої з графіка і встанови його розмірність.
Визнач додатково обернене значення .
.
Кутовий коефіцієнт k: значення:
Кутовий коефіцієнт k: одиниця:
Обернене значення кутового коефіцієнта 1/k: значення:
Обернене значення кутового коефіцієнта 1/k: одиниця:
Завдання 3
На графіку до таблиці 1 зображено прискорення a залежно від сили тяги F_G. Перетягни слова на правильні місця. Що більша сила F_G, то ____ прискорення a при сталій масі. Прискорення a ____ силі тяги F_G. Не потрібно: ____
Завдання 4
Схема досліду
Питання
Завдання 5
Схема досліду
Питання
Завдання 6
Схема досліду
Питання