Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Імпульс - фундаментальна величина фізики, а закон збереження імпульсу є одним із найважливіших законів збереження. Він стверджує, що повний імпульс механічно замкненої системи сталий, а зміна повного імпульсу завжди дорівнює нулю. Механічно замкнена означає, що система не взаємодіє зі своїм оточенням. Повний імпульс системи з двох тіл складається із суми окремих імпульсів:
Наочне застосування закону збереження імпульсу ми знаходимо, наприклад, у більярді.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Принцип
Учні мають бути обізнані з поняттями швидкості й руху. Робота з рівняннями має бути впевненою, і учні мають уміти самостійно з ними працювати.
Перед стартом обидва візки перебувають у спокої, і окремі імпульси візків, а також повний імпульс системи візків дорівнюють нулю. Потенціальна енергія, запасена в пусковому пристрої вибухового типу, приводить візки в рух на старті. Проте відповідно до закону збереження імпульсу й після старту сума окремих імпульсів дорівнює нулю.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учнів мають підвести до величини «імпульс» як фундаментальної збережуваної величини і дати перше уявлення про користь збережуваної величини для обчислень. Слід також показати, що імпульс, як і швидкість, має напрям (векторна величина).
Завдання
- Учні з'єднують два нерухомі візки однакової маси за допомогою пускового пристрою так, щоб візки раптово стартували. При цьому обидва візки проїжджають крізь світловий бар'єр, який вимірює відповідні часи затінення, з яких потім обчислюється швидкість.
- Вимірювання повторюють зі зміненими повними масами візків: спочатку обидві маси однаково збільшують, а потім зменшують окремо.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Додаткові зауваження
Щоб уникнути заносу візків, буває корисно змістити центр мас візків противагою ближче до середини: на кінцях візків, протилежних до пускового пристрою вибухового типу, встановлюють по одному насадному гнізду 4 мм (11060-11). У них, у свою чергу, вставляють по трубочці зі штекером (11202-05). Обидва візки стають від цього важчими на .
Інформація для учнів
Мотивація
Більярдні кулі
Граючи в більярд, кулю вдаряють так, щоб вона з великим розгоном влучила в іншу кулю і загнала її в лузу. Розгін кулі у фізиці називають імпульсом, і він залежить як від маси тіла, що рухається, так і від його швидкості.
При зіткненні двох більярдних куль загалом змінюються напрями і швидкості, з якими вони потім котяться далі, залежно від кута удару, їхніх мас, а також швидкості удару.
У цьому досліді ти дізнаєшся, що таке повний імпульс механічної системи і яку роль при цьому відіграють маси та швидкості.
Завдання
- З'єднай два нерухомі візки однакової маси пусковим пристроєм так, щоб візки раптово стартували. При цьому обидва візки проїжджають крізь світловий бар'єр, який вимірює відповідний час затінення. Зроби по три вимірювання і визнач за ними швидкості візків.
- Спочатку збільш маси обох візків прорізним тягарцем на 50 г, а потім зніми тягарець 50 г з одного з двох візків. Щоразу повторюй вимірювання.
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 | 2 |
| 5 | Затемнювальна шторка для вимірювального візка | 11060-10 | 2 |
| 6 | Утримувальний болт | 03949-00 | 2 |
| 7 | Перехідна пластина для вилкоподібних фотоворіт, компактних | 11207-22 | 2 |
| 8 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 50 г, конструкція PHY | 02206-01 | 2 |
| 9 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 10 г, конструкція PHY | 02205-01 | 1 |
| 10 | Насадне гніздо 4 мм для вимірювального візка, 2 шт | 11060-11 | 1 |
| 11 | Вибуховий пусковий пристрій | 11311-00 | 1 |
| 12 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання (1/4)
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 (2/4)
Викрути повністю гвинт, що міститься посередині напрямної доріжки, і відклади його вбік. Потім закріпи на обох експериментальних візках по одному насадному гнізду 4 мм, установи на насадних гніздах по одній частині пускового пристрою і встав на обидва візки утримувальний болт, а на нього - затемнювальну шторку.
Складання (3/4)
Присоска важить на менше, ніж пластина з пружиною: тому встав на візок із присоскою прорізний тягарець на 10 г, щоб маси обох візків були однакові. Постав світлові бар'єри так, щоб затемнювальні шторки візків проходили крізь них одразу після старту, але щоб до того вони ще не були перервані.
Складання (4/4)
Фрагмент 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, - «Часи затінення».
Потім вибери ще цифровий показ виміряних значень.
Виконання (1/2)
Стискання пускового пристрою
- Запусти вимірювання в measureAPP.
- Стисни пусковий пристрій так, як показано на малюнку. Уникай стискання кінців візків. Пружина має бути точно посередині присоски.
- Відпусти пусковий пристрій. Якщо ти стиснув його повністю, він спрацює приблизно через .
- Злови візки, перш ніж вони скотяться з доріжки, і запиши часи затінення і у таблицю 1 у протоколі.
Виконання (2/2)
Цифровий показ виміряних значень у measureAPP
- Перевір обидва часи і повторними вимірюваннями. За потреби виправ значення в таблиці.
Порада: щоб підвищити точність вимірювання, можна взяти середнє значення з трьох вимірювань.
- Настроми на обидва утримувальні болти додатково по одному прорізному тягарцю на 50 г і повтори все вимірювання.
- Тепер зніми з другого візка ці 50 г і ще раз повтори все вимірювання.
Протокол
Таблиця 1
Внеси до таблиці свої результати вимірювань часів затінення і .
Обчисли з часів затінення і ширини пластини швидкості візків, а далі - відповідні імпульси за формулою .
m1 = 82 г, m2 = 82 г: dt1 [с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: dt2 [с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: v1 [м/с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: v2 [м/с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: p1 [мН·с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: p2 [мН·с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: dt1 [с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: dt2 [с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: v1 [м/с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: v2 [м/с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: p1 [мН·с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: p2 [мН·с]:
82 82
132 132
132 82
m1 = 132 г, m2 = 82 г: dt1 [с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: dt2 [с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: v1 [м/с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: v2 [м/с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: p1 [мН·с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: p2 [мН·с]:
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Схема досліду
Питання
Завдання 3
Питання
.
Завдання 4
Питання