Зміна кінетичної енергії під дією сталої сили з Cobra DigiCart

Гідроелектростанція

Кінетична енергія від дії сталої сили

Перетворення енергії має значення в багатьох галузях. На гідроелектростанції, наприклад, потенціальна енергія перетворюється на кінетичну, а потім на електричну.

У цьому досліді учні дізнаються про фізичне поняття механічної роботи. Крім того, вони довідаються, як роботу можна перетворити на інші форми енергії, наприклад на кінетичну.

Попередні знання

Принцип

Учні мають бути знайомі з поняттями прискорення і швидкості.

Кінетична енергія тіла масою зі швидкістю :

Приріст енергії під час розгону від до швидкості :

Якщо на шляху на тіло діє сила , то виконана робота дорівнює:

Навчальна мета

У цьому досліді учні дізнаються про фізичне поняття механічної роботи. Крім того, вони побачать, як роботу можна перетворити на інші форми енергії, наприклад на кінетичну.

Завдання

Зніміть за сталої маси DigiCart через застосунок DigiCart для різних сил діаграми «сила - час», «швидкість - час» і «координата - час». Порівняйте виконану механічну роботу з приростом кінетичної енергії.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Гідроелектростанція

Кінетична енергія від дії сталої сили

Перетворення енергії має значення в багатьох галузях. На гідроелектростанції, наприклад, потенціальна енергія перетворюється на кінетичну, а потім на електричну.

У цьому досліді ти дізнаєшся про фізичне поняття механічної роботи.

Крім того, ти побачиш, як роботу можна перетворити на інші форми енергії, наприклад на кінетичну.

Форма енергії 1

Перетворювач енергії

Форма енергії 2

1. Зніми за сталої маси DigiCart через застосунок DigiCart для різних сил діаграми «сила - час», «швидкість - час» і «координата - час».
2. Порівняй виконану механічну роботу з приростом кінетичної енергії
   
   , де
   
   .

Діаграма «сила - час» - приклад

Загальний вигляд установки

• Зваж на терезах DigiCart (разом із латунним гвинтом на датчику сили).
• Постав напрямну так, щоб ролик виступав за край стола. Висота стола приблизно 1 м.
• Постав напрямну горизонтально і розмісти на ній DigiCart. Поклади в пенал тягарець 10 г і закрий його кришкою. Закріпи шнур пенала латунним гвинтом на датчику сили DigiCart і перекинь шнур через ролик на кінці напрямної.
• Спершу постав пенал на край стола.
• Запусти застосунок DigiCart.

З'єднання з DigiCart

• Вибери в переліку дослід 7. Відкриється вікно вимірювання.
• З'єднай DigiCart із застосунком.
• ​​​​Спершу треба натиснути й утримувати кнопку ON на DigiCart щонайменше 3 секунди. Потім у застосунку через значок Bluetooth (1.) відкривають вікно з'єднання. Там має з'явитися DigiCart. Якщо ні, список можна оновити натисканням Scan (2.).
• Тепер один раз торкаються DigiCart у списку і встановлюють з'єднання кнопкою «З'єднати» (3.). Вікно можна знову закрити кнопкою закриття (4.).

Порядок дій під час вимірювання

• На рисунку показано кроки вимірювання.
• На індикаторах сили, швидкості й координати (1.) показуються миттєві значення.
• Силу на датчику тепер обнуляють кнопкою «Калібрування» (2.).
• При цьому треба переконатися, що нитка не натягнута і на датчик ще не діє жодна сила.

Порядок дій під час вимірювання

• DigiCart ставлять на кінці з регульованою висотою і притримують.
• Пенал із тягарцем знімають зі стола, і він вільно висить за краєм.
• Почни вимірювання натисканням «Почати вимірювання» (3.) і відпусти DigiCart. Тягарець, що падає, приводить DigiCart у рух.
• Зупини вимірювання натисканням «Завершити вимірювання» (4.), щойно DigiCart дійде до кінця напрямної.

Порядок дій під час вимірювання

• Натисканням «Вибрати діапазон вимірювання» (5.) вибери на діаграмі «сила - час» діапазон, для якого мають обчислюватися середня сила, різниця шляху та різниця швидкостей.
• Вибір роблять, проводячи пальцем по проміжку.
• Збережи вимірювання натисканням кнопки «Зберегти» (6.).
• Значення тепер запишуться в ліву таблицю.

Порядок дій під час вимірювання

• Збільш вантаж у пеналі на 10 г. Тоді повтори останні 7 кроків.
• Після цього збільш вантаж у пеналі ще на 10 г і повтори кроки знову.
• Щоб стерти стовпець із таблиці, торкнися його і натисни кнопку «Стерти» (7.).
• Новим вимірюванням стовпець можна заповнити новими значеннями.

Порядок дій під час опрацювання результатів

• На рисунку показано кроки опрацювання результатів.
• Внеси в поле «Маса візка» (1.) виміряну масу DigiCart у грамах. Введена маса береться за основу подальших обчислень. Важливо: усі три серії вимірювань - з тією самою масою візка!
• Кнопкою «Обчислити» (2.) таблиця доповнюється. Визначаються кінетична енергія на початку діапазону вимірювання, у його кінці, різниця обох значень, а також виконана механічна робота.

Порядок дій під час опрацювання результатів

З таблиці на рисунку видно, що різниця двох кінетичних енергій збігається з виконаною механічною роботою.

Виконана робота повністю перетворилася на кінетичну енергію і в такий спосіб передалася DigiCart.

Кінетична енергія від дії сталої сили

www.giphy.com