Зв'язок між роботою і швидкістю I з Cobra DigiCart

Вертоліт

Фізичні величини «енергія» і «робота» тісно пов'язані. Якщо тіло виконує роботу або над тілом виконують роботу, його енергія змінюється. Загалом справджується:

Робота, виконана тілом або над тілом, дорівнює зміні його енергії.

У цьому досліді ти дізнаєшся про математичний зв'язок між механічною роботою і швидкістю.

Приклад: вертоліт піднімає контейнер на певну висоту. При цьому виконується робота піднімання. Потенціальна енергія контейнера зростає.

Попередні знання

Цей дослід потребує понять кінетичної енергії та механічної роботи.

Принцип

Кінетична енергія:

Енергія руху : Приріст енергії від до :

Робота:

Виконана робота (W\) на шляху із силою :

Навчальна мета

У цьому досліді учні дізнаються про математичний зв'язок між механічною роботою і швидкістю.

Завдання

1. Розганяй DigiCart кілька разів за сталої маси різними за величиною силами на визначеному шляху й проаналізуй зв'язок між виконаною механічною роботою і швидкістю.
2. Розганяй DigiCart сталою силою на визначених шляхах різної довжини й проаналізуй зв'язок між виконаною механічною роботою і швидкістю.

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

Вертоліт

Фізичні величини «енергія» і «робота» тісно пов'язані. Якщо тіло виконує роботу або над тілом виконують роботу, його енергія змінюється. Загалом справджується:

Робота, виконана тілом або над тілом, дорівнює зміні його енергії.

У цьому досліді ти дізнаєшся про математичний зв'язок між механічною роботою і швидкістю.

Приклад: вертоліт піднімає контейнер на певну висоту. При цьому виконується робота піднімання. Потенціальна енергія контейнера зростає.

Загальний вигляд установки

1. Розганяй DigiCart кілька разів за сталої маси різними за величиною силами на визначеному шляху й проаналізуй зв'язок між виконаною механічною роботою і швидкістю.
2. Розганяй DigiCart сталою силою на визначених шляхах різної довжини й проаналізуй зв'язок між виконаною механічною роботою і швидкістю.

Рисунок 1: загальний вигляд установки.

• Закріпи чотири додаткові тягарці по 50 г на DigiCart пластиковими гвинтами.
• Зваж DigiCart на терезах. Стеж, щоб зважити разом із латунним гвинтом на датчику сили.
• Напрямну треба поставити так, щоб ролик виступав за край стола. Стіл має бути заввишки приблизно 1 м.

Рисунок 1: загальний вигляд установки.

• 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 - частина 1

• На рисунку ліворуч показано кроки вимірювання.
• Натисни у верхній лівій частині вікна кнопку «F(N)» (1.).
• На індикаторі сили та швидкості (2.) показуються миттєва сила й миттєва швидкість.
• Внеси масу DigiCart у поле «Маса візка» (3.).

Порядок дій під час вимірювання - частина 1

• У поле «Шлях» (4.) вносять значення 0,5 метра. Це шлях, на якому ми хочемо виміряти механічну роботу.
• Силу на датчику тепер обнуляють кнопкою «Калібрування» (5.). При цьому треба переконатися, що нитка не натягнута і на датчик ще не діє жодна сила.
• DigiCart ставлять на кінці з регульованою висотою і притримують.

Порядок дій під час вимірювання - частина 1

• Пенал із тягарцем знімають зі стола, і він вільно висить за краєм.
• Почни вимірювання натисканням «Почати вимірювання» (6.).
• Відпусти DigiCart. Тягарець, що падає, приводить DigiCart у рух. Вимірювання завершується автоматично, коли пройдений шлях досягне 0,5 метра.
• Натисни кнопку «Зберегти» (7.). Виміряні значення перенесуться до таблиці.

Порядок дій під час вимірювання - частина 1

• Збільш вантаж у пеналі на 10 г. Тоді повтори останні 6 кроків. Повторюй вимірювання, доки не зробиш п'ять вимірювань. Після кожного вимірювання вантаж треба збільшувати ще на 10 г.
• Щоб видалити стовпець із таблиці, торкнись його і натисни кнопку «Видалити» (8.). Наступним вимірюванням стовпець можна заповнити новими значеннями.
• Читай далі в розділі «Опрацювання результатів, частина 1».

Порядок дій під час вимірювання - частина 2

• На рисунку ліворуч показано кроки вимірювання.
• Натисни в нижній лівій частині кнопку «x(m)» (1.).
• На індикаторі сили та швидкості (2.) показуються миттєва сила й миттєва швидкість.
• Внеси масу DigiCart у поле (3.).
• Пенал наповнюють вантажем 20 г, закривають і ставлять на стіл.

Порядок дій під час вимірювання - частина 2

• Силу на датчику тепер обнуляють кнопкою «Калібрування» (4.). При цьому треба переконатися, що нитка не натягнута і на датчик ще не діє жодна сила.
• 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» (5.).

Порядок дій під час вимірювання - частина 2

• Відпусти DigiCart. Тягарець, що падає, приводить DigiCart у рух.
• Вимірювання завершується автоматично, коли пройдений шлях досягне 0,7 метра.
• Натисни кнопку «Зберегти» (6.). Виміряні значення перенесуться до таблиці.

Порядок дій під час опрацювання результатів - частина 1

• На рисунку показано кроки опрацювання результатів.
• Натисни по черзі кнопки «», «» і «» (9.), щоб обчислити з швидкості відповідні значення і внести їх до таблиці.
• Тепер натисни над діаграмою одну з вкладок (10.).

Порядок дій під час опрацювання результатів - частина 1

• Відповідні точки з таблиці вже видно на діаграмі. Вибери «Провести пряму» (1.), щоб провести пряму через точки.
• Зроби так само з усіма вкладками над діаграмою.
• У полі «Нахил» (2.) щоразу показується нахил обчисленої прямої.

Порядок дій під час опрацювання результатів - частина 2

• На рисунку показано кроки опрацювання результатів.
• Натисни по черзі кнопки «», «» і «» (7.), щоб обчислити з швидкості відповідні значення і внести їх до таблиці.
• Тепер натисни над діаграмою одну з вкладок (8.).

Порядок дій під час опрацювання результатів - частина 2

• Відповідні точки з таблиці вже видно на діаграмі. Вибери «Провести пряму» (1.), щоб провести пряму через точки.
• Зроби так само з усіма вкладками над діаграмою.
• У полі «Нахил» (2.) щоразу показується нахил обчисленої прямої.

https://giphy.com/gifs