Інформація для вчителів
Застосування
Схема установки для дослідження кидка під кутом
Кидок під кутом - класична форма руху в механіці. Він складається з двох незалежних складових рухів: рівномірного руху в горизонтальному напрямі й рівномірного прискорення у вертикальному напрямі. Оскільки обидва рухи відбуваються одночасно, траєкторія тіла описує параболу.
Прискорення вільного падіння діє при цьому виключно у вертикальному напрямі й визначає, як швидко тіло падає на землю. Натомість початкова швидкість у горизонтальному напрямі впливає лише на те, як далеко тіло летить, тобто на дальність кидка.
В ідеалізованому випадку, без опору повітря, кожне тіло з однаковою початковою швидкістю рухається тією самою параболою кидка. У дійсності ж опір повітря й тертя гальмують політ, тож дальність менша, ніж у теоретичній моделі.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають знати рівномірний рух і рівноприскорений рух. Крім того, вони мають уже познайомитися з прискоренням вільного падіння та його усередненим значенням .
Принцип
При кидку під кутом тіло рухається водночас горизонтально рівномірно і вертикально прискорено під дією земного тяжіння. Горизонтальна швидкість лишається сталою, бо в цьому напрямі не діють жодні сили, тоді як вертикальний рух є рівноприскореним. Унаслідок накладання цих двох незалежних рухів утворюється параболічна траєкторія польоту.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Учні мають на підставі кількох вимірювань дійти висновку, що вертикальний і горизонтальний рухи незалежні один від одного і їх можна розглядати окремо.
Завдання
Учні мають дослідити горизонтальний кидок і для цього:
- Виконати розкладання руху на горизонтальну й вертикальну складові.
- Визначити криву польоту.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Требушет у замку Шато-де-Бо, Франція (реконструкція). Автор: ChrisO. Джерело: Wikipedia. Ліцензія GFDL 1.2.
Кидок катапультою - приклад руху снаряда, тобто кидка під кутом.
Кидок під кутом трапляється нам скрізь, де тіло кидають горизонтально з певною початковою швидкістю. Це стосується кидка м'яча у спорті, кидання каменя в річку або й запуску невеликої моделі снаряда.
Як ти знаєш, траєкторія польоту залежить від початкової швидкості, висоти кидка й прискорення вільного падіння. Крім того, опір повітря може трохи пригальмувати рух.
У цьому досліді ти запишеш рух горизонтально кинутого тіла, дослідиш залежність часу польоту, дальності польоту й висоти та проаналізуєш фізичні закономірності, що лежать в основі.
Завдання
У цьому досліді ти досліджуватимеш горизонтальний кидок.
Твої завдання:
- Виконати розкладання руху на горизонтальну й вертикальну складові.
- Визначити криву польоту.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra DigiMotion Basis Set | 12975-77 | 1 |
| 2 | PHYWE digiLAB App | 14575-61 | 1 |
Складання (1/3)
Для вимірювань із Cobra DigiMotion потрібен застосунок LABsense. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) увімкнено Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/3)
Схема досліду
Закріпи катапульту на довгому штативному стрижні.
Переведи катапульту на третю передачу і встанови її на 60°.
Вибери положення катапульти якомога нижче, не заважаючи при цьому керуванню.
Вирівняй катапульту паралельно до MotionBoardі залиш приблизно один сантиметр відстані до MotionBoard.
Під'єднай USB-кабель даних до MotionBoard.
Складання (3/3)
Схема установки для дослідження кидка під кутом
Вибери висоту катапульти так, щоб прозоре пластикове віконце було приблизно на висоті лівого нижнього кута MotionBoard.
Підніми відповідно штативний матеріал з обох боків MotionBoard, якщо пластикове віконце лежить помітно вище за межу захоплення.
Вклади MotionDot і перевір, чи перебуває він у зоні захоплення MotionBoard.
Розмісти приймальну ємність із м'якою підкладкою з правого боку.
Виконання (1/2)
Схема досліду
- Установи кут пострілу катапульти на 60°.
- Закріпи MotionDot на гвинті з правого боку. Після затягування натисни «0 Calibration», щоб виконати калібрування нуля.
- Відпусти гвинт і переведи катапульту на 2-гу передачу.
- Натисни MotionDot усередину, поки він не торкнеться пускового механізму.
- Натисни «Start», а потім обережно натисни пускову кнопку під катапультою; після автоматичного запису даних натисни «Stop».
Виконання (2/2)
Фрагмент із digiLab
Вибери за допомогою «Select Area» дійсні точки даних.
Потім натисни «Fit», щоб апроксимувати дані параболою.
Перейди в режим v–t , щоб поспостерігати за змінами швидкості в напрямах x - та y -, поки рухається джерело сигналу.
Натисни «Fit», щоб отримати лінійну апроксимацію та відповідні рівняння.
Зміни положення передачі й кут катапульти (напр., 45° або 30°), повтори вимірювання і порівняй дані.
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Тіло кидають із початковою швидкістю під кутом до горизонталі. (Опором повітря нехтують, висоти кидання й падіння однакові.)
Підказки: при кидку під кутом горизонтальний і вертикальний рухи можна розглядати окремо: горизонтальний рух рівномірний, швидкість лишається сталою, тоді як вертикальний рух рівноприскорений і визначає час польоту й максимальну висоту.
Питання
Завдання 3
Питання
Яка формула виходить для дальності кидка ?
Схема установки для дослідження кидка під кутом
Завдання 4
Схема установки для дослідження кидка під кутом
Питання
Завдання 5
Тіло кидають із початковою швидкістю v_0\,=25\,\frac{\text{m}}{\text{s}} під кутом кидання \theta. Його траєкторію польоту можна подати як кидок під кутом. Обчисли для кожного випадку і час польоту, і дальність кидка. Скористайся для цього значенням g \, = 9{,}81\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2}. Округли до двох знаків після коми. \theta_1 \,= 30^{\circ}: \theta_2 \,= 45^{\circ}: t_{f1} \,\approx ____ \text{s} t_{f2} \,\approx ____ \text{s} s_{w1} \,\approx ____ \text{m} s_{w2} \,\approx ____ \text{m}
Завдання 6
З'ясуй тепер, переглянувши співвідношення або, наприклад, випробувавши значення, за якого кута кидання \theta час польоту t_f максимальний. За кута кидання \theta_{t,max}\, = ____^{\circ} час польоту t_f максимальний.