Вільне падіння з Cobra DigiMotion

Схема досліду

Вільне падіння трапляється нам у повсякденні скрізь, де речі падають на землю. Історія навіть каже, що Ісаак Ньютон дійшов до своїх теорій і висновків щодо механіки й гравітації та їх перенесення на небесну механіку лише завдяки яблуку, що впало з дерева.

Проте що менша густина тіла, яке падає, і що більша його поверхня, то більше вільне падіння перетворюється на менш прискорене, тобто загальмоване падіння. У вакуумі ж усі предмети падають однаково швидко.

Прискорення вільного падіння аж ніяк не стале. Зі зростанням відстані від поверхні Землі воно меншає.

Попередні знання

Учні мають бути обізнані з поняттями швидкості й прискорення, а також потенціальної та кінетичної енергії. Вони мають знати, що сила земного тяжіння випливає з прискорення вільного падіння. Крім того, учні мають математично вміти визначати кутовий коефіцієнт прямої і виконувати аналіз розмірності знайденого кутового коефіцієнта.

Принцип

Маса MotionDot зазнає в гравітаційному полі Землі сталої однаково напрямленої сили, яка рівномірно прискорює давач сигналу:

Ефектами тертя об повітря в межах цього досліду можна знехтувати так само, як і виштовхувальною силою, що діє на MotionDot з боку навколишнього повітря.

Навчальна мета

У цьому досліді учні мають експериментально визначити прискорення вільного падіння і усвідомити, що вільне падіння є рівноприскореним рухом.

Завдання

Учні дають MotionDot впасти з електромагнітного тримача на MotionBoard. MotionBoardфіксує рух у реальному часі й надає дані про положення з плином часу. З опрацювання кривої «положення - час» визначають прискорення вільного падіння. Дослід повторюють тричі, щоб отримати середнє значення. Після цього учні порівнюють виміряне значення з табличним і обговорюють можливі відхилення.

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

Вільне падіння в парку розваг

Вільне падіння відбувається скрізь, де предмет відпускають з певної висоти. Це стосується як вежі вільного падіння в парку розваг, так і банджі-джампінгу чи стрибка з вежі у відкритому басейні.

Як ти знаєш, час падіння залежить від висоти, з якої падає тіло, і від прискорення вільного падіння. До того ж загалом відбувається гальмування через опір повітря.

У цьому досліді ти визначиш залежні від висоти часи проходження MotionDot за допомогою MotionBoard, дослідиш закономірності, що лежать в їх основі, і визначиш із них прискорення вільного падіння.

1. Дай MotionDot впасти вздовж MotionBoard. MotionBoard фіксує рух у реальному часі й записує положення з плином часу.
2. Дослідь результати вимірювань, визнач із кривої «положення - час» прискорення вільного падіння й повтори дослід кілька разів, щоб отримати середнє значення. Далі порівняй виміряне значення з табличним і обговори можливі відхилення.

iOS

Android

Windows

• Установи Т-подібний штативний матеріал відповідно до рисунка на MotionBoard і затягни гвинти.
• Після цього закріпи електромагнітний тримач угорі на довгому штативному стрижні.

• Відкрути захисний корпус MotionDot із залізним осердям відповідно до рисунка.
• Увімкни MotionDot, вклади його в захисний корпус MotionDot і знову все міцно закрути.

• Увімкни електромагнітний тримач. Індикатор роботи має світитися так, як показано на рисунку.
• Перевір, чи електромагнітний тримач вирівняно горизонтально.

Електромагнітний тримач

• Під'єднай USB-кабель для передавання даних до MotionBoard.
• Виставте довгий штативний стрижень так, щоб електромагнітний тримач прилягав до верхнього краю MotionBoardі трохи виступав над ним.
• Обережно піднеси залізне осердя захисного корпуса до електромагнітного тримача так, щоб MotionDot був вирівняний паралельно до MotionBoard і зберігав відстань близько .
• Постав приймальну ємність із м'якою підкладкою на MotionBoard просто під MotionDot.

Вигляд спереду

Вигляд збоку

• Закріпи MotionDot на електромагнітному тримачі.
• Після цього відкрий digiLab і вибери «0 Calibration», щоб перевірити, чи систему відкалібровано на нуль.
• Натисни «Start».
• Потім обережно торкнися блакитної світлової кнопки над електромагнітним тримачем, щоб вивільнити MotionDot.
• Після завершення вимірювання натисни «Stop».

Схематичне зображення вивільнення тіла

Фрагмент із digiLab

• Натисни кнопку «V-t», щоб показати -діаграму.

• Далі вибери ділянки даних, які показують доцільну тенденцію рівномірного зростання швидкості.

• Натисни «Fit», щоб провести через вибрані точки лінію апроксимації. Буде показано відповідні рівняння для точок у вибраному діапазоні, а також обчислене за цими точками прискорення вільного падіння .

• Повтори вимірювання й обчисли середнє значення. Далі порівняй отримані значення з табличними.

Схема досліду

Схема досліду