Рух по колу з Cobra DigiMotion

Схема установки для дослідження руху по колу

Рівномірний рух по колу - це рух тіла по коловій траєкторії зі сталою за модулем швидкістю. Тіло ідеалізовано розглядають як матеріальну точку, тертям і опором повітря нехтують. Щоб підтримувати рух по колу, весь час діє напрямлена до центра доцентрова сила, яка змінює напрям швидкості, але не її модуль.

У повсякденні рівномірний рух по колу трапляється нам, наприклад, у каруселях, що обертаються, у лопатях вентилятора чи в кабінках оглядового колеса. Попри сталу за модулем швидкість, напрям руху весь час змінюється. Кінетична енергія тіла при цьому залишається сталою, тоді як напрям швидкості неперервно змінюється. За однакової лінійної швидкості справджується: що менший радіус, то більша частота, а за більшого радіуса - відповідно менша.

Попередні знання

Учні мають бути обізнані зі швидкістю, прискоренням і кутовою швидкістю . Вони мають знати, що за незмінного модуля швидкості прискорення може виникати лише через зміну напряму. Крім того, вони мають знати поняття радіуса та частоти, вміти обчислювати зв'язки між лінійною швидкістю, радіусом, кутовою швидкістю й частотою, а також аналізувати розмірності формул.

Принцип

При рівномірному русі по колу кутова швидкість , частота і період пов'язані між собою:

Навчальна мета

Учні мають зрозуміти зв'язки між кутовою швидкістю, частотою, періодом і лінійною швидкістю. Вони усвідомлюють, що за однакового радіуса лінійна швидкість пропорційна кутовій швидкості та частоті.

Завдання

Учні за допомогою MotionBoard записують рух MotionDotпо коловій траєкторії за різних частот. Вони вимірюють період і лінійну швидкість та досліджують зв'язок між частотою, кутовою швидкістю, лінійною швидкістю й радіусом.

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

Художнє зображення Чумацького Шляху, що обертається (джерело: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech))

Навіть якщо в повсякденні його часто майже не помічають, рівномірний рух по колу відіграє в природі й техніці центральну роль. Він описує рухи, за яких тіло рухається по колу зі сталою за модулем швидкістю, наприклад у каруселях, колесах чи машинах, що обертаються.

Рівномірний рух по колу є основою для розуміння всіх обертальних рухів і допомагає осягнути фізичні величини - швидкість, прискорення й доцентрову силу. Особливо важливим він став тоді, коли виявили, що планети рухаються не по колових, а по еліптичних орбітах. Це відкриття суттєво посприяло формуванню законів Галілея й Ньютона.

У цьому досліді ти ознайомишся з рівномірним рухом по колу.

Твої завдання:

1. Дай MotionDot обертатися по коловій траєкторії з різними частотами й виміряй період .
2. Повтори дослід для різних частот.
3. Дослідь результати вимірювань на закономірні зв'язки між лінійною швидкістю, кутовою швидкістю, частотою й радіусом.

iOS

Android

Windows

• Показано положення рамки, двигуна, обертального важеля та MotionDot, а також потрібні деталі.
• Затягни гвинти так, як показано на правому рисунку.
• Установи MotionDot на обертальному важелі на відстані близько і вирівняй його.
• Змонтуй двигун на призначеному кріпленні й під'єднай його.

Схема досліду

• Під'єднай блок живлення так, як показано на рисунку, стеж за правильною відповідністю кольорів плюса й мінуса.
• Поклади рамку над MotionBoard так, як показано на правому рисунку.
• На завершення закріпи кабель на рамці так, як показано на рисунку, і простеж, щоб він не заважав обертальному важелю.

Схема установки для дослідження руху по колу

Дослідження руху по колу

• Спершу переведи обертальний важіль у ліве кінцеве положення й натисни в digiLab «0 Kalibrierung».

• Спочатку встанови напругу і струм на 0.

• Увімкни живлення й поверни регулятор струму на максимальне значення.

• Далі повільно збільшуй напругу, поки не буде досягнуто .

• Уведи як радіус те значення, на яке встановлено MotionDot на обертальному важелі, і задай кількість обертів 1.

• Після цього натисни кнопку «Start», щоб розпочати випробування.

Дослідження складових руху

• Задай кількість обертів 5-10 і повтори наведені вище кроки.
• Після автоматичного запису даних вибери потрібні точки й натисни кнопку «Auswerten».
• Переустанови MotionDot на обертальному важелі в інше положення й проведи дослід ще раз.
• Змінюй напругу в межах і щоразу повторюй дослід.
• Вибери «x-t, y-t», простеж зміну розкладених складових руху й обговори зсув фаз.

Схема установки для дослідження руху по колу

Схема установки для дослідження руху по колу

Схема установки для дослідження руху по колу