Dane oryginału
Laboratory Manual for Conceptual Physics, 12th ed. / Paul G. Hewitt, Dean Baird
Authorized translation from the English language edition, entitled Laboratory Manual for Conceptual Physics, 12th Edition,by Paul Hewitt, published by Pearson Education, Inc, publishing as Pearson, Copyright ? 2015, 2010 Pearson Education.
All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, included photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc.
Polish language edition published by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Copyright ? 2024
Autoryzowane tłumaczenie z angielskiego wydania książki zatytułowanej Laboratory Manual for Conceptual Physics,wydanie dwunaste, autorstwa Paula Hewitta, opublikowane przez wydawnictwo Pearson Education, Inc.,publikujące jako Pearson, Copyright ? 2015, 2010 Pearson Education.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Żaden fragment tej książki nie może być powielany ani rozpowszechniany w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób, elektronicznie lub mechanicznie. w tym za pomocą fotokopii, nagrań czy dowolnego systemu przechowywania i wyszukiwania informacji bez zgody Pearson Education, Inc.
Wydanie polskie opublikowane przez Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Copyright ?2024
Projekt okładki i stron tytułowych: Bartosz Dobrowolski
Ilustracje na okładce: Paul G. Hewitt
Przekład z języka angielskiego: Małgorzata Dąbkowska-Kowalik na zlecenie Witkom, Witold Sikorski
Wydawcy: Karol Zawadzki i Renata Włostowska
Redaktor prowadzący: Adam Kowalski
Redaktor: Izabela Ewa Mika
Produkcja: Mariola Grzywacka
Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwo Naukowe PWN S.A.: Michał Latusek
Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.
Szanujmy cudzą własność i prawo. Więcej na www.legalnakultura.pl
Polska Izba Książki
Copyright ? for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA
Warszawa 2024
ISBN 978-83-01-23855-1
eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2024 r. (Wydanie I)
Warszawa 2024
Wydawnictwo Naukowe PWN SA
02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2
tel. 22 69 54 221, faks 22 69 54 288
infolinia 801 33 33 88
e-mail:[email protected], [email protected]
www.pwn.pl
Podziękowania
Na propozycje zajęć opisanych w tym podręczniku do laboratorium miało wpływ wiele autorytetów. Największy wpływ na Deana wywarł jego mentor, Walter Scheider, z liceum Huron High w Ann Arbor w stanie Michigan.
Obaj Autorzy są wdzięczni kolegom z Amerykańskiego Stowarzyszenia Nauczycieli Fizyki (American Association of Physics Teachers, AAPT) za niekończący się strumień wspaniałych pomysłów, rozwiązań technicznych i demonstracji, które pobudzały naszą kreatywność. Wykładowcy fizyki to grupa bardzo błyskotliwych i pomysłowych ludzi, którzy swe umiejętności prezentują na krajowych spotkaniach AAPT. Na początku działalności w AAPT autorytetami dla Deana byli Dewey Dykstra i Jim Minstrell.
Z oddziału AAPT w północnej Kalifornii i Nevadzie wywodzi się wielu wyjątkowych nauczycieli fizyki, których wkład we wspomniane spotkania przyniósł nam niezliczone korzyści. Clarence Bakken, Dan Burns, Ann Hanks, Steve Keith i David Kagan przez lata udzielali obu autorom nieocenionych wskazówek.
Interaktywne muzeum nauki Exploratorium w San Francisco to ośrodek znany nie tylko w północnej Kalifornii, ale i na całym świecie. Jest jasnym punktem na mapie nauki i pokazów doświadczalnych. Paul Doherty i Dan Rathjen dostarczają nauczycielom fizyki perełek, które są proste i skuteczne. Ich wysiłek widać również w tym podręczniku.
Za pomysły doświadczeń Autorzy są wdzięczni prowadzącym PTSOS [Physics Teachers SOS]: Paulowi Robinsonowi z San Mateo High School w Kalifornia, Jessice Downing z Natomas w Kalifornii oraz emerytowanym nauczycielom fizyki Howiemu Brandowi i Earlowi Feltybergerowi, a za ostateczną korektę manuskryptu - Lillian Lee Hewitt.
Szczególnie wyrazy wdzięczności należą się (emerytowanej) nauczycielce fizyki z Rio Americano, Lucy Jeffries, za jej cierpliwość do ciągłego testowania eksperymentów Deana, za opinie na temat laboratoriów, a także za jej gotowość do wspólnego wypłynięcia na wzburzone wody komputerowych zajęć laboratoryjnych!
Źródłem inspiracji znacznej części treści tego podręcznika byli studenci fizyki z Rio Americano. To oni również stanowili najważniejsze źródło opinii dotyczących poprawek do tych wszystkich doświadczeń na długo, zanim zostały one włączone do niniejszego podręcznika.
Zdaniem Deana nikt nie miał większego wpływu na jego sposób nauczania fizyki niż współautor, Paul Hewitt. Jak mówi Dean: "Praca Paula przez lata była najważniejszą gwiazdą w konstelacji, według której sterowałem statkiem mojego programu nauczania".
Zdaniem Paula, nikt nie jest w stanie lepiej nawiązać kontaktu ze studentami w laboratorium niż Dean Baird. Z tego właśnie powodu Paul wybrał Deana na współautora tego podręcznika - który jest o wiele bardziej w stylu Bairda niż Hewitta!
O Autorach
Paul G. Hewitt, były bokser, poszukiwacz uranu, sign painter[1] i rysownik, studia podjął w wieku 28 lat i zakochał się w fizyce. Karierę nauczycielską rozpoczął w 1964 roku w City College of San Francisco. W 1971 roku ukazało się pierwsze wydanie Conceptual Physics, podręcznika fizyki, który zrewolucjonizował nauczanie fizyki, przeznaczonego dla tych, którzy nie parają się nauką.
Hewitt brał urlopy, aby uczyć fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim, zarówno w kampusach Berkeley, jak i Santa Cruz, oraz na Uniwersytecie Hawajskim w kampusach Hilo i Manoa. Prowadził ogólnie dostępny, wieczorowy kurs w Exploratorium w San Francisco. W 2000 roku Exploratorium uhonorowało Hewitta nagrodą Outstanding Educator Award.
W uznaniu osiągnięć Hewitta Amerykańskie Stowarzyszenie Nauczycieli Fizyki (AAPT) przyznało mu nagrodę Millikan Award za wybitny wkład w nauczanie fizyki.
Hewitt tworzy kolumnę rysunkową "Figuring Physics" dla miesięcznika AAPT, The Physics Teacher. Jego popularne screencasty "Hewitt Drew It!" można znaleźć na YouTube.
Dean Baird i Paul Hewitt
Dean Baird, były gazeciarzem i pakowaczem w sklepie spożywczym, rozpoczął studia w wieku 17 lat i zakochał się w fizyce. W 1986 roku został nauczycielem fizyki w Rio Americano High School w Sacramento. W 1986 roku zaczął pisać książkę The Book of Phyz, a w 2000 roku na swojej stronie internetowej http://phyz.org opublikował związany z nią kompleksowy program nauczania fizyki.
Baird pełnił funkcję mentora w finansowanym przez NSF programie Southern California Area Mentors of Physics Instruction, zasiadał w radzie redakcyjnej egzaminów AAPT oraz był członkiem zarządu Amerykańskiego Stowarzyszenia Nauczycieli Fizyki Północnej Kalifornii i Nevady (NCNAAPT). Służył Kalifornijskiemu Departamentowi Edukacji jako członek zespołu piszącego Golden State Exam oraz Assessment Review Panel.
W uznaniu osiągnięć Bairda NCNAAPT oraz AAPT uhonorowały go odznaczeniami Distinguished Service Citation[2]. W 2012 roku otrzymał Prezydencką Nagrodę za Doskonałość w Nauczaniu Matematyki i Nauk Ścisłych.
Baird jest autorem podręczników do zajęć laboratoryjnych do Conceptual Physical Science i Conceptual Integrated Science.
Do nauczyciela/instruktora
Uprawianie fizyki to cel, który nam przyświecał przy pisaniu tego podręcznika do zajęć laboratoryjnych. Zawiera on opis szeregu doświadczeń, pokazów i zajęć przy komputerze z wykorzystaniem symulacji, które są ściśle powiązane z jedenastym wydaniem książki Conceptual Physics [3].
Duża liczba i różnorodność doświadczeń przedstawionych w tym podręczniku ma na celu umożliwienie dokonania wyboru podczas przygotowywania zajęć laboratoryjnych. Przy ich doborze prawdopodobnie istotna będzie kwestia dostępnego sprzętu, rekwizytów, miejsca i ograniczeń czasowych[4]. Chodziło nam o to, aby było w czym wybierać.
Zajęcia określone jako obserwacje zjawiska mają często charakter jakościowy i stosunkowo szybko można je wykonać. Mogą obejmować przewidywanie, obserwację i wnioskowanie. Odpowiedzi są zazwyczaj werbalne, ale mogą również obejmować proste szkice. W niektórych przypadkach doświadczenia po prostu przygotowują scenę dla konkretnego materiału z rozdziału podręcznika Fizyka wokół nas; w innych przypadkach podsumowują zawarte w nim zagadnienia.
Doświadczenia obejmują głównie dokonywanie pomiarów oraz przeprowadzanie zarówno ocen jakościowych, jak i ilościowych. Doświadczenia mogą rozszerzać materiał z rozdziału podręcznika Fizyka wokół nas, a niektóre z nich wymagają odrobiny wiedzy z algebry i trygonometrii.
Część zajęć przy komputerze obejmuje użycie oprogramowania pomiarowego, które wymaga czujników współpracujących z komputerem, a także oprogramowania do zbierania i analizy danych. Choć podręczne narzędzia do zbierania danych stają się coraz bardziej popularne, oprogramowanie sondujące z interfejsem komputerowym pozwala grupom laboratoryjnym gromadzić się wokół jednego, stosunkowo dużego ekranu i wspólnie omawiać wyniki. Niektóre zajęcia przy komputerze to symulacje[5]. Grupa Technologii Nauczania Fizyki (Physics Education Technology Group) Uniwersytetu Kolorado (PhET) nieustannie opracowuje zaawansowane symulacje komputerowe. Podczas gdy niektóre zajęcia oparte na symulacjach mogą funkcjonować jako zadania dla jednego uczestnika zajęć, często są one bardziej wartościowe, gdy pracuje nad nimi grupa. Dyskusje w grupach podczas tych zajęć przynoszą ogromne korzyści wszystkim ich uczestnikom.
Pokazy to doświadczenia, które po prostu nie są możliwe do przeprowadzenia w grupach laboratoryjnych. Na przykład niewiele instytucji ma do dyspozycji po jednym generatorze Van de Graaffa dla każdej grupy laboratoryjnej. W przeciwieństwie do pokazów na wykładach, które krótko ilustrują dość zwięzły punkt, pokazy laboratoryjne mają być rozszerzonymi lekcjami opartymi na samej demonstracji. W przypadku większości pokazów zachęca się uczniów do zaangażowania, ale pokazy są zwykle prowadzone raczej przez nauczyciela/instruktora niż przez uczniów/uczestników zajęć. W zależności od zasobów szkoły/instytucji niektóre pokazy mogą mieć formę zajęć lub warsztatów.
Należy zauważyć, że podręcznik laboratoryjny jest powiązany z podręcznikiem Fizyka wokół nas. Opis treści każdego z zajęć laboratoryjnych zawiera odniesienie do rozdziału podręcznika. Odniesienie do podręcznika jest powtórzone w lewym górnym rogu opisu wszystkich zajęć. Rysunki i inne konkretne odniesienia do podręcznika pojawiają się od czasu do czasu. Należy zachęcić uczniów/uczestników zajęć, aby przynieśli swój podręcznik do laboratorium!
Autorzy z wdzięcznością przyjmą wszelkie uwagi dotyczące doświadczeń opisanych w niniejszym podręczniku. Prosimy o przesyłanie komentarzy, uwag krytycznych i sugestii bezpośrednio do Deana Bairda na adres [email protected].
Co będzie potrzebne: podstawowa lista przyrządów, rekwizytów, odczynników
Przyrząd, rekwizyt, odczynnik
Tytuł zajęć
aerozol typu "mgła w sprayu"
Wzory dyfrakcyjne
akcelerometr cieczowy
Czy to się będzie kręcić w kółko?
akcelerometry optyczne
Czy to się będzie kręcić w kółko?
akwarium lub zlew
Utoń lub płyń
amperomierz prądu stałego (analogowy 0-1 A)
Jak zmierzyć opór?; Przerwa i zwarcie w obwodzie
arkusz kalkulacyjny (Microsoft Excel lub podobny)
Poświeć światłem
arkusz przezroczystej folii do rzutnika
Podglądanie pikseli
baloniki
Naelektryzuj się!
barwnik spożywczy (w płynie)
Czy to się będzie kręcić w kółko?; Taniec cząsteczek
baterie alkaliczne (R20, R14, N (R1), AAAA (R8D425)) oraz baterie dużej pojemności (do latarki 6 V lub zapłonowa 1,5 V)
Cytrynowa elektryczność; Baterie i żarówki; Przerwa i zwarcie w obwodzie; Elektryzujący magnetyzm; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów
bloczek
Przykładanie siły przed wózkiem
butelka dietetycznego napoju gazowanego (2 l)
Musująca fontanna
butelka plastikowa (0,5 l)
Wszystko w nadgarstku
cegła
Rzeczy, które się odbijają; Siła, z którą należy się liczyć
cewka z rdzeniem powietrznym, solenoid
Aktywator generatora
ciężarki wędkarskie, ołowiane
Łódko płyń
cukier w kostkach (10 kostek)
Urokliwa fatamorgana
cukierki mentos
Musująca fontanna
cylindry miarowe (10 ml, 100 ml, 500 ml)
Grubość naleśnika z kulek; Naleśnik z kwasu oleinowego; Eureka!; Łódko płyń
cytryna
Cytrynowa elektryczność
czujnik ruchu
Określanie odległości przy użyciu dźwięku; Przykładanie siły przed wózkiem
czujnik siły
Lustro siły
deska (równia pochyła)
Wspinanie się pod górę
dynamometry (o udźwigu 5 N, 10 N)
Chodzenie po desce; Ciężar; Lustro siły; Wspinanie się pod górę; Paradoks bliźniaczych pałek; Łódko płyń
elektrofory
Siła, z którą należy się liczyć; Elektroskop
elektromagnesy z rdzeniem powietrznym
Huśtanie magnesów
elektroskop ze złotymi listkami
Elektroskop
filtr polaryzacyjny, duży (arkusz folii polaryzacyjnej)
Zaciemnienie
filtr polaryzacyjny, mały
Zaciemnienie
fiszka (karta katalogowa)
Obraz Słońca; Kule słoneczne
folia aluminiowa
Roztapiam się, roztapiam; Cytrynowa elektryczność; Camera obscura
foremki do ciasta, aluminiowe, prostokątne (10 × 23 cm) i okrągłe, różnej wielkości (? 23 cm, ? 7,5 cm)
Łódko płyń; Siła, z którą należy się liczyć; Naelektryzuj się!
fotobramki z zegarem
Upuszczanie piłki
galwanometr
Huśtanie magnesów; Aktywator generatora
generator Van de Graaffa
Naelektryzuj się!
generatory prądu elektrycznego, ręczne
Być jak bateria; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów; Aktywator generatora
guma o szerokości 7 mm
Lustro siły
gumki recepturki
Silnikowe szaleństwo
gwoździe, krótkie, związane sznurkiem w pęk (kilka szt.)
Woda i gwoździe
haczyki kołnierzowe
Chodzenie po desce; Ciężar; Naprężenie i sprężyna; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów
hantle (2 kg)
Usiądź na nim i obracaj się
instrukcja obsługi pojazdu (samochodu osobowego)
Ciśnienie w oponach i 18-kołowa ciężarówka
jajko (surowe)
Utoń lub płyń
kalka kreślarska
Camera obscura
kamertony (widełki stroikowe) (40-150 Hz, 300-500 Hz)
Kamerton w zwolnionym tempie; Wydaj dźwięk!
kamertony rezonacyjne (współbrzmiące) przymocowane do drewnianych pudeł rezonansowych, para
Dlaczego niebo jest niebieskie
kamień
Łódko płyń
kartka papieru (biała, czysta)
Jak zobaczyć pole magnetyczne?; Inaczej o załamaniu światła; Inaczej o rozpraszaniu światła
karty katalogowe (fiszki)
Taniec cząsteczek
kawałek drewna
Łódko płyń
kątomierz
Wspinanie się pod górę
klocek, drewniany
Przykładanie siły przed wózkiem; Rzeczy, które się odbijają
klocek, drewniany (ok. 5 × 5 × 2,5 cm)
Silnikowe szaleństwo
klocki ołowiu, drewna i styropianu o takich samych masach
Utoń lub płyń
koło rowerowe z uchwytami
Usiądź na nim i obracaj się
kołyska Newtona
Czy to się będzie kręcić w kółko?
kompasy, małe
Elektryzujący magnetyzm
komputer
Określanie odległości przy użyciu dźwięku; Przepychanie przedmiotów; Przykładanie siły przed wózkiem; Lustro siły; Odlot!; Tancerz rowerowy z Edynburga; Skok do innego świata; Kostki w basenie: gęstość; Odbijanie się od ścian; Fale na wodzie w zbiorniku; Wysoki - cichy - niski - głośny; Efekt wah-wah i dźwięki z klawiatury telefonu; Hokej w polu elektrycznym; Iskry z Johnem Trawoltażem; Elektromagnetyczne laboratorium pana Faradaya; Podglądanie pikseli; Prążki w optyce; Poświeć światłem; Szybkie datowanie izotopowe
kostki (jak kostki do gry), pomalowane: jedna strona czerwona, dwie strony niebieskie, trzy strony niepomalowane - 25 szt.
Określenie okresu połowicznego rozpadu
kostki domina (100 szt.)
Reakcja łańcuchowa
kółko pomiarowe (drogomierz)
Odlot!
kredki
Jasne światła
kubki jednorazowe na napoje, nieprzezroczyste (jak na napoje gorące)
Moneta w kubku
kubki styropianowe
Mieszanie cieczy o różnych temperaturach
kubki, izolowane
Woda i gwoździe
kulka drewniana lub z korka (o średnicy ok. 2,5 cm)
Niutonowski strzał
kulka metalowa (stalowa lub ołowiana, o średnicy ok. 2,5 cm)
Niutonowski strzał
kulka ze styropianu lub korka
Siła, z którą należy się liczyć
kulki stalowe (o średnicy ok. 13 mm, 16 mm)
Upuszczanie piłki; Traf do celu
kulki styropianowe
Naelektryzuj się!
kulki z łożyska (? 4,6 mm)
Grubość naleśnika z kulek
lampa grzewcza (promiennik podczerwieni)
Ciepło w puszce: podgrzewanie
laser o znanej długości fali
Prawa rządzące światłem
latarka (mała, jasno świecąca)
Dlaczego niebo jest niebieskie
latarka z diodą LED (źródło punktowe)
Dyfrakcja w działaniu; Dlaczego niebo jest niebieskie
latarka z żarówką (źródło punktowe)
Dyfrakcja w działaniu
linijka z podziałką centymetrową
Grubość naleśnika z kulek
linijka, metalowa z wytrawioną skalą milimetrową
Prawa rządzące światłem
lód w kostkach
Roztapiam się, roztapiam
lupa, mała (powiększenie np. 30× lub 60-100×)
Podglądanie pikseli
lustro, duże, tzw. pełnowymiarowe
Lustro ortsuL
lut bezołowiowy
Silnikowe szaleństwo
łódka zabawka, która uniesie ładunek o masie 1200 g
Łódko płyń
łyżka
Utoń lub płyń
magnes, mały (neodymowy lub równoważny)
Upuszczanie piłki
magnesy sztabkowe
Siła, z którą należy się liczyć; Jak zobaczyć pole magnetyczne?; Silnikowe szaleństwo; Aktywator generatora
magnesy sztabkowe (AlNiCo)
Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów; Aktywator generatora
materiał balastowy (nakrętki, kulki, piasek itp.)
Eureka!
mechanizm do wrzucania cukierków do napoju gazowanego
Musująca fontanna
menzurki, małe
Taniec cząsteczek
miarka (np. zwijana)
Lustro ortsuL; Prawa rządzące światłem
miernik ciśnienia w oponach
Ciśnienie w oponach i 18-kołowa ciężarówka
mieszadło
Dlaczego niebo jest niebieskie; Urokliwa fatamorgana
suwmiarka (lub mikrometr)
Grubość naleśnika z kulek
miski styropianowe
Naelektryzuj się!
młoteczek do kamertonu
Drgania w zwolnionym tempie; Wydaj dźwięk!; Dlaczego niebo jest niebieskie
modelina
Łódko płyń
moneta (5 groszy)
Kule słoneczne
moneta (im większa, tym lepsza)
Moneta w kubku
monety, małe, groszowe
Cytrynowa elektryczność
multimetr cyfrowy
Cytrynowa elektryczność
nakrętki sześciokątne
Przykładanie siły przed wózkiem
nóż mały (scyzoryk, nożyk introligatorski)
Obraz Słońca
obciążnik z hakiem
Wszystko w nadgarstku; Łódko płyń
obciążniki
Przykładanie siły przed wózkiem; Skoki na bungee ze stołu
obciążniki ołowiane
Łódko płyń
obciążniki szczelinowe (50 g, 100 g, 200 g, 500 g)
Chodzenie po desce; Ciężar; Wszystko w nadgarstku; Naprężenie i sprężyna
odczynniki chemiczne w proszku (chlorek baru, chlorek miedzi, chlorek potasu, chlorek sodu, chlorek strontu, chlorek wapnia)
Jasne światła
odtwarzacz audio z dwoma przenośnymi głośnikami
Wyłączanie dźwięku
ogniwo zapłonowe, suche (nr 6)
Cytrynowa elektryczność
okulary dyfrakcyjne ("tęczowe")
Wzory dyfrakcyjne
ołówki
Dyfrakcja w działaniu
opiłki żelaza
Jak zobaczyć pole magnetyczne?
oporniki mocy o różnych oporach (3-10 ?)
Jak zmierzyć opór?
oprawki do miniaturowych żarówek
Jak zmierzyć opór?; Baterie i żarówki; Przerwa i zwarcie w obwodzie; Być jak bateria
oprogramowanie czujnika ruchu
Określanie odległości przy użyciu dźwięku
oprogramowanie do tworzenia wykresów na podstawie danych z czujników
Jedź! Jedź! Jedź!, Przykładanie siły przed wózkiem, Lustro siły
oprogramowanie do generowania dźwięku
Wysoki - cichy - niski - głośny; Efekt wah-wah i dźwięki z klawiatury telefonu
oprogramowanie, symulacje PhET https://phet.colorado.edu [Uwaga: dostęp do symulacji można mieć przy aktywnym połączeniu internetowym lub przez pełną instalację symulacji]
Przepychanie przedmiotów; Odlot!; Skok do innego świata; Kostki w basenie: gęstość; Odbijanie się od ścian; Fale na wodzie w zbiorniku; Hokej w polu elektrycznym; Iskry z Johnem Trawoltażem; Elektromagnetyczne laboratorium pana Faradaya; Podglądanie pikseli; Prążki w optyce; Poświeć światłem; Szybkie datowanie izotopowe
palnik Bunsena
Jasne światła
pałeczka lub rurka z octanu celulozy
Siła, z którą należy się liczyć; Elektroskop
pałeczka lub rurka z PCW
Siła, z którą należy się liczyć; Elektroskop
pałki do doświadczeń z ruchem obrotowym, para
Paradoks bliźniaczych pałek
papier milimetrowy
Jedź! Jedź! Jedź!; Ciężar; Naprężenie i sprężyna; Ciśnienie w oponach i 18-kołowa ciężarówka; Ciepło w puszce: podgrzewanie; Jak zmierzyć opór?
papier pergaminowy
Jedź! Jedź! Jedź!
patelnia (duża) lub garnek z wrzącą wodą
Ogrzewanie przez zamrażanie
patyczek, drewniany
Silnikowe szaleństwo
piłeczki z różnych tworzyw, odbijające się sprężyście, Happy Ball, lub nie, Sad Ball (luzem)
Rzeczy, które się odbijają
pinezka
Obraz otworkowy
pisak/marker
Wydmuchnij!
pistolety na rzutki z przyssawkami
Niutonowski strzał
platforma obrotowa o małym współczynniku tarcia
Czy to się będzie kręcić w kółko?
płyta CD (niepotrzebna)
Elektryzujący magnetyzm
płyta grzejna
Chłodzenie przez wrzenie; Ogrzewanie przez zamrażanie
płytka plastikowa
Cytrynowa elektryczność
podstawa do prętów podpierających
Huśtanie magnesów
pojemnik z szerokim otworem (1 l)
Mieszanie cieczy o różnych temperaturach
pojemnik, przezroczysty (10 l)
Łódko płyń
pojemniki na błonę fotograficzną 35 mm (lub małe, plastikowe butelki na płyny)
Eureka!
polaryzator (duży) z filtrem zmiękczającym (cienki arkusz białego papieru lub jego odpowiednik)
Zaciemnienie
pompa próżniowa ze szklanym kloszem
Chłodzenie przez wrzenie
pompka powietrza
Odlot!
poprzeczki (krótkie pręty)
Chodzenie po desce; Ciężar; Huśtanie magnesów; Polaryzator z prętów
poziomica, mała
Chodzenie po desce
pręt nośny z podstawą
Silnikowe szaleństwo
pręt podtrzymujący, podpierający
Chodzenie po desce; Ciężar; Lustro siły; Wydmuchnij!; Rzeczy, które się odbijają; Wspinanie się pod górę; Upuszczanie piłki; Naprężenie i sprężyna; Wielki wyścig kulek; Huśtanie magnesów
pręty nośne (ok. 1 m)
Polaryzator z prętów
proszek likopodium
Naleśnik z kwasu oleinowego
pryzmaty (trójkątny, trapezoidalny)
Inaczej o załamaniu światła; Inaczej o rozpraszaniu światła
przedmioty z przezroczystego plastiku (kątomierze, widelce itp.)
Zaciemnienie
przewody łączące
Jak zmierzyć opór?; Baterie i żarówki; Przerwa i zwarcie w obwodzie; Być jak bateria; Elektryzujący magnetyzm; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów; Aktywator generatora
przewód telefoniczny (linka, nie drut, 8 m)
Polaryzator z prętów
przymiar metrowy, drewniany
Chodzenie po desce; Jedź! Jedź! Jedź!; Skoki na bungee ze stołu; Wspinanie się pod górę; Paradoks bliźniaczych pałek; Wszystko w nadgarstku; Traf do celu; Odlot!; Naprężenie i sprężyna; Wydaj dźwięk!; Obraz otworkowy; Obraz Słońca; Kule słoneczne; Prawa rządzące światłem
przyrządy do wystrzeliwania stalowej kuli poziomo, ze znaną prędkością
Traf do celu
pudełko po butach, z pokrywką
Camera obscura
pudełko tekturowe
Wydmuchnij!
puszka, pusta
Traf do celu
puszki napoju gazowanego
Utoń lub płyń
puszki radiacyjne: srebrna, czarna i biała
Ciepło w puszce: podgrzewanie
pył kredowy
Naleśnik z kwasu oleinowego
rakieta Arbor z napędem pneumatycznym
Odlot!
ręcznik papierowy
Jedź! Jedź! Jedź!; Woda i gwoździe; Ciepło w puszce: podgrzewanie; Roztapiam się, roztapiam; Wydaj dźwięk!; Cytrynowa elektryczność; Dlaczego niebo jest niebieskie; Moneta w kubku
rękawica żaroodporna lub uchwyt do garnka
Jasne światła
rękawice ochronne (ochrona przed gorącem)
Taniec cząsteczek
rozgałęźniki sygnału dźwiękowego
Wysoki - cichy - niski - głośny; Efekt wah-wah i dźwięki z klawiatury telefonu
roztwór HCl 0,1 M (= 0,1 mol/dm3)
Jasne światła
roztwór kwasu oleinowego (5 ml kwasu oleinowego w 995 ml etanolu)
Naleśnik z kwasu oleinowego
rurka (metalowa) lub pręt
Elektroskop
rurka aluminiowa (1,5 m)
Wszystko w nadgarstku
rurka (? 2,5 cm, długość 1,5 m)
Wydmuchnij!
rurka przezroczysta, akrylowa (? 2,5 cm, długość ok. 1,2 m)
Upuszczanie piłki
rurki wyładowcze zawierające różne gazy
Jasne światła
ryż preparowany
Naelektryzuj się!
rzutki z przyssawkami (do pistoletów na rzutki)
Niutonowski strzał
samochód (osobowy)
Ciśnienie w oponach i 18-kołowa ciężarówka
samochód zabawka z napędem
Jedź! Jedź! Jedź!
siatki dyfrakcyjne
Dyfrakcja w działaniu; Jasne światła
siatki dyfrakcyjne: o małej gęstości (~500?100 linii/milimetr) i o dużej gęstości (~1000?100 linii/milimetr)
Wzory dyfrakcyjne
słoiki po jedzeniu dla niemowląt, puste
Taniec cząsteczek
słuchawki
Tancerz rowerowy z Edynburga; Wysoki - cichy - niski - głośny; Efekt wah-wah i dźwięki z klawiatury telefonu
soczewka Fresnela ze starego rzutnika
Obiekty oglądane przez soczewkę nie są takie, na jakie wyglądają
soczewka rozpraszająca (wklęsła) (f = -15 cm)
Płonący obraz
soczewka skupiająca, ? 25 mm
Camera obscura
soczewki skupiające (wypukłe) (f = 15 cm)
Płonący obraz
sól kuchenna
Utoń lub płyń
spektroskop (komercyjny lub domowej roboty)
Jasne światła
spinacz biurowy
Przykładanie siły przed wózkiem
sprężyna spiralna
Naprężenie i sprężyna
sprężyny, słabe
Huśtanie magnesów
statyw (także z prętem podtrzymującym)
Rzeczy, które się odbijają; Naprężenie i sprężyna; Elektryzujący magnetyzm; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów
stojak pierścieniowy z zaciskiem wystarczająco dużym, aby pomieścić spektroskop
Jasne światła
stołek, obrotowy, o małym współczynniku tarcia
Usiądź na nim i obracaj się
stoper
Jedź! Jedź! Jedź!; Musująca fontanna; Traf do celu; Reakcja łańcuchowa
stół
Skoki na bungee ze stołu; Wspinanie się pod górę; Upuszczanie piłki; Traf do celu; Reakcja łańcuchowa
suszarka do włosów
Elektroskop
system pomiaru czasu z fotokomórkami
Wydmuchnij!
sznurki różnej długości i wytrzymałości
Chodzenie po desce; Przykładanie siły przed wózkiem; Skoki na bungee ze stołu; Wszystko w nadgarstku; Łódko płyń
szpatułki metalowe lub druty do próby płomieniowej (nichrom)
Jasne światła
szpikulec, ostry
Obraz Słońca
środek rozpraszający (do rozpuszczenia w wodzie)
Dlaczego niebo jest niebieskie; Cudowne uwięzienie światła ; Urokliwa fatamorgana; Wzory dyfrakcyjne
śrut o średnicy 4,6 mm
Grubość naleśnika z kulek
światło stroboskopowe, jasne, o dużej możliwości zmiany częstotliwości
Drgania w zwolnionym tempie
świetlówka kompaktowa (kompaktowa lampa fluorescencyjna)
Dyfrakcja w działaniu
tace do rozmrażania
Roztapiam się, roztapiam
tacka
Grubość naleśnika z kulek
talerze styropianowe, biały i czarny
Roztapiam się, roztapiam
taśma gumowa
Płonący obraz
taśma klejąca, mocna
Jedź! Jedź! Jedź!; Wszystko w nadgarstku; Wzory dyfrakcyjne
taśma maskująca
Jedź! Jedź! Jedź!; Wydmuchnij!; Eureka!; Łódko płyń; Camera obscura; Lustro ortsuL
taśma miernicza 100 m
Odlot!
tekturka 7,5 × 10 cm
Obraz otworkowy
termometr (w stopniach Celsjusza)
Mieszanie cieczy o różnych temperaturach; Woda i gwoździe; Ciepło w puszce: podgrzewanie; Chłodzenie przez wrzenie
termometr pokojowy
Wydaj dźwięk!
tkanina wełniana i jedwabna (kawałki, np. 10 cm × 10 cm)
Siła, z którą należy się liczyć; Elektroskop
tor do doświadczeń z dynamiki
Przykładanie siły przed wózkiem; Wspinanie się pod górę; Czy to się będzie kręcić w kółko
urządzenie do jednoczesnego wystrzeliwania i upuszczania
Wielki wyścig kulek
urządzenie z rurką rezonansową: cylinder z podziałką o pojemności 250 ml lub większy i rurka z PCV o długość większej niż wysokość cylindra
Wydaj dźwięk!
waga
Wydmuchnij!; Łódko płyń
waga elektroniczna
Musująca fontanna; Odlot!
waga szalkowa
Utoń lub płyń; Woda i gwoździe
wahadło w kształcie młoteczka, zakończone piłeczkami z różnych tworzyw odbijających się sprężyście lub nie
Rzeczy, które się odbijają
wiadro (10 l)
Łódko płyń; Mieszanie cieczy o różnych temperaturach
wieszak na obciążnik
Naprężenie i sprężyna
wkładka do zbiornika do obserwacji laserowych (nieprzezroczysta, biała)
Cudowne uwięzienie światła
woda
Utoń lub płyń; Eureka!; Łódko płyń; Ciepło w puszce: podgrzewanie; Drgania w zwolnionym tempie; Wydaj dźwięk!; Cytrynowa elektryczność; Dlaczego niebo jest niebieskie; Moneta w kubku; Cudowne uwięzienie światła; Wzory dyfrakcyjne
woda gorąca
Mieszanie cieczy o różnych temperaturach; Woda i gwoździe; Urokliwa fatamorgana
woda zimna
Taniec cząsteczek
woltomierz prądu stałego (analogowy 0-10 V)
Jak zmierzyć opór?
woreczek ogrzewający (woreczek z przesyconym octanem sodu)
Ogrzewanie przez zamrażanie
wózek do doświadczeń z dynamiki
Przykładanie siły przed wózkiem; Wspinanie się pod górę; Czy to się będzie kręcić w kółko
wskaźniki laserowe (różne: czerwony oraz zielony, niebieski lub fioletowy)
Cudowne uwięzienie światła; Urokliwa fatamorgana; Wzory dyfrakcyjne
zacisk pierścieniowy
Elektryzujący magnetyzm
zaciski
Wydmuchnij!; Rzeczy, które się odbijają; Wszystko w nadgarstku; Wielki wyścig kulek; Silnikowe szaleństwo
zaciski do biurety
Upuszczanie piłki
zaciski kątowe
Huśtanie magnesów; Polaryzator z prętów
zaciski pręta
Chodzenie po desce; Ciężar; Rzeczy, które się odbijają; Wspinanie się pod górę
zaciski stołowe
Chodzenie po desce; Ciężar; Lustro siły; Wspinanie się pod górę; Upuszczanie piłki; Wielki wyścig kulek
zaciski trójpalcowe
Upuszczanie piłki; Naprężenie i sprężyna
zakraplacz do oczu
Naleśnik z kwasu oleinowego
zasilacz prądu stałego (napięcia 0-6 V), regulowany
Jak zmierzyć opór?
zbiornik do obserwacji laserowych
Czy to się będzie kręcić w kółko?; Dlaczego niebo jest niebieskie; Cudowne uwięzienie światła; Urokliwa fatamorgana; Wzory dyfrakcyjne
zegar fotobramki
Wydmuchnij!; Upuszczanie piłki
zestaw do baniek mydlanych
Naelektryzuj się!
zestaw do wizualizacji pola magnetycznego
Jak zobaczyć pole magnetyczne?
zlewki (400 ml, 600 ml)
Utoń lub płyń; Drgania w zwolnionym tempie
zwierciadło wklęsłe, ręczne
Obiekty w lustrze nie są takie, na jakie wyglądają
zwierciadło wypukłe, ręczne
Obiekty w lustrze nie są takie, na jakie wyglądają
źródła światła do doświadczeń z optyki geometrycznej (lampa i przesłony oraz laser)
Płonący obraz; Inaczej o załamaniu światła; Inaczej o rozpraszaniu światła
źródło białego światła LED (np. latarka LED)
Dyfrakcja w działaniu
źródło jasnego światła (rzutnik pisma lub rzutnik slajdów)
Zaciemnienie
źródło światła żarowego, punktowe (latarka z żarówką)
Dyfrakcja w działaniu
żarówki miniaturowe (do latarki, 1,5 V lub 2,5 V, 6 V oraz 14,4 V)
Jak zmierzyć opór?; Baterie i żarówki; Przerwa i zwarcie w obwodzie; Być jak bateria
Zestawienie zajęć z symulacjami
Tytuł
Nazwa symulacji
URL
Rodzaj zajęć
Rysunki
Przepychanie przedmiotów
Siły i ruch: Podstawy
https://phet.colorado.edu/sims/html/forces-and-motion-basics/latest/forces-and-motion-basics_pl.html
Przy komputerze
R_1
Odlot!
Rzuty
https://phet.colorado.edu/sims/html/projectile-motion/latest/projectilemotion_pl.html
Doświadczenie/Przy komputerze
R_2
Skok do innego świata
Ciężarki na sprężynach
https://phet.colorado.edu/sims/html/masses-and-springs/latest/masses-and-springs_pl.html
Przy komputerze
R_3
R_4
Kostki w basenie: gęstość
Gęstość
https://phet.colorado.edu/sims/html/density/latest/density_pl.html
Przy komputerze
R_5
Odbijanie się od ścian
Gazy - właściwości
https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_pl.html
Przy komputerze
R_6
(R_7)
Fale na wodzie w zbiorniku
Interferencja fal
https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_pl.html
Przy komputerze
Simple_ripple_tank
Hokej w polu elektrycznym
Elektryczny hokej - zapożyczony z pracy Ruth Chabay
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/electric-hockey/latest/electric-hockey.html?simulation=electric-hockey&locale=pl
Przy komputerze
R_8
Iskry z Johnem Trawoltażem
John Trawoltaż
https://phet.colorado.edu/sims/html/john-travoltage/latest/john-travoltage_pl.html
Przy komputerze
R_9
(R_10)
Elektromagnetyczne laboratorium pana Faradaya
Elektromagnetyczne laboratorium Pana Faradaya
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/faraday/latest/faraday.html?simulation=faraday&locale=pl
Przy komputerze
R_11
R_12
R_13
R_14
Podglądanie pikseli
Widzenie kolorowe
https://phet.colorado.edu/sims/html/color-vision/latest/color-vision_pl.html
Przy komputerze / Obserwacja zjawiska
brak
Prążki w optyce
Interferencja fal
https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_pl.html
Przy komputerze
R_17
Poświeć światłem
Efekt fotoelektryczny
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/photoelectric/latest/photoelectric.html?simulation=photoelectric&locale=pl
Przy komputerze
R_15
Szybkie datowanie izotopowe
Datowanie gra
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/nuclear-physics/latest/nuclear-physics.html?simulation=radioactive-dating-game&locale=pl
Przy komputerze
R_16
Imię i nazwisko _____________________________________ Grupa ____________ Data ___________
Fizyka wokół nas
Obserwacja zjawiska
Pierwsze prawo dynamiki Newtona - bezwładność
Reguła równowagi
Chodzenie po desce
Cel
Pomiar sił działających na obiekt w stanie równowagi i interpretacja wyników.
Co będzie potrzebne
- przymiar metrowy, drewniany
- 2 pręty podpierające
- 2 zaciski pręta
- 2 dynamometry (o udźwigu 5 N lub 10 N)
- 2 sznurki, po 20 cm każdy
- 2 zaciski stołowe
- 2 poprzeczki (krótkie pręty)
- 2 haczyki kołnierzowe
- obciążniki szczelinowe (dwa 200 g i jeden 500 g)
- mała poziomica (opcjonalnie)
Omówienie
Malarze Burl i Paul pracują na rusztowaniu (drewniana deska zawieszona na obu końcach na linach). Mogą się zastanawiać, jakie jest naprężenie lin, które podtrzymują ich rusztowanie. Malarze są w stanie równowagi, ale jak naprężenie lin ma się do ich ciężaru oraz ciężaru rusztowania? Ciężary Burla i Paula nie zmieniają się, zmienia się natomiast naprężenie lin, gdy którykolwiek z nich przemieszcza się wzdłuż deski. W tym doświadczeniu rusztowaniem będzie drewniany przymiar metrowy. Zmierzysz siły działające na rusztowanie w różnych układach i określisz wartości sił układu w równowadze.
Rysunek 1
Przebieg doświadczenia
Krok 1: Skalibruj oba dynamometry, tak aby każdy z nich trzymany pionowo bez obciążenia wskazywał zero.
Krok 2: Rozmieść przyrządy w sposób pokazany na rysunku 1.
a) Przymocuj pręty podpierające zaciskami do stołu, tak aby były one oddalone od siebie o około 60 cm.
b) Za pomocą zacisków przymocuj poprzeczki do prętów podpierających. Zawieś dynamometr na każdej poprzeczce za pomocą haków kołnierzowych.
c) Zwiąż ze sobą końce jednego 20-centymetrowego kawałka sznurka, aby utworzyć pętlę. Zawieś pętlę na jednym dynamometrze. Powtórz tę czynność z drugim dynamometrem.
d) Zawieś drewniany przymiar metrowy (skalą centymetrową do góry) na pętlach sznurka. Wyważ tak układ, aby oznaczenie 50 cm znajdowało się po środku między pętlami sznurka, a miarka była poziomo. (Użyj poziomicy - jeśli jest dostępna - aby sprawdzić wypoziomowanie przymiaru). Ta konstrukcja jest modelem rusztowania naszych malarzy.
e) Ustaw tak przymiar, aby odczyty na skalach obu dynamometrów były takie same (lub prawie takie same). W razie potrzeby przesuń go w lewo lub w prawo albo wypoziomuj.
Krok 3: Zapisz wartości, które są na skalach obu dynamometrów.
Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________
Wartość na skali dynamometru po prawej: _____________
a) Dodaj te wartości i zapisz wynik. Jest to całkowita waga przymiaru i obu pętli sznurka.
______________________________________________________________________________________
b) Uzupełnij poniższy rysunek przymiaru o wartości działających na niego sił. Siła L to siła działająca w górę po lewej stronie, R to siła działająca w górę prawej, a W to siła ciążenia działająca w dół.
c) Jaka jest siła wypadkowa działająca na przymiar? Siła wypadkowa to suma sił z uwzględnieniem ich kierunku.
______________________________________________________________________________________
Krok 4: Ostrożnie umieść jeden obciążnik 200 g na oznaczeniu 40 cm, a drugi obciążnik 200 g na oznaczeniu 60 cm. (Reprezentują one naszych malarzy. Uważaj, żeby nie spadły!). Skieruj szczeliny w obciążnikach szczelinowych w kierunku jednego z końców przymiaru (0 lub 100 cm).
Krok 5: Zapisz wartości, które są na skalach obu dynamometrów.
Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________
Wartość na skali dynamometru po prawej: ____________
a) Jaki jest łączny ciężar przymiaru, obu pętli ze sznurka i obu obciążników?
______________________________________________________________________________________
b) Naszkicuj schemat przymiaru ze wszystkimi działającymi na niego siłami. Na schemacie uwzględnij wartości liczbowe każdej siły.
c) Jaka jest siła wypadkowa działająca na przymiar?
______________________________________________________________________________________
Krok 6: Przesuń obciążnik z 40 cm na 70 cm. Drugi obciążnik pozostaw na oznaczeniu 60 cm. Rusztowanie jest nadal w równowadze, nawet jeśli obciążenie nie jest równomiernie rozłożone.
Krok 7: Zapisz wartości, które są na skalach obu dynamometrów.
Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________
Wartość na skali dynamometru po prawej: ____________
a) Jaki jest łączny ciężar przymiaru, obu pętli ze sznurka i obu obciążników?
______________________________________________________________________________________
b) Naszkicuj schemat przymiaru ze wszystkimi działającymi na niego siłami. Na schemacie uwzględnij wartości liczbowe każdej siły.
c) Jaka jest siła wypadkowa działająca na przymiar?
______________________________________________________________________________________
d) Przeanalizuj swoje dotychczasowe ustalenia. Co jest warunkiem równowagi, warunkiem, który został spełniony we wszystkich badanych do tej pory układach?
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
Krok 8: Przyjmij, że z rusztowania korzysta dwóch malarzy o różnych masach. Przeprowadź symulację, używając obciążników 500 g i 200 g. Ostrożnie ułóż oba obciążniki na oznaczeniu 50 cm i odczytaj wskazania obu dynamometrów.
Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________
Wartość na skali dynamometru po prawej: ____________
Krok 9: Ostrożnie umieść obciążnik 200 g na oznaczeniu 60 cm, a obciążnik 500 g na oznaczeniu 40 cm, ale nie odczytuj jeszcze wskazań dynamometrów.
Ile sumarycznie wskażą oba dynamometry?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
Krok 10: Odczytaj tylko wartość, którą wskazuje dynamometr po lewej i zapisz ją.
Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________
Spróbuj przewidzieć przybliżoną wartość, którą wskaże dynamometr po prawej, i zapisz swoje przewidywania.
Przewidywana wartość na skali dynamometru po prawej: ___________________
Krok 11: Odczytaj wartość, którą wskazuje dynamometr po prawej i zapisz ją.
Wartość na skali dynamometru po prawej: __________________
Jak ma się odczytana wartość do przewidywanej?
_________________________________________________________________________________________
Krok 12: Przesuwaj obciążnik 200 g, aż oba dynamometry wskażą tę samą wartość. Zapisz położenie obciążnika 200 g.
Położenie obciążnika 200 g: __________________
Obciążnik 500 g znajduje się w odległości 10 cm od środka przymiaru. Jak daleko od środka przymiaru znajduje się obciążnik 200 g?
_________________________________________________________________________________________
Podsumowanie
1) Czy platforma z metrowego przymiaru może być w równowadze, jeśli dwie siły podpierające działające w górę są sobie równe? Jeśli tak, to podaj przykład ze swoich obserwacji.
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
2) Czy platforma z metrowego przymiaru może być w równowadze, jeśli dwie siły podpierające działające w górę nie są równe? Jeśli tak, podaj przykład ze swoich obserwacji.
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
3) Czy platforma byłaby w równowadze, gdyby masa 500 g znajdowała się na oznaczeniu 30 cm, a masa 200 g na oznaczeniu 60 cm? Wyjaśnij.
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
4) Załóżmy, że masa 500 g została umieszczona na oznaczeniu 30 cm. Gdzie można umieścić masę 200 g, aby na obu dynamometrach były takie same wskazania? Uzasadnij swoją odpowiedź.
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
5) Czy można użyć tych samych mas, aby na obu dynamometrach były takie same wskazania, jeśli masa 500 g byłaby umieszczona na oznaczeniu 20 cm? Jeśli tak, to gdzie należy umieścić masę 200 g? Jeśli nie, to dlaczego?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
Imię i nazwisko _____________________________________ Grupa ____________ Data ___________
Fizyka wokół nas
Doświadczenie
Ruch prostoliniowy: prędkość
Podstawy graficznego opisu ruchu
Jedź! Jedź! Jedź!
Cel
Narysowanie wykresu przedstawiającego ruch obiektu.
Co będzie potrzebne
- samochód zabawka z napędem (z możliwością ustawienia stałej prędkości poruszania się)
- papier pergaminowy (lub nieperforowany ręcznik papierowy, lub kilka arkuszy papieru sklejonych taśmą)
- taśma (klejąca lub maskująca)
- stoper - przymiar metrowy - papier milimetrowy
Omówienie
Czasami zależność między dwiema wielkościami jest łatwa do zauważenia, a czasami trudniej jest ją dostrzec. Naturę zależności dwóch wielkości często widać na wykresie. Na tych zajęciach narysujesz wykres ilustrujący ruch rzeczywistego obiektu.
Przebieg doświadczenia
Będziesz obserwować ruch samochodu zabawki. Śledząc zmiany jego położenia w czasie, możesz narysować wykres, który przedstawia jego ruch. Niech w tym celu samochód porusza się wzdłuż dłuższego boku arkusza papieru pergaminowego. W odstępach 1-sekundowych zaznacz położenie samochodu. W ten sposób powstanie kilka uporządkowanych par danych - położenie w odpowiadających mu chwilach. Następnie można zaznaczyć te uporządkowane pary w układzie współrzędnych na papierze milimetrowym, aby utworzyć wykres przedstawiający ruch samochodu. W wykonaniu doświadczenia będą pomagać inni uczestnicy zajęć.
Krok 1: Przymocuj taśmą papier pergaminowy do blatu stołu. Powinien on być jak najbardziej płaski - bez żadnych wzniesień ani pofałdowań.
Krok 2: Jeśli prędkość samochodu można regulować, ustaw ją na "wolno".
Krok 3: Ustaw tak samochód, aby przejechał przez całą długość stołu. Włącz go i wykonaj kilka próbnych przejazdów, aby sprawdzić, czy jedzie prosto.
Krok 4: Przećwicz korzystanie ze stopera. W tym doświadczeniu osoba obsługująca stoper musi wołać coś w rodzaju "Jedź" w każdym 1-sekundowym przedziale. Wypróbuj to, aby wyczuć 1-sekundowy rytm.
Krok 5: Przećwicz wykonanie doświadczenia, prosząc o pomoc innych uczestników zajęć.
a) Ustawcie tak samochód, aby przejechał wzdłuż papieru pergaminowego, i puśćcie go.
b) Jak już zacznie jechać, osoba obsługująca stoper uruchomia go i mówi: "Jedź!".
c) Inna osoba z grupy powinna zajmować się zaznaczaniem położenia przodu lub tyłu samochodu na papierze za każdym razem, gdy osoba obsługująca stoper zawoła "Jedź!". W tym celu wystarczy dotknąć papieru w odpowiednich miejscach gumką ołówka.
d) Osoba obsługująca stoper nadal woła "Jedź!" (nie "1, 2, 3, ...") raz na sekundę, a druga osoba dalej zaznacza położenie samochodu, aż dotrze on do końca papieru lub stołu. Uważajcie, aby samochód nie zjechał ze stołu!
Krok 6: Wykonajcie zadanie.
a) Skierujcie samochód tak, aby przejechał wzdłuż papieru pergaminowego, i puśćcie go. W tym momencie na papierze nie ma żadnych śladów. Żadnych! Samochód porusza się, a na papierze nie ma zrobionych żadnych śladów.
b) Gdy samochód zacznie się poruszać, osoba obsługująca stoper włączy go i powie: "Jedź!".
c) Inna osoba z grupy będzie zaznaczać położenie przodu lub tyłu samochodu na papierze za każdym razem, gdy osoba obsługująca stoper powie: "Jedź!". Nie róbcie żadnych znaków na papierze, dopóki samochód nie ruszy. Powstrzymajcie się przed zaznaczaniem położenia samochodu, gdy jest on w spoczynku!
d) Osoba obsługująca stoper kontynuuje wołanie "Jedź!" (nie "1, 2, 3, ...") raz na sekundę, a druga osoba dalej zaznacza położenie samochodu, aż samochód dotrze do końca papieru lub stołu. Uważajcie, aby samochód nie zjechał ze stołu!
Krok 7: Opiszcie zaznaczone punkty. Pierwszy punkt oznaczcie "0", drugi "1", trzeci "2" i tak dalej. Etykiety te oznaczają czas, w którym punkty zostały zaznaczone.
Krok 8: Zmierzcie - w centymetrach - odległości każdego punktu od punktu oznaczonego "0". (Punkt "0" znajduje się 0 cm od samego siebie). Zapiszcie odległości w tabeli danych. Nie martwcie się, jeśli nie macie tylu punktów, ile jest dostępnych miejsc w tabeli.
Tabela danych
Czas t [s]
0
1
2
3
4
Położenie x [cm]
0
Krok 9: Sporządź na papierze milimetrowym wykres zależności położenia od czasu. Nadaj wykresowi tytuł "Położenie względem czasu". Na osi poziomej niech będzie czas, a na osi pionowej - położenie. Oznacz oś poziomą symbolem wielkości i jednostką miary: t [s]. Oznacz oś pionową w podobny sposób: x [cm]. Utwórz skalę na obu osiach, zaczynając od 0 i zaznaczając wartości, tak aby wszystkie dane zmieściły się na wykresie. Przyjmij taką skalę, aby dane wypełniły jak największą powierzchnię układu współrzędnych.
Równie dobrze można by utworzyć wykres zależności czasu od położenia. Z kilku powodów lepiej jednak rysować wykres zależności położenia od czasu. W tym doświadczeniu czas jest tym, co nazywamy "zmienną niezależną". Oznacza to, że bez względu na to, jak szybko lub wolno jechał samochód, zawsze oznaczaliśmy jego położenie w równych odstępach czasu. To my wyznaczaliśmy przedziały czasu, a samochód "wyznaczał" zmiany położenia, które dokonywał w każdym przedziale. Ale zmiana położenia samochodu w każdym przedziale czasu zależała od wybranego przez nas przedziału czasu. Położenie nazywamy więc "zmienną zależną". Zazwyczaj tak układamy wykres, aby oś pozioma reprezentowała zmienną niezależną, a oś pionowa - zmienną zależną.
Ponadto nachylenie wykresu położenia względem czasu mówi nam więcej niż nachylenie wykresu czasu względem położenia, jak zobaczymy później.
Krok 10: Narysuj linię najlepszego dopasowania. W tym przypadku linia najlepszego dopasowania powinna być pojedynczą linią prostą. Użyj linijki. Ustaw tak linijkę, tak aby narysowana linia przechodziła jak najbliżej wszystkich punktów danych. Linia może przechodzić powyżej niektórych punktów i poniżej innych. Nie rysuj po prostu linii łączącej pierwszy punkt z ostatnim. Przykład jest pokazany na rysunku 1.
Krok 11: Określ nachylenie linii prostej. Nachylenie jest często określane jako "szybkość wznoszenia się". Aby określić nachylenie linii, wykonaj następujące czynności.
a) Wybierz dwa dogodne punkty na linii. Powinny one znajdować się dość daleko od siebie. Dogodne punkty to te, które przecinają linie siatki na papierze milimetrowym.
b) Narysuj poziomą linię prostą w prawo od dolnego dogodnego punktu, po czym narysuj pionową linię prostą w dół od górnego dogodnego punktu, aż do uzyskania trójkąta jak na rysunku 2. Będzie to trójkąt prostokątny, ponieważ linie pozioma i pionowa przetną się pod kątem prostym.
c) Znajdź długość poziomego odcinka na wykresie (poziomego boku trójkąta). To jest "przyrost czasu". Nie używaj linijki; długość należy wyrazić w jednostkach zaznaczonych na osi poziomej - w tym przypadku w sekundach.
Przyrost czasu: ____________________ s.
d) Zmierz długość pionowego odcinka na wykresie (poziomego boku trójkąta). To jest "zmiana położenia". Nie używaj linijki; długość musi być wyrażona w jednostkach wielkości na osi pionowej. W tym przypadku są to centymetry.
Zmiana położenia: ____________________ cm.
e) Oblicz nachylenie, dzieląc zmianę położenia przez przyrost czasu. Zapisz poniżej swoje obliczenia (wraz z odpowiednimi jednostkami).
Nachylenie: ____________________ cm/s.
Podsumowanie
1) Załóżmy, że w tym doświadczeniu użyto szybszego samochodu.
a) Jak zmieniłyby się odległości między znakami na papierze?
_________________________________________________________________________________________
b) Jak zmieniłby się czas jazdy samochodu po papierze przed dotarciem do krawędzi stołu?
_________________________________________________________________________________________
c) Jak zmieniłby się wynikowy wykres zależności odległości od czasu? (Jak zmieniłoby się nachylenie?)
_________________________________________________________________________________________
2) Dodaj do wykresu linię reprezentującą szybszy samochód. Oznacz ją odpowiednio.
3) Załóżmy, że w tym doświadczeniu użyto wolniejszego samochodu.
a) Jak zmieniłyby się odległości między znakami na papierze?
_________________________________________________________________________________________
b) Jak zmieniłby się czas jazdy samochodu po papierze przed dotarciem do krawędzi?
_________________________________________________________________________________________
c) Jak zmieniłby się wynikowy wykres zależności odległości od czasu? (Jak zmieniłoby się nachylenie?).
_________________________________________________________________________________________
4) Dodaj do wykresu linię reprezentującą wolniejszy samochód. Oznacz ją odpowiednio.
5) Załóżmy, że akumulator samochodu rozładował się podczas jazdy i samochód powoli się zatrzymał.
a) Co stanie się z odstępem między znakami, gdy samochód zwolni?
_________________________________________________________________________________________
b) Dodaj do wykresu linię przedstawiającą zwalniający samochód. Oznacz ją odpowiednio.
_________________________________________________________________________________________
6) Jakiego rodzaju ruch przedstawia każdy z tych wykresów? Innymi słowy, co robił samochód, aby powstały takie wykresy ruchu?
Wykres A
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
Wykres B
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
