ΦΥΣΙΚΗ Γ΄ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1η

(Είναι η εργαστηριακή άσκηση 7 του εργαστηριακού οδηγού)

ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Σκοποί :

* Να ασκηθούν οι μαθητές σε μετρήσεις μήκους με μετροταινία (και ύψους,   με ορθογώνιο τρίγωνο) και χρόνου με χρονόμετρο χεριού.

* Να μάθουν την ύπαρξη οργάνου οριζοντίωσης (αλφάδι) και τη χρήση του

* Να ασκηθούν στην καταχώρηση μετρήσεων σε έτοιμους πίνακες και  στην επεξεργασία των δεδομένων από τις μετρήσεις.

* Να συγκρίνουν τα πειραματικά αποτελέσματα με τα θεωρητικά προβλεπόμενα   και να πιθανολογήσουν για τις διαφορές τους.

Οργανα – Υλικά

* Οδηγός κίνησης με ευθύγραμμη διαδρομή ~1,1m και καμπύλη ~ 0,2m   (από σιδηρόδρομο κουρτινών).

* Ατσάλινη σφαίρα (μπίλια ρουλεμάν με διάμετρο μεταξύ 2α και 3α ,  όπου α είναι το πλάτος του διακένου   του οδηγού κίνησης).

* Αλφάδι – Ηλεκτρονικό χρονόμετρο χεριού (έχουν οι καθηγητές Φ.Α. του σχολείου)

* Μετροταινία – Ορθογώνιο τρίγωνο με υποδεκάμετρο.

* Πλαστελίνη και 2 …μασημένες τσίχλες, στοπ (αφετηρία κίνησης σφαίρας)    από αναδιπλωμένο φύλλο χαρτιού.

Προετοιμασία πειραματικής διάταξης

Λυγίζουμε ομαλά το ένα άκρο του αλουμινένιου οδηγού σε μήκος 20 cm , ώστε να δίνει στο άκρο του υψομετρική διαφορά ~10 cm, όταν η κάτω πλευρά είναι οριζόντια.

Για να γνωρίζουμε τα ύψη πτώσης για κάθε ξεκίνημα της σφαίρας, και να μη προσπαθούμε κάθε φορά να μετράμε, εργαζόμαστε ως εξής:

Πλαγιάζουμε τον οδηγό στο τραπέζι ώστε να εφάπτεται σε αυτό η καμπυλωμένη πλευρά του και τον σταθεροποιούμε με σελοτέιπ.

Φέρνουμε τη σφαίρα, διαδοχικά, στα δύο άκρα της ευθύγραμμης διαδρομής σε επαφή με τον οδηγό και σημειώνουμε , στο τραπέζι, την ευθεία που αντιστοιχεί στο άνω μέρος της σφαίρας.

Φέρνουμε τη σφαίρα σε διάφορα σημεία της κεκλιμένης διαδρομής, ελέγχουμε με το τρίγωνο, όπως φαίνεται στο σχήμα, το ύψος της σφαίρας και το σημειώνουμε στο πλάι του οδηγού.

Επιλέγουμε υψομετρικές διαφορές από 2 έως 7 cm.

Για να επαναλαμβάνουμε το πείραμα με την ίδια αφετηρία και να βρίσκουμε το μέσο όρο του χρόνου κίνησης στην οριζόντια διαδρομή του 1m , στο διάκενο του οδηγού κίνησης της σφαίρας σφηνώνουμε ένα εμπόδιο (stop) και το μετακινούμε, όταν θέλουμε να αλλάξουμε την υψομετρική διαφορά h.

Τέλος σταθεροποιούμε τον οδηγό με δύο τσίχλες στο τραπέζι, κατά μήκος της οριζόντιας διαδρομής, και στο σημείο εξόδου της σφαίρας τοποθετούμε ένα κομμάτι πλαστελίνη, σε σχήμα μισοφέγγαρου, για να την σταματάει και να μη πέφτει στο δάπεδο.

 Εκτέλεση του πειράματος

Από ένα σημείο του κεκλιμένου επιπέδου αφήνουμε ελεύθερη τη σφαίρα, η οποία στη συνέχεια κινείται σε οριζόντιο επίπεδο, συνέχεια του κεκλιμένου.

 Η δυναμική ενέργεια ΕΔ= mgh στο κεκλιμένο επίπεδο μετατρέπεται σε κινητική Ε_Κ=1/2mυ² στο οριζόντιο.Άρα mgh= 1/2mυ² και υ²= 2gh .

Συνεπώς η επαλήθευση της αρχής διατήρησης της μηχανικής ενέργειας ανάγεται σε μέτρηση χρόνου για ορισμένη διαδρομή στο οριζόντιο επίπεδο ( και υπολογισμό ταχύτητας ), ανάλογα με το ύψος της αφετηρίας.

Η απόσταση μέτρησης λαμβάνεται 1m και τα ύψη σημειώνονται στον οδηγό κίνησης.

ΠΙΝΑΚΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ

Παρατηρήσεις

1. Επειδή ο χρόνος κίνησης είναι μικρός η μέτρηση , για κάθε ύψος, επαναλαμβάνεται μερικές φορές και υπολογίζεται ο μέσος όρος (μείωση του σφάλματος)

2. Αν και οι τριβές είναι μικρές οι αποκλίσεις των μεγεθών υ² και 2gh είναι σημαντικές. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η σφαίρα κατά την κίνησή της περιστρέφεται και επομένως αποκτά και κινητική ενέργεια περιστροφής. Δηλαδή η κινητική ενέργεια περιλαμβάνει τον όρο ½ mυ² για την μεταφορά και τον όρο ½ Ιω² για την περιστροφή.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι Ι=2/5 mR² και υ=ωR καταλήγουμε ότι η συνολική κινητική ενέργεια (από μεταφορά και περιστροφή) είναι 7/10 mυ².

Λάβετε υπόψη σας αυτό το στοιχείο και ελέγξτε την ακρίβεια του πειράματος.