ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΡΧΙΚΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΣΤΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΒΟΛΗ ΤΑΞΗ Β ΤΜΗΜΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΣΧΟΛ. ΕΤΟΣ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΜΑΘΗΤΗ/ΤΡΙΑΣ:

Transcript

1 ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΑΕΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΡΧΙΚΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΣΤΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΒΟΛΗ ΤΑΞΗ Β ΤΜΗΜΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΣΧΟΛ. ΕΤΟΣ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΜΑΘΗΤΗ/ΤΡΙΑΣ: ΣΤΟΧΟΙ Να υπολογίσουν οι μαθητές/τριες την αρχική ταχύτητα u o μιας σφαίρας μικρών διαστάσεων που εκτελεί οριζόντια βολή. Να σχεδιάσουν τη βέλτιστη ευθεία μεταξύ πέντε διαφορετικών σημείων σε χαρτί μιλιμέτρ και να υπολογίσουν τη κλίση της ευθείας. Να υπολογίσουν με τη βοήθεια της κλίσης της ευθείας την τιμή της οριζόντιας ταχύτητας. Να υπολογίσουν τη αρχική ταχύτητα uo της σφαίρας με τη βοήθεια μιας φωτοπύλης και στη συνέχεια να τη συγκρίνουν με αυτή που υπολογίσθηκε με τη βοήθεια της κλίσης. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ Το θεωρητικό πλαίσιο αναφέρεται στο σχολικό εγχειρίδιο: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ (σελ.6-8). Για τον οριζόντιο άξονα της κίνησης ισχύει: 0 Για τον κατακόρυφο άξονα της κίνησης ισχύει: x u t t 1 gt Αντικαθιστούμε το χρόνο στη δεύτερη σχέση και καταλήγουμε: x u 0 1 x 1 g g( ) g X (1) u u u Η εξίσωση (1) ονομάζεται εξίσωση τροχιάς. Οπότε για να υπολογίσουμε την αρχική ταχύτητα u0 πρέπει κάθε φορά να μετράμε τις αποστάσεις χ και ψ. ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΥΛΙΚΑ 1. Διάταξη Διατήρησης της ενέργειας που υπάρχει σε όλα τα οργανωμένα ΕΦΕ Λυκείων της χλωρας (Εικόνα 1).. Καρμπόν και λευκές κόλλες χαρτί. 3. Μετροταινία ή χάρακας Επιμέλεια άσκησης: Φύττας Γ.-Φυσικός, Σφαέλος Ι.-Φυσικός ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΑΕΙ 1

2 4. Βάση στήριξης 5. Ράβδοι 0,8m και 0,3m,σφιγκτήρες και σύνδεσμοι απλοί. 6. Νήμα της στάθμης. 7. Σύστημα φωτοπύλης με ηλεκτρονικό χρονόμετρο MULTIRAMA (Δραστηριότητα ) 8. Παχύμετρο ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 1 1. Συναρμολογούμε τη διάταξη του Σχεδιαγράμματος 1 με τη βοήθεια της βάσης στήριξης, ράβδου 0,8m, ράβδου 0,3m και συνδέσμων.. Προσέχουμε ώστε το επίπεδο της διάταξης να είναι κατακόρυφο 3. Με τη βοήθεια μιας κιμωλίας κάνουμε ένα σημαδάκι σε συγκεκριμένο σημείο Α του καμπύλου μεταλλικού οδηγού σε ύψος Η απο τον εργστηριακό μας πάγκο. 4. Στο οριζόντιο επίπεδο έχουμε τοποθετήσει ένα καρμπόν και κάτω απο αυτό τις λευκές κόλλες χαρτιού ώστε να εμφανίζονται τα ίχνη της σφαίρας. 5. Απο το σημείο Γ του πάγκου αναρτούμε ένα νήμα της στάθμης μέχρι το σημείο Β. Τοποθετούμε ένα μικρό σημάδι στο Β (Εικόνα 1). Εικόνα 1 6. Απο το σημείο Α του οδηγού αφήνουμε ελεύθερη τη μικρή σφαίρα. Σύμφωνα με τη θεωρεία η σφαίρα B θα εκτελέσει οριζόντια βολή. 7. Με τη βοήθεια της μετροταινίας μετράμε τις αποστάσεις χ και ψ ( Η απόσταση ψ θα μετρηθεί από το κάτω μέρος της σφαίρας έως το οριζόντιο επίπεδο. Η απόσταση χ =ΓΔ από το ίχνος της καθέτου Β-από τη βάση της σφαίρας-έως το σημείο Δ της πρόσπτωσης στο καρμπόν). 8. Μετακινούμε τη διάταξη σε πέντε (5) διαφορετικά ύψη και μετράμε τα αντίστοιχα τις αποστάσεις χ και ψ. Καταγράφουμε τις τιμές στο παρακάτω Πίνακα 1. (Δίνεται g=980cm/s )

3 Σχεδιάγραμμα 1 Πίνακας 1 Χ(cm) Ψ(cm) Χ (cm ) Uo(cm/s) 1 17,5 17,1 306,3 93,7,6 6,5 510,8 97, , , , ,3 5 34,3 51, ,0 6 37, ,3 ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ ΤΗΣ ΑΡΧΙΚΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ 10,1 Προσέχουμε ώστε η σφαίρα να αφήνεται πάντα από το ίδιο ύψος Η ( σημείο Α) ώστε να εξασφαλιστεί η ίδια αρχική ταχύτητα u0 στo άκρo (Γ) της διάταξης. Μεταβάλουμε κάθε φορά την κατακόρυφη απόσταση ψ μετακινώντας το σύνδεσμο πάνω στην ράβδο 0,8m. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 1. Να σχεδιάσετε σε χαρτί μιλιμέτρ το διάγραμμα ψ χ με βάση τις τιμές του πίνακα. Με βάση τις τιμές του Πίνακα 1 σχεδιάζουμε στο Excel το διάγραμμα ψ χ (Γραφημα 1) 3

4 Γράφημα 1. Να υπολογίσετε την κλίση της ευθείας που προκύπτει. Απο το διάγραμμα φαίνεται ότι η κλίση είναι: 0,039 /cm. 3. Με τη βοήθεια της σχέσης : g g g x ί u 0 u0 u0 ί να υπολογίσετε τη τιμή της αρχικής ταχύτητας u 0 και να τη συγκρίνετε με τη μέση τιμή που υπολογίσατε προηγουμένως. Αντικαθιστώντας τη κλίση στη παραπάνω σχέση υπολογίζω τη τιμή της αρχικής ταχύτητας uo=11cm/s. ` ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 1.Με τη βοήθεια του παχυμέτρου υπολογίζουμε την διάμετρο της μικρής σφαίρας. Την υπολογίσαμε : δ=cm.στο τέλος της διαδρομής και στο σημείο Γ του εργαστηριακού πάγκου (Σχεδιάγραμμα ) τοποθετούμε τη φωτοπύλη έτσι ώστε η σφαίρα διερχόμενη να σκιάζει τη φωτοπύλη κατά διάστημα δ=cm και τη συνδέουμε με το ηλεκτρονικό χρονόμετρο το οποίο ρυθμίζουμε στη λειτουργία FUNCTION I. 4

5 Σχεδιάγραμμα 3.Αφήνουμε τη σφαίρα να κινηθεί ελέυθερα απο το σημείο Α του μεταλλικού οδηγού. Το χρονόμετρο καταγράφει χρόνο σκίασης ίσο με t=18,3 ms. 4.Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία άλλες τέσσερεις φορές και καταγράφουμε τους αντίστοιχους χρόνους στο Πίνακα. Πίνακας δ=cm Χρόνος σκίασης u0 (cm/s) Φωτοπύλης (ms) t 18, , , , 110 MO 107,6 5.Για κάθε χρόνο σκίασης υπολογίζουμε και την αντίστοιχη ταχύτητα u o από τη σχέση u0 (τρίτη στήλη του Πίνακα ). t 6.Τέλος βρίσκουμε τη μέση τιμή των πέντε ταχυτήτων uo=107,6cm/s 5

6 Το ποσοστό απόκλισης a απο τη τιμή της αρχικής ταχύτητας της οριζόντιας βολής που υπολογίσαμε απο τις πειραματικές τιμές της Δραστηριότητας 1 είναι: u u 11cm / s 107, 6cm / s u 11cm / s 0 0MO a 4% 0 που κειμένεται σε πολύ ικανοποιητικό επίπεδο. 6