Φυσική Β΄ Λυκείου Άσκηση 1 (άσκηση 4, εργ. οδ. Α΄ Λυκείου) Φυσική Β΄ Λυκείου Άσκηση 1 (άσκηση 4, εργ. οδ. Α΄ Λυκείου) Μελέτη της οριζόντιας βολής

ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ Έτοιμη φωτογραφία πολλαπλής λήψης 2 όμοιων σφαιρών, η μία εκ των οποίων πέφτει ελεύθερα και η άλλη εκτινάσσεται οριζόντια Ημιδιαφανές χαρτί Κολλητική ταινία Διαφανής γνώμονας (τρίγωνο)

Πειραματική Διαδικασία Παρατηρούμε τη φωτογραφία 2 όμοιων σφαιρών Η μία σφαίρα εκτινάσσεται σε οριζόντια κατεύθυνση με ταχύτητα 2m/s, ενώ η άλλη αφήνεται την ίδια στιγμή να πέσει. Το διάστημα μεταξύ δύο διαδοχικών αναλαμπών (φωτογραφήσεων) είναι 1/30 του δευτερολέπτου Οι λευκές γραμμές είναι παράλληλα (οριζόντια) νήματα που απέχουν 15cm το ένα από το άλλο

Πειραματική Διαδικασία Μετράμε στη φωτογραφία την απόσταση δύο διαδοχικών νημάτων σε mm. Βρίσκουμε την κλίμακα της φωτογραφίας (δηλαδή πόση πραγματική απόσταση αντιστοιχεί σε 1mm της φωτογραφίας.

Πειραματική Διαδικασία Παρατηρούμε: Τι είδους κίνηση κάνει η σφαίρα που αφήνεται ελεύθερη (θεωρούμε την αντίδραση του αέρα αμελητέα); Η σφαίρα που εκτοξεύεται, εκτός από την οριζόντια κίνηση, κάνει και κατακόρυφη κίνηση υπό την επίδραση του βάρους της. Είναι όμοιες οι κατακόρυφες κινήσεις των 2 σφαιρών; Η πτώση της σφαίρας που εκτοξεύτηκε επηρεάζεται από την οριζόντια κίνησή της;

Πειραματική Διαδικασία Στερεώνουμε με κολλητική ταινία επάνω στη φωτογραφία ένα ημιδιαφανές χαρτί Σημειώνουμε πάνω στο ημιδιαφανές χαρτί, με κουκίδες, τα κέντρα των δύο σφαιρών Οι διαδοχικές θέσεις της σφαίρας που αφέθηκε ελεύθερη καθορίζουν την κατεύθυνση της κατακόρυφης. Σχηματίζουμε πάνω στο χαρτί τους 2 άξονες, Οx και Οy.

Πειραματική Διαδικασία Συγκρίνουμε τις οριζόντιες μετατοπίσεις Δx της σφαίρας που εκτοξεύτηκε, αγνοώντας τις 3 πρώτες. Τι κίνηση κάνει κατά την οριζόντια κατεύθυνση η σφαίρα αυτή και γιατί; Επηρεάζει την οριζόντια κίνηση της σφαίρας η ύπαρξη κατακόρυφης κίνησης;

Υπολογισμός της επιτάχυνσης της βαρύτητας Μετράμε τις συντεταγμένες x και y, για καθεμία από τις 6 τελευταίες θέσεις της σφαίρας που εκτοξεύτηκε – Συμπληρώνουμε τις στήλες α και β του πίνακα 1 Μετατρέπουμε τις τιμές των συντεταγμένων σε πραγματικές τιμές, με βάση την κλίμακα – Συμπληρώνουμε τις στήλες γ και δ. Υπολογίζουμε το πηλίκο y/x για κάθε θέση – Συμπληρώνουμε τη στήλη ε. Αποστάσεις σε τιμές κλίμακας Αποστάσεις σε πραγματικές τιμές α β γ δ ε x (mm) y (mm) x (m) y (m) y/x 1 2 3 4 5 6

Υπολογισμός της επιτάχυνσης της βαρύτητας Κατασκευάζουμε τη γραφική παράσταση της y/x=f(x) (στήλες γ και ε) Υπολογίζουμε την κλίση της ευθείας η οποία θα ισούται με Γνωρίζοντας την τιμή της ταχύτητας υ0=2m/s υπολογίζουμε το g

Εναλλακτική μέθοδος

ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ Μεταλλική σφαίρα Μηχανισμός εκτίναξης σφαίρας Βαθμολογημένος κανόνας 1m Ηλεκτρονικό χρονόμετρο, Φωτοπύλη, τροφοδοτικό χαμηλής τάσης Καρμπόν Διαστημόμετρο Νήμα της στάθμης

Πειραματική Διαδικασία Πραγματοποιούμε την παρακάτω διάταξη

Πειραματική Διαδικασία Εκτοξεύουμε οριζόντια τη σφαίρα από ύψος y1 Βάζουμε ένα καρμπόν εκεί που πέφτει η σφαίρα και μετράμε την απόσταση x1 από το νήμα της στάθμης Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία για 3 ύψη ακόμα και συμπληρώνουμε τον πίνακα α/α y (m) x (m) x2 (m2) 1 2 3 4

Πειραματική Διαδικασία Συγκρίνουμε τη μέση τιμή της οριζόντιας ταχύτητας για τις διαφορετικές θέσεις της σφαίρας Τι κίνηση κάνει κατά την οριζόντια κατεύθυνση η σφαίρα αυτή και γιατί; Επηρεάζει την οριζόντια κίνηση της σφαίρας η ύπαρξη κατακόρυφης κίνησης;

Πειραματική διαδικασία Κατασκευάζουμε τη γραφική παράσταση της y=f(x2) Υπολογίζουμε την κλίση της ευθείας η οποία θα ισούται με Γνωρίζοντας την τιμή του g=9,81m/s2 υπολογίζουμε την ταχύτητας υ0

Επαλήθευση της τιμής της ταχύτητας

Επαλήθευση της τιμής της ταχύτητας Μετράμε με το διαστημόμετρο τη διάμετρο της σφαίρας. δ = ……… Μετράμε με το χρονόμετρο το χρόνο διέλευσης της σφαίρας (λειτουργία F1) Δt = ……… Υπολογίζουμε την ταχύτητα διέλευσης της σφαίρας από τη φωτοπύλη, η οποία συμπίπτει με την οριζόντια συνιστώσα της ταχύτητας υο υο= δ/Δt = ………….. Είναι ίδιες οι τιμές που βρήκαμε με τους 2 τρόπους; Που μπορεί να οφείλεται η πιθανή διαφορά;

Εναλλακτική μέθοδος 2

ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ Χρωματιστή σφαίρα (τέτοια ώστε να κάνει αντίθεση με το χρώμα του πίνακα), διαμέτρου 2-3cm Μηχανισμός εκτίναξης σφαίρας Βαθμολογημένος κανόνας 1m Πίνακας, κιμωλία Ψηφιακή φωτογραφική μηχανή (pocket, κινητού, web camera…)

Πειραματική Διαδικασία Σχηματίζουμε οριζόντιες και κάθετες γραμμές στον πίνακα, σε απόσταση 10cm μεταξύ τους, σχηματίζοντας έτσι ένα σύστημα αξόνων Στήνουμε το μηχανισμό εκτίναξης της σφαίρας έτσι ώστε να συμπίπτει με το άξονα y, και η σφαίρα να ξεκινάει από το σημείο (0,0) Εκτινάσσουμε τη σφαίρα ενώ το καταγράφουμε σε βίντεο

Πειραματική Διαδικασία Δεχόμαστε σα μονάδα χρόνου το χρόνο λήψης ενός καρέ. Παίζοντας το βίντεο καρέ-καρέ, καταγράφουμε σε πίνακα τον αριθμό των καρέ που παίχτηκαν και τις συντεταγμένες της σφαίρας βίντεο

t (καρέ) x (cm) y (cm) 28 25 5 40 35 10 58 50 68 65 87 75 97 80

Πειραματική Διαδικασία Από τον πίνακα κάνουμε τις γραφικές παραστάσεις των y και x συναρτήσει του χρόνου Από το διάγραμμα συμπεραίνουμε ότι η κίνηση στον άξονα x είναι ευθύγραμμα ομαλή και στον άξονα y επιταχυνόμενη

Πειραματική Διαδικασία Αν κάνουμε τή γραφική παράσταση του y συναρτήσει του τετραγώνου του χρόνου: t2 (cm) y (cm) 784 5 1600 10 3364 25 4624 40 7569 65 9409 80 Από το διάγραμμα συμπεραίνουμε ότι η κίνηση στον άξονα y είναι ευθύγραμμα ομαλά επιταχυνόμενη