Baza techniczna do eksperymentów

Transkrypt

1 IMPORTER: educarium spółka z o.o. ul. Grunwaldzka 207, Bydgoszcz tel. (52) , faks (52) , info@educarium.pl portal edukacyjny: sklep internetowy: Doświadczenia studenta / Podręcznik / Mechanika 1 P9160-4B Za pomocą modułu Mechanika możemy wykonać następujące eksperymenty: 1. POMIARY WIELKOŚCI FIZYCZNEJ: MES 1.1 DŁUGOŚĆ POMIARU ZA POMOCĄ TAŚMY I SUWMIARKI MES 1.2 OBJĘTOŚĆ MATERIAŁÓW STAŁYCH I CIEKŁYCH MES OBJĘTOŚĆ GAZÓW MES 1.3 POMIAR CZASU MES 1.4 MASA I JEDNOSTKI MASY MES 1.5 GĘSTOŚĆ CIAŁ STAŁYCH MES 1.6 GĘSTOŚĆ CIECZY MES OZNACZANIE GĘSTOŚCI CIECZY (METODA OSCYLACYJNA Z U-RURKĄ). 2. SIŁY: MES 2.1 MES 2.2 MES 2.3 MES 2.4 MES 2.5 MES MES 2.6 MES 2.7 MES 2.8 MES SIŁA CIĘŻKOŚCI POMIAR SIŁY WYDŁUŻENIE SPRĘŻYNY ŚRUBOWEJ (PRAWO HOOKE'A) KIERUNEK SIŁY I PUNKT UDERZENIA SKŁAD SIŁ - RÓWNOLEGŁOBOK SIŁ SKŁAD TRZECH SIŁ RÓWNIA POCHYŁA ROZKŁAD SIŁ NA RÓWNI POCHYŁEJ SIŁA TARCIA OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA 3. PROSTE MASZYNY: MES 3.1 DŹWIGNIA DWUSTRONNA MES 3.2 MODEL WAGI BELKOWEJ MES 3.3 DŹWIGNIA JEDNOSTRONNA MES 3.4 PROSTE STAŁE KOŁO PASOWE MES 3.5 KOŁO PASOWE Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o.

2 MES 3.6 MES 3.7 MES 3.8 MES 3.9 MES 3.10 MES 3.11 POJEDYNCZY WCIĄGNIK WIELOKRĄŻKOWY ZŁOŻONY WCIĄGNIK WIELOKRĄŻKOWY PRACA MECHANICZNA PRACA NA RÓWNI POCHYŁEJ STABILNOŚĆ PRACA PRZY PRZEWROCIE 4. HYDROSTATYKA. MES 4.1 NACZYNIA POŁĄCZONE MES 4.2 WPŁYW CIŚNIENIA POWIETRZA MES 4.3 SIŁA WYPORU MES 4.4 PRAWO ARCHIMEDESA MES 4.5 NOŚNOŚĆ STATKU MES 4.6 MODEL AREOMETRU MES 4.7 CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE MES 4.8 KAPILARNOŚĆ DŁUGOŚĆ POMIARU ZA POMOCĄ TAŚMY I ZACISKU MES 1.1 1x Taśma miernicza 1x Blok aluminium 1x Suwmiarka z noniuszem, plastikowa Dodatkowo wymagane: 1x Kartka papieru DŁUGOŚĆ POMIARU ZA POMOCĄ TAŚMY I ZACISKU MES 1.1 Postaraj zapoznać się z dokładnością pomiaru taśmy mierniczej i suwmiarki. Zmierz krawędzie kartki A4 przy pomocy taśmy mierniczej, a następnie oblicz jej powierzchnię. Dokładność pomiaru taśmy wynosi 1 mm. Następnie oblicz średnią wysokość uczniów w grupie przy Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 2

3 pomocy taśmy mierniczej. Zmierz wysokość wszystkich członków grupy. Następnie dodaj do siebie otrzymane wyniki, a potem podziel przez liczbę zmierzonych osób. Określ wielkość bloku aluminiowego za pomocą suwmiarki. Dokładność pomiaru wynosi 0,1mm. Objętość bloku można obliczyć za pomocą otrzymanych wyników. Pomiary długości mogą być przeprowadzone za pomocą suwmiarki z dokładnością do 0,1mm. Powierzchnię oraz objętość ciał o regularnym kształcie można obliczyć poprzez określenie ich wymiarów. Uwaga: Za pomocą mikrometru można dokonać jeszcze dokładniejszych pomiarów. OBJĘTOŚĆ MATERIAŁÓW STAŁYCH I CIEKŁYCH MES 1.2 1x Taśma miernicza 1x Suwmiarka z noniuszem, plastikowa 1x Zlewka plastikowa 100ml 4x Odważnik szczelinowy 50g 1x Zaczep na odważniki szczelinowe 1x Blok aluminium Dodatkowo wymagane: 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka OBJĘTOŚĆ MATERIAŁÓW STAŁYCH I CIEKŁYCH MES 1.2 Poniższe doświadczenie ma za zadanie pokazać, jak należy obliczać objętość cieczy oraz ciał o nieregularnym kształcie Oblicz objętość cieczy (wody). Nalej wodę do zlewki. Wlej dokładnie 20ml do cylindra miarowego, następnie 78 ml, a na koniec 100ml. Ćwicz odczytywanie tych objętości. 100 ml równa się 100 cm 3. Wlej wodę ponownie do zlewki Zmierz krawędzie bloku aluminium za pomocą suwmiarki. Oblicz objętość mnożąc długość przez szerokość i wysokość: V= l x b x h Objętość bloku wynosi: cm Następnie zmierz objętość bloku aluminium używając do tego celu jego wyporność objętościową. Wlej wodę do cylindra do wysokości 70 ml. Przywiąż do bloku aluminium linkę, a następnie całkowicie zanurz Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 3

4 w cylindrze z wodą. Poziom wody w cylindrze miarowym podnosi się. Odczytaj zwiększoną objętość z podziałki cylindra miarowego. Wartość wzrostu objętości odpowiada wyporności objętościowej bloku. Blok aluminium wyparł ml wody. Zatem objętość bloku wynosi. m 3. Wynik powinien zgadzać się z obliczoną objętością, z wyjątkiem niewielkiego odchylenia spowodowanego niedokładnością pomiarów Oblicz objętość ciała stałego używając do tego zjawiska wyporności objętościowej, tak jak w trzecim doświadczeniu. Jednak teraz wykorzystany zostanie obiekt o nieregularnym kształcie. Ponownie nalej 70ml wody do cylindra miarowego. Przywiąż sznurek do zaczepu, a następnie umieść na nim cztery odważniki o wadze 50g każdy. Następnie całość całkowicie zanurz w cylindrze z wodą. Odczytaj zwiększoną objętość, co pozwoli ci na określenie objętości zanurzonego w wodzie ciała (nie zapomnij odjąć 70ml od całkowitej objętości). Objętość ciała o nieregularnym kształcie wynosi 26cm 3 Objętość ciał o nieregularnym kształcie można określić poprzez obliczenie ilości wypartej wody. OBJĘTOŚĆ GAZÓW MES x Plastikowy cylinder miarowy 100ml 1x Plastikowy wężyk 100cm 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka Dodatkowo wymagane: 1x Balon 1x Woda 1x Plastikowy pojemnik OBJĘTOŚĆ GAZÓW MES W poniższym doświadczeniu zostanie zaprezentowana możliwość zmierzenia objętości gazów zmierzona zostanie objętość powietrza. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 4

5 Załóż balon na jeden koniec plastikowego wężyka (około 45cm długości) a następnie przymocuj za pomocą sznurka. Wypełnij wężyk wodą do około 2cm poniżej jego krawędzi. Następnie napełnij menzurę całkowicie wodą. Przykryj otwór ręką i włóż do wody zgodnie z rysunkiem. Kiedy otwór cylindra znajdzie się pod wodą, usuń rękę z otworu. Woda nie powinna wypływać z cylindra. Druga osoba z grupy nadmuchuje trochę balon i zakrywa otwór ręką. Wolny koniec plastikowego wężyka umieść w menzurce. Następnie wypuść nieco powietrza z balonu do menzurki w efekcie zauważysz, że powietrze wypiera wodę w menzurce do góry. Odczytaj ilość wypartej wody z menzurki. Objętość wypartej wody jest równy objętości powietrza wypuszczonego do cylindra. Dzięki temu objętość powietrza może być odczytana z menzurki. Objętość gazów można zmierzyć za pomocą wypartej wody. POMIAR CZASU MES 1.3 1x Sworzeń mocujący 1x Zacisk stołowy 1x Statyw 300mm 2x Uniwersalny zacisk 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 1x Taśma miernicza 2x Odważnik szczelinowy 50g 1x Zaczep na odważniki szczelinowe 1x Wspornik 500mm Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 5

6 Dodatkowo wymagane: 1x Stoper ręczny POMIAR CZASU MES 1.3 W poniższym doświadczeniu zostanie zaprezentowany prosty sposób na pomiar czasu. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Zamocuj zacisk stołowy wraz ze statywem do krawędzi stołu. Następnie przymocuj wspornik do statywu. Przytwierdź jeden z zacisków uniwersalnych do wspornika blisko statywu. Drugi zacisk, do którego wcześniej został przypięty sworzeń mocujący, zamocuj w górnej części wspornika. Dolny zacisk zamocuj równolegle do krawędzi stołu, z kolei górny zacisk skieruj prostopadle na zewnątrz krawędzi stołu. Zrób pętlę na obu końcach sznurka o długości 130cm. Przywiąż jeden koniec do śruby mocującej w dolnym zacisku uniwersalnym. Przewieś sznurek przez sworzeń mocujący, tak aby jego drugi koniec wisiał swobodnie w dół. Zaczep wraz z dwoma odważnikami o masie 50g zawieś na drugiej pętli sznurka. Ustaw długość wahadła od sworznia mocującego do połowy odważników dokładnie na długość 99,5cm, poruszając dolny zacisk w górę lub w dół Wpraw wahadło w ruch. Powinno ono poruszać się równolegle do krawędzi stołu. Jego amplituda natomiast nie powinna przekraczać 10 cm. W momencie, gdy wahadło zatrzymuje się po jednej stronie (punkt stacjonarny) uruchom stoper (lub też zapamiętaj pozycję wskazówki sekundowej na zegarku). Po dokładnie 20 półwahnięciach (10 półwahnięć, 1 całe wahnięcie) zatrzymaj stoper (lub też odczytaj czas z sekundomierza zegarka). Czas trwania 20 półwahnięć:... s. Czas trwania 1 półwahnięcia:...s. Długość wahadła wskazującego jedną sekundę wynosi dokładnie 99,5 cm. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 6

7 Przeprowadź pomiar czasu za pomocą powyższego wahadła kilka razy. W ten sposób można na przykład zmierzyć ilość uderzeń serca na minutę (60 sekund) ciała ludzkiego. Najpierw przeprowadzamy pomiar pulsu osoby w stanie spoczynku, a następnie po wysiłku fizycznym (krótki bieg lub wchodzenie po schodach). Można porównać otrzymane wyniki dwóch różnych osób. Czas trwania półwahnięcia wahadła o długości 99,5cm wynosi 1 sekundę (sekunda wahadłowa). Pomiary czasu można przeprowadzić za pomocą wahadła o znanym czasie wahnięcia. Jednak amplituda wahadła nie może być zbyt duża. [strona 12] MASA I JEDNOSTKI MASY MES 1.4 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm 1x Uniwersalny zacisk 1x Suwak do ekranów, sprężyn i wskazówek 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 2x Szalka wagi z zawieszeniem 1x Wskaźnik do belki wagowej 1x Skala z podziałką 1x Przesuwana podpora do belki wagowej 1x Śrut ołowiany 50g (tara) 1x Plastikowa zlewka 100ml 1x Plastikowa menzurka z podziałką 100ml 2x Odważnik szczelinowy, 50g 1x Zestaw odważników do wagi szalkowej 1x Belka wagowa Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 7

8 MASA I JEDNOSTKI MASY MES 1.4 Kiedy idziemy do sklepu i kupujemy 1kg cukru, otrzymujemy pewną masę cukru. 1kg to jednostka wielkości fizycznej masy. Przygotuj urządzenie zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść drugi pręt o długości 25cm w statywie w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny do pionowego pręta. Przytwierdź belkę wagi w miejscu górnego otworu zacisku uniwersalnego za pomocą sworznia mocującego. Wkręć wskaźnik w połowie belki wagi. Przyczep podziałkę do statywu przed prętem poziomym za pomocą przesuwanej podpory ze szczeliną. Zawieś szalki wagi na obu końcach belki wagi. Wskaźnik powinien wskazywać dokładnie środkową linię podziałki. Do uzyskania takiej pozycji belki wagi należy użyć przesuwaną podporę do belki wagi Połóż zlewkę na lewej szalce wagi. Przytrzymaj szalkę aż uzyskasz równowagę umieszczając odważniki oraz śrut do tarowania na prawej szalce wagi ( tarowanie ). Umieść 2 odważniki szczelinowe o wadze 50g na prawej szalce. Przelewaj wodę (z menzurki) do zlewki na lewej szalce aż ponownie uzyskasz równowagę. Następnie wlej wodę ze zlewki do pustej menzurki, aby określić jej objętość. Wnioski: 1. Różne masy można porównać przy pomocy podziałki. 2. Masa 1ml wody wynosi 1g, a masa 1l wody wynosi 1kg. Wynik: Masa 100ml wody wynosi 100g. [strona 14] GĘSTOŚĆ CIAŁ STAŁYCH MES 1.5 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm 1x Uniwersalny zacisk 1x Suwak do ekranów, sprężyn i wskazówek 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 2x Szalka wagi z zawieszeniem 1x Wskaźnik do belki wagowej 1x Skala z podziałką 1x Przesuwana podpora do belki wagowej 1x Suwmiarka z noniuszem, plastikowa 1x Plastikowy cylinder miarowy z podziałką 100ml 1x Zestaw odważników do wagi szalkowej 1x Blok aluminium 1x Blok żelaza, duży Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 8

9 1x Blok żelaza, mały 1x Belka wagowa [strona 15] GĘSTOŚĆ CIAŁ STAŁYCH MES 1.5 Czy większe ciało (ciało o większej objętości) ma również większa masę? Postaraj się znaleźć przykłady, które udowodnią przeciwne założenie. Poniższe pomiary pomogą nam odpowiedzieć na to pytanie. Przygotuj urządzenie zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść drugi pręt o długości 25cm w statywie w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny do pionowego pręta. Przytwierdź belkę wagi w miejscu górnego otworu zacisku uniwersalnego za pomocą sworznia mocującego. Wkręć wskaźnik w połowie belki wagi. Przyczep podziałkę do statywu przed prętem poziomym za pomocą przesuwanej podpory ze szczeliną. Zawieś szalki wagi na obu końcach belki wagi. Wskaźnik powinien wskazywać dokładnie środkową linię podziałki. Do uzyskania takiej pozycji belki wagi należy użyć przesuwaną podporę do belki wagi Określ masę trzech bloków za pomocą wagi. Objętość oblicz na podstawie wymiarów ciał lub też na podstawie wypartej wody w cylindrze miarowym. Następnie oblicz gęstość ciał poprzez podzielenie masy przez objętość. Wpisz wyniki w poniższej tabeli: Ciało Masa Objętość Gęstość blok aluminium g cm 3 cm 3 /g duży blok żelaza g cm 3 cm 3 /g mały blok żelaza g cm 3 cm 3 /g Wnioski: 1. Gęstość to stosunek masy do objętości. 2. Ciała wykonane z takiego samego materiału mają taką samą gęstość (jeżeli jedno z ciał nie jest puste w środku). [strona 16] GĘSTOŚĆ CIECZY MES 1.6 Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 9

10 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm 1x Uniwersalny zacisk 1x Suwak do ekranów, sprężyn i wskazówek 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 2x Szalka wagi z zawieszeniem 1x Wskaźnik do belki wagowej 1x Skala z podziałką 1x Przesuwana podpora do belki wagowej 1x Śrut ołowiany 50g (tara) 1x Plastikowa zlewka 100ml 1x Plastikowa menzurka z podziałką 100ml 2x Odważnik szczelinowy, 50g 1x Zestaw odważników do wagi szalkowej 1x Belka wagowa Dodatkowo wymagane: 1x Ropa naftowa, zapachowa 1x Sól lub cukier 1x Woda [strona 17] GĘSTOŚĆ CIECZY MES 1.6 Gęstość cieczy można obliczyć albo na podstawie ich masy albo na podstawie ich objętości, tak jak w przypadku ciał stałych. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść drugi pręt o długości 25cm w statywie w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny do pionowego pręta. Przytwierdź belkę wagi w miejscu górnego otworu zacisku uniwersalnego za pomocą sworznia mocującego. Wkręć wskaźnik w połowie belki wagi. Przyczep podziałkę do statywu przed prętem poziomym za pomocą przesuwanej podpory ze szczeliną. Zawieś szalki wagi na obu końcach belki wagi. Wskaźnik powinien wskazywać dokładnie środkową linię podziałki. Do uzyskania takiej pozycji belki wagi należy użyć przesuwaną podporę do belki wagi. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 10

11 Umieść zlewkę na lewej szalce wagi. Osiągniesz równowagę, kładąc odważniki oraz śrut tarujący na prawej szalce ("tarowanie ). Wlej 100 cm 3 wody (z cylindra miarowego) do zlewki na lewej szalce. Określ masę wody na podstawie wagi odważników. Oblicz współczynnik zmierzonych wartości masy oraz objętości, aby określić gęstość. Przeprowadź doświadczenie przy użyciu 50ml zapachowej ropy naftowej oraz 100ml roztworu soli lub cukru. Zmierzone wartości oraz obliczoną gęstość wpisz w tabelę poniżej. Ciecz Masa Objętość Gęstość Woda..g 100ml=100 cm 3..g/ cm 3 Zapachowa ropa naftowa..g 50ml = 50 cm 3..g/ cm 3 Roztwór soli..g 100ml=100 cm 3..g/ cm 3 Roztwór cukru..g 100ml=100 cm 3..g/ cm Gęstość cieczy można określić za pomocą wagi oraz cylindra miarowego. [strona 18] OZNACZANIE GĘSTOŚCI CIECZY MES (METODA OSCYLACYJNA Z U-RURKĄ). 1x Statyw 300mm 1x Zacisk uniwersalny 1x Zacisk okrągły 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Wspornik 100mm 2x Rurka manometryczna, 200 x 8mm 1x Plastikowy wężyk 100cm Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 11

12 Dodatkowo wymagane: 1x Ropa naftowa, zapachowa 1x Marker 1x Woda [strona 19] OZNACZANIE GĘSTOŚCI CIECZY MES (METODA OSCYLACYJNA Z U-RURKĄ). Gęstość cieczy zostanie określona poprzez porównanie do cieczy o znanej gęstości. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść drugi pręt o długości 25cm w statywie w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny do pionowego pręta. Przytwierdź wspornik o długości 10cm do zacisku uniwersalnego, a następnie przytwierdź do niego zacisk okrągły. Warstwa rozdzielająca Przymocuj dwie plastikowe rurki do zacisku okrągłego, a następnie połącz przy pomocy plastikowego wężyka o długości 45 cm. Wlej wodę do obu plastikowych rurek, tak aby poziom wody sięgał mniej więcej 3,5cm powyżej dna rurki. Wlej zapachową ropę naftową do jednej z rurek. Warstwa oddzielająca dwie ciecze nie powinna być większa niż 2cm. Zaznacz wysokość warstwy oddzielającej po obu stronach. Następnie zmierz wysokość słupków cieczy powyżej warstwy oddzielającej po obu stronach (dwie plastikowe rurki mogą poruszyć się w górę lub w dół w okolicach ich złączenia). Dwa słupki cieczy o wysokości h 1 i h 2 Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 12

13 pozostają teraz w stanie równowagi. Można więc obliczyć nieznaną gęstość. Wykorzystaj wynik do ostatecznej oceny. Poniższe równanie jest prawdziwe gdy: 1*g*h1*A = 2*g*h2*A 1*h1 = 2*h2 2 = 1*h1/h2 1: 2 = h1:h2 1, 2... gęstości cieczy h1, h2... wysokości słupków cieczy g... przyspieszenie spowodowane grawitacją A... obszar przekroju poprzecznego Poniższe równanie jest prawdziwe dla wody oraz zapachowej ropy naftowej: 1 =... g/cm 3 h 1 =... cm h 2 =... cm 2 =... g/cm 3 Mniejsza wartość gęstości odpowiada większej wysokości. [strona 20] SIŁA CIĘŻKOŚCI MES 2.1 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm 1x Zacisk uniwersalny 1x Zacisk okrągły 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 3x Obciążnik szczelinowy 50g 4x Obciążnik szczelinowy 10g 1x Zaczep na odważniki szczelinowe 1x Wspornik 500mm 1x Siłomierz 2 N Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 13

14 SIŁA CIĘŻKOŚCI MES 2.1 Każda masa wywołuje efekt siły ciężkości na ziemi. Jaka jest korelacja między masą a siłą ciężkości? Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Przymocuj drugi pręt o długości 25cm do pręta o długości 50cm za pomocą zacisku uniwersalnego. Powstały w ten sposób pręt o długości 75cm przytwierdź do statywu w pozycji pionowej. Przymocuj sworzeń mocujący do górnej części pręta za pomocą zacisku uniwersalnego. Zawieś siłomierz 2N na sworzniu mocującym i ustaw dokładny punkt zero. Zawieś po kolei odważniki 20g (zaczep na odważniki + 1 odważnik szczelinowy 10g), 100g i 200g na siłomierzu, a następnie odczytaj wagę z siłomierza. Zmierz wagę w jednostce 1 Newton (1N). Wyniki wpisz do tabeli: Masa 20 g 100 g 200 g Waga... N... N... N Oblicz siłę ciężkości dla 1kg masy z otrzymanych wyników. Wnioski: 1. Masa o wadze 1 kg wywołuje siłę ciężkości o wartości (około) 10N na powierzchni ziemi. 2. Siła ciężkości o wartości 1N jest spowodowana przez masę o wartości (około) 100g na powierzchni ziemi. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 14

15 Uwaga: 1kg masy wywołuje siłę ciężkości o wartości 1,63 N na powierzchni księżyca oraz 26,5N na powierzchni Jupitera. [strona 22] POMIAR SIŁY MES 2.2 1x Sprężyna śrubowa 20N/m 1x Siłomierz 2N Dodatkowo wymagane: 1x Kartka papieru [strona 23] POMIAR SIŁY MES 2.2 W poniższym doświadczeniu zostanie zmierzona siła z jaką dochodzi do deformacji ciał sprężystych. Połóż sprężynę śrubową na kartce papieru, zgodnie z ilustracją, a następnie zaznacz jej koniec na kartce (sprężyna powinna się znajdować mniej więcej na środku kartki). Następnie narysuj 5 dodatkowych punktów odniesienia oddalonych od siebie 2cm zaczynając od końca sprężyny. Zawieś siłomierz 2N na prawym końcu sprężyny, natomiast lewy koniec sprężyny trzymaj w dłoni. Pociągnij siłomierz, następnie odczytaj siłę potrzebna do rozciągnięcia sprężyny do każdego z punktów odniesienia zaznaczonego na kartce. Otrzymane wyniki zapisz w tabelce: Wydłużenie sprężyny 2cm 4cm 6cm 8cm 10cm Potrzebna siła.n.n.n.n.n Aby rozciągnąć sprężynę śrubową, potrzebna jest siła. Siłę tę można zmierzyć przy pomocy siłomierza. Im bardziej rozciągamy sprężynę, tym więcej potrzebujemy do tego siły. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 15

16 [strona 24] WYDŁUŻENIE SPRĘŻYNY ŚRUBOWEJ (PRAWO HOOKE'A) MES 2.3 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm 1x Zacisk uniwersalny 1x Zacisk okrągły 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Taśma miernicza 2x Obciążnik szczelinowy 50g 1x Zaczep na obciążniki szczelinowe 1x Sprężyna śrubowa 3N/m 1x Sprężyna śrubowa 20N/m 1x Siłomierz 2 N WYDŁUŻENIE SPRĘŻYNY ŚRUBOWEJ (PRAWO HOOKE'A) MES 2.3 Poniższe doświadczenie ma za zadanie określić zależność między rozciąganiem sprężyny a siłą jaka jest do tego potrzebna. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Przymocuj drugi pręt o długości 25cm do pręta o długości 50cm za pomocą zacisku uniwersalnego. Powstały w ten sposób pręt o długości 75cm przytwierdź do statywu w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny wraz ze sworzniem mocującym do górnej części pręta. Zawieś miękką" sprężynę (można ją łatwiej rozciągnąć) na sworzniu mocującym, a następnie zawieś na niej zaczep na odważniki szczelinowe. Zmierz odległość między stołem a dolną krawędzią zaczepu za pomocą taśmy mierniczej. Siła ciężkości wynosi 0,1N. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 16

17 Połóż na zaczepie najpierw odważnik o wadze 50g, a następnie dwa odważniki o wadze 50g. Wzrost siły ciężkości wynosi 0,5N oraz 1N. Odległość między stołem i dolną krawędzią zaczepu jest mniejsza niż odległość zmierzona z pustym zaczepem. Zapisz wyniki w tabeli poniżej. Powtórz doświadczenie używając do tego twardszą sprężynę śrubową (nie można jej tak łatwo rozciągnąć). Wyniki wpisz w drugiej tabeli. miękka sprężyna siła 0,1 N 0,6N 1,1N (pusty zaczep) (zaczep+1 odważnik) (zaczep+2 odważniki) odległość stół zaczep cm cm cm wzrost siły 0,5N 1N wydłużenie cm cm twarda sprężyna siła 0,1 N 0,6N 1,1N (pusty zaczep) (zaczep+1 odważnik) (zaczep+2 odważniki) odległość stół zaczep cm cm cm wzrost siły 0,5N 1N wydłużenie cm cm Wydłużenie jest wprost proporcjonalne do wzrostu siły. Bardziej miękką sprężynę można bardziej rozciągnąć niż twardszą sprężynę przy takim samym obciążeniu. [strona 28] KIERUNEK SIŁY I PUNKT UDERZENIA MES 2.4 1x Sworzeń mocujący 1x Zacisk stołowy 1x Statyw 300mm 1x Uniwersalny zacisk Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 17

18 2x Odważnik szczelinowy, 50g 1x Zaczep na odważniki szczelinowe 1x Wspornik 500mm 1x Belka wagowa 1x Siłomierz 2N [strona 29] KIERUNEK SIŁY I PUNKT UDERZENIA MES 2.4 Zgodnie z prawem Hook a działanie siły zależy od ilości (intensywności) siły. Czy działanie siły zależy również od innych elementów? Przygotuj zgonie z rysunkiem. Przymocuj zacisk stołowy wraz ze statywem do krawędzi stołu. Przytwierdź pręt o długości 50cm do statywu w pozycji pionowej, a następnie przymocuj uniwersalny zacisk do górnej części pręta. Przyczep belkę wagową do środkowego otworu zacisku uniwersalnego za pomocą sworznia mocującego. Umieść belkę wagową w pozycji pionowej. Następnie zawieś zaczep z dwoma odważnikami o wadze 50g na jej najniższym kołku. Zawieś siłomierz 2N na kołku powyżej Pociągnij siłomierz dłonią pionowo w dół. Siłomierz musi wskazywać 1N. Jakie jest działanie siły? Następnie pociągnij siłomierz poziomo z siłą 1N. Działanie siły jest teraz zupełnie inne. Działanie siły nie tylko zależy od ilości przyłożonej siły, ale także od jej kierunku Zawieś siłomierz na kołku zaraz pod środkowym kołkiem, a następnie pociągnij poziomo z siłą 1N. Punkt uderzenia siły jest decydujący także dla jej działania. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 18

19 Na działanie siły wpływają trzy elementy: jej ilość, kierunek oraz punkt uderzenia. [strona 30] SKŁAD SIŁ - RÓWNOLEGŁOBOK SIŁ MES 2.5 2x Sworzeń mocujący 2x Statyw 300mm 1x Łącznik szynowy 2x Uniwersalny zacisk 1x Suwak z śrubą ustalającą 1x Wspornik 250mm 2x Zaślepka prętów 4x Odważnik szczelinowy 50g 4x Odważnik szczelinowy 10g 1x Zaczep na odważniki szczelinowe 2x Wspornik 500mm 2x Siłomierz 2N Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 19

20 Dodatkowo wymagane: 1x Trójkąt rysunkowy [strona 31] SKŁAD SIŁ - RÓWNOLEGŁOBOK SIŁ MES 2.5 Jaka siła równoważy dwie dane siły? Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Połącz dwa statywy za pomocą łącznika szynowego. Przełóż pręt o długości 25cm przez jeden z otworów przechodzących przez statyw. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść wspornik o długości 50cm w pozycji pionowej w otworze szyny po jej lewej stronie. Następnie drugi pręt o długości 50cm zamontuj w statywie za pomocą przesuwanej podpory ze śrubą ustalającą w odległości około 45cm od pierwszego pręta. Zamocuj po jednym uniwersalnym zacisku wraz z sworzniem mocującym na górze każdego pręta. Zamocuj lewy zacisk uniwersalny na wysokości 40cm od stołu, prawy natomiast na wysokości 50cm. Zawieś górne końce siłomierzy na sworzniach mocujących. Połącz ze sobą haczyki siłomierzy. Odczytaj wartości z siłomierzy w tej pozycji. Odczytane wartości zanotuj jako wartości neutralne. Zostaną one później odjęte od wskazanych wartości siły. Zawieś zaczep na haczykach siłomierzy wraz z odważnikiem o masie 50g. Ustaw pręt za pomocą suwaka w taki sposób, aby kąt między oba siłomierzami wynosił 90 stopni (sprawdź za pomocą trójkąta rysunkowego oraz kartki papieru). Odczytaj wskazane wartości siły z siłomierzy, a następnie odejmij od nich wartości neutralne. Siła pozioma w dół wynosi 0,6N (zaczep + 1 Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 20

21 odważnik szczelinowy). Narysuj równoległobok sił zgodnie z otrzymanymi wynikami pomiarów (1cm równa się 0,2N). Porównaj przekątną równoległoboku z siłą poziomą w dół. Siła wypadkowa jest siłą składową dwóch sił w postaci przekątnej w równoległoboku sił. Trzecia siła, która równoważy dwie siły, jest siłą przeciwdziałającą do siły wypadkowej. [strona 32] SKŁAD TRZECH SIŁ MES x Siłomierz 2N Dodatkowo wymagane: 1x Siłomierz 10N [strona 33] SKŁAD TRZECH SIŁ MES Poniższe doświadczenie ma za zadanie odnaleźć trzecią siłę, która przeciwważy dwie dane siły Ustaw punkty zero wszystkich trzech siłomierzy dokładnie w pozycji poziomej. Połóż dwa siłomierze 2N równolegle do siebie, a następnie przyczep oba do siłomierza 10N. 1. Pociągnij oba siłomierze 2N z taką samą siłą jednocześnie przytrzymując trzeci siłomierz. Oba siłomierze powinny wskazywać siłę o wartości 2N każdy. Odczytaj siłę z trzeciego siłomierza. F 1 = 2N, F 2 = 2N F 3 =.N 2. Połóż kartkę papieru pod siłomierze w taki sposób aby wspólny punkt przyłożenia znajdował się na środku kartki. Powiększ kąt między dwoma siłomierzami 2N tak, aby siłomierz 10N wskazywał dokładnie 3N. Zaznacz kierunek siłomierzy na kartce papieru w tej pozycji. Przedłuż linie środkowe siłomierzy do punktu ich przecięcia. Nakreśl 2cm dla obu sił 2N (2cm na N), a następnie narysuj równoległobok sił. Upewnij się, że długość przekątnej wynosi 6cm (dla siły 3N), a jej kierunek jest przeciwny do kierunku trzeciego siłomierza. Siła całkowita ( wypadkowa ) dwóch części składowych stanowi przekątną w równoległoboku siły. [strona 34] RÓWNIA POCHYŁA MES 2.6 Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 21

22 1x Zacisk na siłomierze 1x Statyw 300mm 1x Łącznik szynowy 1x Zacisk okrągły 1x Suwak ze śrubą ustalającą 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 1x Wózek 1x Taśma miernicza 2x Odważnik szczelinowy 50g 1x Wspornik 500mm 1x Siłomierz 2N RÓWNIA POCHYŁA MES 2.6 Im bardziej stroma góra tym więcej siły jest potrzebnej aby pod nią podjechać na rowerze. Naszym zadaniem jest ustalenie dokładnej relacji. Zamontuj zgodnie z rysunkiem. Dwa statywy połącz przy pomocy łącznika szynowego, co posłuży później jako tor. Zamocuj wspornik o długości 50cm w otworze na jednym z końców szyny. Dolny koniec wspornika natomiast przymocuj do zacisku okrągłego. Przy użyciu wspornika ustaw szynę w taki sposób, aby tworzyła równię pochyłą. Unieś szynę na wsporniku na wysokość 12cm od blatu stołu. Przytwierdź zacisk na siłomierz do suwaka z śrubą ustalającą. Umieść suwak na torze blisko wspornika. Przymocuj siłomierz jego górną (nieprzeźroczystą) stroną do zacisku. Ustaw punkt zero siłomierza dokładnie w tej pozycji. Przywiąż sznurek do wywierconego otworu wózka. Następnie przywiąż na pętelce drugi koniec sznurka do siłomierza Doświadczenie ma za zadanie zbadać stosunek wagi wózka do siły zsuwającej równi pochyłej dla określonego kąta nachylenia. Zmierz siłę zsuwającą za pomocą siłomierza. Na początku użyj wózka bez odważników szczelinowych. Ma ona wagę 50g. Odczytaj wskazaną na siłomierzu siłę, a następnie wpisz w tabelę. Umieść na wózku najpierw jeden odważnik o masie 50g, a następnie dwa odważniki 50- gramowe i jeszcze raz określ siłę zsuwającą. Tak więc masa wózka wynosi kolejno 100g i 150g. Wyniki wpisz w tabelkę. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 22

23 Masa wózka Ciężar wózka Siła zsuwająca 50g 0,5 N..N 100g 1N..N 150g 1,5N..N W tym doświadczeniu mamy za zadanie określić stosunek siły zsuwającej do nachylenia równi pochyłej. Użyj wózka najpierw z jednym odważnikiem, a następnie z dwoma odważnikami szczelinowymi. W rezultacie masa wózka wynosi kolejno 100g i 150g, a jego ciężar 1N i 1,5N. Ustaw tor na wysokości najpierw 12cm, potem 24cm, a na koniec 36cm od blatu stołu. Długość równi pochyłej wynosi 60cm. Za każdym razem zmierz siłę zsuwającą równi pochyłej i wpisz wyniki w tabeli poniżej. Różnica w wysokości h Długość l Nachylenie l h Ciężar G Siła zsuwająca F F G 12cm 60cm.. 1N..N.. 24cm 60cm.. 1N..N.. 36cm 60cm.. 1N..N.. 12cm 60cm.. 1,5N..N.. 24cm 60cm.. 1,5N..N.. 36cm 60cm.. 1,5N..N.. Wielkość siły zsuwającej zależy od stopnia nachylenia powierzchni. Stosunek siły zsuwającej do ciężaru ciała na równi pochyłej jest taki sam jak stosunek różnicy wysokości do długości równi. F h Zatem powyższe stwierdzenie określa wzór: G l Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 23

24 [strona 38] ROZKŁAD SIŁ NA RÓWNI POCHYŁEJ MES 2.7 1x Zacisk na siłomierze 2x Statyw 300mm 1x Łącznik szynowy 1x Zacisk okrągły 1x Suwak ze śrubą ustalającą 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 1x Wózek 1x Taśma miernicza 2x Odważnik szczelinowy 50g 1x Wspornik 500mm 1x Siłomierz 2N [strona 39] ROZKŁAD SIŁ NA RÓWNI POCHYŁEJ MES 2.7 Siłę można podzielić na dwie lub więcej sił składowych. Przykładem na to jest rozkład siły ciężkości na równi pochyłej. Zamontuj zgodnie z rysunkiem. Dwa statywy połącz przy pomocy łącznika szynowego, co posłuży później jako tor. Zamocuj wspornik o długości 50cm w otworze na jednym z końców szyny. Dolny koniec wspornika natomiast przymocuj do zacisku okrągłego. Przy użyciu wspornika ustaw szynę w taki sposób, aby tworzyła równię pochyłą. Unieś szynę na wsporniku na wysokość 24cm od blatu stołu. Przytwierdź zacisk na siłomierz do suwaka ze śrubą ustalającą. Umieść suwak na torze blisko wspornika. Przymocuj siłomierz jego górną (nieprzeźroczystą) stroną do zacisku. Ustaw punkt zero siłomierza dokładnie w tej pozycji. Przywiąż sznurek do wywierconego otworu wózka. Następnie przywiąż na pętelce drugi koniec sznurka do siłomierza. Przywiąż sznurek z pętlą na końcu do górnej części wózka. Następnie zawieś na nim drugi siłomierz i trzymaj w taki sposób, aby znajdował się w takiej samej pozycji jak tor. Ustaw na nim punkt zero w tej pozycji przed pomiarem. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 24

25 Najpierw użyj wózka bez odważników szczelinowych. Masa pustego wózka wynosi 50g. Przytrzymaj siłomierz pod kątem prostym do równi pochyłej, w taki sposób, aby wózek jedynie dotyka tor. Odczytaj siły wskazane na obu siłomierzach, a następnie wpisz w tabelę. Umieść na wózku najpierw jeden odważnik 50-gramowy, a następnie dwa odważniki 50-gramowe, a następnie jeszcze raz określ siły. Masa wózka wynosi zatem kolejno 100g i 150g. Wpisz wyniki do tabeli. Różnica w wysokości h Nachylenie l h Masa Siła Ciężkości Siła zsuwająca F H Siła prostopadła F N 12cm 0,2 50g 0,5N..N..N 12cm 0,2 100g 1N..N..N 12cm 0,2 150g 1,5N..N..N 24cm 0,2 50g 0,5N..N..N 24cm 0,2 100g 1N..N..N 24cm 0,2 150g 1,5N..N..N Narysuj równoległobok sił dobierając odpowiednie skale dla pomiarów równi pochyłej i sił. Upewnij się, że siła ciężkości odpowiada przekątnej równoległoboku sił. [strona 40] SIŁA TARCIA MES 2.8 1x Wózek 2x Odważnik szczelinowy 50g 1x Blok aluminium 1x Blok żelaza z haczykiem, mały 1x Siłomierz 2N Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 25

26 [strona 41] SIŁA TARCIA MES 2.8 Siła tarcia zostanie zmierzona na podstawie ruchu ślizgowego oraz ruchu tocznego. Określ ciężar bloku aluminium oraz małego bloku żelaza. Ciężar małego bloku żelaza powinien być taki sam jak ciężar bloku aluminium. Ciężar bloku aluminium:... N Ciężar małego bloku żelaza:... N Połóż blok aluminium haczykiem wzdłuż stołu (poziomo), a następnie zawieś na niego siłomierz 2N. Połóż blok na kartce papieru, która nie powinna być zbyt śliska, a następnie połóż na niego dwa 50- gramowe.odważniki szczelinowe. Ciężar całkowity wynosi:.n Ciągnij blok aluminium za siłomierz do momentu, gdy ten zacznie się ruszać. Siłę maksymalną wskazaną na siłomierzu nazywamy tarciem spoczynkowym. Tarcie spoczynkowe przy ciężarze 2N wynosi.n Teraz ciągnij blok aluminium za siłomierz w taki sposób, aby poruszał się względnie jednostajnie. Siłę wskazaną na siłomierzu nazywamy tarciem ślizgowym. Tarcie ślizgowe przy ciężarze 2N wynosi.n Zamień blok aluminiowy na mały blok żelaza, na którym następnie połóż dwa odważniki szczelinowe. Ciężar nie uległ zmianie, jednak powierzchnia nośna jest teraz mniejsza. Podobnie jak w drugim doświadczeniu określ tarcie ślizgowe. Czy jest ono mniejsze? Tarcie ślizgowe przy mniejszej powierzchni nośnej wynosi.n. [strona 42] Usuń dwa odważniki szczelinowe z bloku żelaza przez co ciężar jest mniej więcej o połowę mniejszy. Następnie ponownie zmierz tarcie ślizgowe. Tarcie ślizgowe bez dodatkowego obciążenia (ciężar 1N):.N. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 26

27 Ponownie połóż dwa 50-gramowe odważniki na bloku żelaza, a następnie zbadaj wpływ rodzaju powierzchni na tarcie ślizgowe. Zmierz tarcie ślizgowe podczas przeciągania ciała wzdłuż cienkiej tkaniny i gładkiej kartki papieru. Tarcie ślizgowe przy ciężarze 2N po cienkiej tkaninie:.n. 1. Połóż mały blok żelaza wraz z jednym 50-gramowym odważnikiem szczelinowym na wózku. Drugi odważnik o masie 50g zastąp masą wózka. Teraz określ tarcie toczne popychając wózek przy pomocy siłomierza oraz poruszając go możliwie jak najbardziej jednostajnie po kartce papieru. Tarcie toczne przy ciężarze 2N po papierze:.n. 1. Tarcie spoczynkowe jest większe niż tarcie toczne. Tarcie toczne jest o wiele mniejsze niż tarcie ślizgowe. 2. Tarcie ślizgowe zależy od ciężaru ciała, lecz nie od wielkości powierzchni nośnej. [strona 44] OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA MES x Statyw 300mm 1x Łącznik szynowy 1x Zacisk okrągły 1x Suwak ze śrubą ustalającą 1x Wspornik 500mm 1x Blok żelaza z haczykiem, duży 1x Siłomierz 2N Dodatkowo wymagane: 1x Kartka papieru Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 27

28 [strona 45] OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA MES Doświadczenie ma za zadanie odnalezienie współczynnika tarcia dla dwóch różnych powierzchni. Określ ciężar bloku żelaza za pomocą siłomierza 2N. Ciężar G =..N Poniższe doświadczenie ma za zadanie określenie współczynnika tarcia ślizgowego, w przypadku gdy blok porusza się po równej powierzchni. W tym celu zmierz siłę potrzebną do tego, aby przeciągnąć blok równomiernie po powierzchni. Następnie połóż blok żelaza na jednym z końców toru i przymocuj siłomierz na haczyku bloku. Następnie ciągnij blok po torze możliwie równomiernie i odczytaj siłę wskazaną na siłomierzu. F R = N Znajdź współczynnik tarcia µ za pomocą wzoru: F R =µ*g µ= F R /G µ=.. Współczynnik tarcia dla tarcia ślizgowego bloku żelaza (powlekane aluminium) torze jest teraz znany. Połóż kartkę papieru na torze i przymocuj za pomocą suwaka. Jeszcze raz przeciągnij blok żelaza możliwie jak najrównomierniej wzdłuż toru z papierem. Ponownie zmierz siłę tarcia oraz oblicz współczynnik tarcia. F R = N µ=.. [strona 46] Najpierw skonstruuj równię pochyłą. Zamocuj wspornik o długości 50cm w otworze na jednym z końców szyny. Dolny koniec wspornika natomiast przymocuj do zacisku okrągłego. Przy użyciu wspornika ustaw szynę w taki sposób, aby tworzyła równię pochyłą. Unieś stronę szyny na wsporniku na wysokość 5cm od blatu stołu. Teraz umieść blok żelaza na równi pochyłej. Podnoś powoli koniec równi pochyłej do momentu, kiedy blok zacznie się ześlizgiwać w dół. Określ wysokość h oraz długość początkową b (odległość pozioma dwóch końców toru). W tym przypadku siła tarcia F R (tarcie ślizgowe) jest równe sile zsuwającej F H. h= cm, b=.cm Dla siły tarcia F R stosuje się poniższy wzór: F R =µ* F N F N normalna siła Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 28

29 Dla składowych sił na równi pochyłej stosuje się następujący wzór: b h F H = * G F N = * I l G Z równania F R = F H wynika b h µ* * G= * I l G zatem µ= b h Za pomocą tego wzoru można obliczyć współczynnik tarcia dla tarcia ślizgowego. µ= Przymocuj kartkę papieru do toru za pomocą dwóch suwaków, a następnie powtórz doświadczenie. Nachylenie równi pochyłej jest teraz znacznie wyższe niż w momencie gdy blok żelaza zaczyna się ześlizgiwać. Ponownie oblicz współczynnik tarcia. µ= Wzór F R =µ* F N jest prawdziwy dla siły tarcia F R, F N będącej normalną siłą (gdy odważnik się porusza, porusza się on w kierunku poziomym). Za pomocą tego wzoru można oznaczyć współczynnik tarcia. Współczynnik tarcia jest wyższy dla tarcia spoczynkowego niż dla tarcia ślizgowego. [strona 48] DŹWIGNIA DWUSTRONNA MES 3.1 2x Sworzeń mocujący 2x Statyw 300mm 2x Zacisk uniwersalny 1x Wspornik 250mm 2x Zaślepka prętów 1x Wskaźnik do belki wagowej 4x Odważnik szczelinowy 50g 4x Odważnik szczelinowy 10g 2x Zaczep na odważniki szczelinowe 2x Wspornik 500mm 1x Belka wagowa Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 29

30 [strona 49] DŹWIGNIA DWUSTRONNA MES 3.1 Doświadczenie ma za zadanie odnaleźć stan równowagi dla dźwigni, dla której działają siły po obu stronach (punktu równoważny). Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż wspornik o długości 25cm przez otwór przechodzący przez statyw. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Przymocuj pręt za pomocą śruby radełkowanej. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź zacisk uniwersalny na górze pręta. Przykręć belkę dźwigową do górnego otworu zacisku za pomocą sworznia mocującego. Aby uzyskać jak najdokładniejsze wskazania równowagi można zamocować suwak z podporą do belki wagowej. Belka dźwigowa jest wyposażona w plastikowe kołki oddalone od siebie 2cm każdy. W ten sposób można bardzo łatwo obliczyć odległość od osi obrotu. Użyj siłę dwóch rodzajów mas, zaczepu na odważniki (masa 10g), oraz odważników szczelinowych (masa 10g i 50g), jako siły działające. Lewe ramię siły (to odległość od osi obrotu) jest dana za każdym razem, prawe ramię siły, które jest odpowiedzialne za równowagę, należy określić w trakcie doświadczenia. Pomiary wpisz w poniższej tabelce. Masa Siła F 1 Ramię siły I 1 Masa Siła F 2 Ramię siły I 2 lewa lewa lewe prawa prawa prawe 60g.N 4 odstępy 120g.N..odstępów 60g.N 8 odstępów 120g.N..odstępów 60g.N 10 odstępów 120g.N..odstępów 20g.N 3 odstępy 60g.N..odstępów 20g.N 6 odstępów 60g.N..odstępów 20g.N 9 odstępów 60g.N..odstępów 10g.N 6 odstępów 60g.N..odstępów Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 30

31 10g.N 7 odstępów 70g.N..odstępów 10g.N 8 odstępów 80g.N..odstępów 60g.N 8 odstępów 80g.N..odstępów Dźwignia dwustronna znajduje się w stanie równowagi, jeżeli spełnia się poniższy warunek. Uwaga: Siła ciężkości jest zawsze podawana z niewielką różnicą, przyjmując, że siła ciężkości 0,1N odpowiada 10g masy. Odstępy na dźwigni można swobodnie zamienić na cm, jeśli jest taka potrzeba. [strona 50] MODEL WAGI BELKOWEJ MES 3.2 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm 1x Zacisk uniwersalny 1x Suwak do ekranów, sprężyny i wskazówek 1x Wspornik 250mm 2x Zaślepka prętów 2x Szalka wagi z zawieszeniem 1x Wskaźnik do belki wagowej 1x Skala z podziałką 1x Przesuwana podpora do belki wagowej 1x Zestaw odważników do wagi szalkowej 1x Belka wagowa [strona 51] MODEL WAGI BELKOWEJ MES 3.2 Prosta waga belkowa może być skonstruowana przy pomocy ramienia dźwigni. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 31

32 Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść drugi pręt o długości 25cm w statywie w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny do pionowego pręta. Przytwierdź belkę wagi w miejscu górnego otworu zacisku uniwersalnego za pomocą sworznia mocującego. Wkręć wskaźnik w połowie belki wagi. Przyczep podziałkę do statywu przed prętem poziomym za pomocą przesuwanej podpory ze szczeliną. Zawieś szalki wagi na obu końcach belki wagi. Przymocuj przesuwaną podporę do belki wagi, tak by można było ją po niej przesuwać, dzięki czemu można dokładnie uregulować równowagę wagi. Połóż odważnik o wadze 1g na prawej szalce. Wskaźnik wskazuje ruch belki. Odczytaj wartości z podziałki. ruch... wskaźnika podziałki Zawieś szalki na piątym kołku belki wagowej na obu końcach. Efektywna rozpiętość belki wagowej jest więc zredukowana. Ustaw równowagę przy pustych szalkach. Następnie określ ruch belki wagowej przy ładunku 1g. ruch... wskaźnika podziałki Przytwierdź belkę wagową do środkowego otworu zacisku uniwersalnego przy pomocy sworznia mocującego. Następnie zmierz przesunięcie środka ciężkości podziałki na środek ruchu belki wagowej spowodowane nadwagą 1g. Środek ciężkości bliższy środka ruchu: ruch.. wskaźnika podziałki. Waga jest bardziej wrażliwa gdy jej belka jest dłuższa. Waga staje się bardziej wrażliwa, jeśli środek jej ciężkości przeniesiony zostanie bliżej środka ruchu. [strona 52] DŹWIGNIA JEDNOSTRONNA MES 3.3 1x Sworzeń mocujący 1x Zacisk stołowy 1x Statyw 300mm 2x Zacisk uniwersalny 1x Zacisk okrągły 2x Wspornik 250mm 1x Wspornik 500mm 1x Belka wagowa 1x Siłomierz 2N Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 32

33 [strona 53] DŹWIGNIA JEDNOSTRONNA MES 3.3 Jeśli obie siły są czynne po tej samej stronie dźwigni (widzianej od środka obrotu osi), nazywamy to dźwignią jednostronną. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przymocuj statyw do krawędzi stołu przy pomocy zacisku stołowego. Przytwierdź zacisk uniwersalny do 50-centrymetrowego wspornika. Następnie połącz pręt o długości 50cm do pręta o długości 25cm przy pomocy zacisku okrągłego. Otrzymany pręt o długości 75cm przymocuj pionowo do statywu. Następnie doczep belkę wagową do środkowego otworu zacisku uniwersalnego przy pomocy sworznia mocującego. Zamontuj drugi zacisk uniwersalny na górze pręta. Ten z kolei ma za zadanie poziomo przytrzymać pręt o długości 25m. Zawieś siłomierz 2N na poziomym pręcie i ustaw jego punkt zero. Zaczep haczyk siłomierza na szóstym kołku belki (licząc od środka ruchu). Poruszaj zacisk uniwersalny zacisk wraz ze sworzniem mocującym, przytrzymującym belkę wagi, na poziomym pręcie w taki sposób, aby siłomierz wskazywał 0,6N, jeśli belka wagowa znajduje się w pozycji poziomej. Wartość siły x ramienia siły wynosi 0,6 x 0,6N=3,6 N x odstępów Przytrzymaj drugi siłomierz podziałką do góry. Ustaw punkt zero w tej pozycji. Zawieś drugi siłomierz kolejno na różnych odległościach licząc od środka ruchu. Pociągając górny siłomierz w dół wskazana siła powinna wynosić dokładnie 0,6N. Odczytaj wymaganą siłę z dolnego siłomierza. Uzupełnij poniższą tabelę. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 33

34 Siła Ramię siły górnej Ramię pracy Ciężar Ciężar x Ramię pracy (ciągnąc w dół) 0,6N 6 odstępów 2 odstępy..n. 0,6N 6 odstępów 3 odstępy..n. 0,6N 6 odstępów 4 odstępy..n. 0,6N 6 odstępów 6 odstępów..n. 0,6N 6 odstępów 9 odstępów..n. Poniższy wzór stosuje się gdy zostanie spełniony ten sam warunek dla równowagi dźwigni jednostronnej: Siła x Ramię siły = Ciężar x Ramię pracy [strona 54] PROSTE STAŁE KOŁO PASOWE MES 3.4 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm 2x Zacisk uniwersalny 1x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 3x Odważnik szczelinowy 50g 2x Odważnik szczelinowy 10g 1x Zaczep na odważniki szczelinowe 1x Wspornik 500mm 1x Koła pasowe, zestaw 4 1x Siłomierz 2N [strona 55] PROSTE STAŁE KOŁO PASOWE MES 3.4 Na placu budowy można zaobserwować jak przy pomocy stacjonarnych kół pasowych podnoszone zostają ładunki. Czy w ten sposób można oszczędzić siłę, np. czy potrzebne jest mniej siły do wciągnięcia ładunku do góry niż jego rzeczywista siła ciężkości? Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 34

35 Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przeciągnij 25-centrymetrowy pręt przez poprzeczny otwór w statywie. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść drugi pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny do pionowego pręta. Następnie przytwierdź koło pasowe do zacisku uniwersalnego za pomocą sworznia mocującego. Przygotuj sznurek o długości 30cm oraz zrób pętelki na obu końcach. Przełóż sznurek przez przymocowane koło pasowe. Przytrzymaj siłomierz 2N w pozycji pionowej (ruchomą stroną do góry), a następnie ustaw punkt zero w tej pozycji. Przygotuj kolejno obciążenia o masie 60g, 120g i 180g składające się z odważników szczelinowych wraz z zaczepem. Za każdym razem zawieś zaczep z odważnikami na jednym końcu sznurka, przytrzymując go przy pomocy siłomierza zaczepionego na drugim końcu sznurka. Zapisz siłę rozciągającą wskazaną na siłomierzu w poniższej tabelce. Siłomierz powinien być cały czas w pochyłej pozycji. Mogą wystąpić niewielkie odchylenia, gdyż punkt zero nie został ustawiony w tej pozycji. Masa ładunku 60g 120g 180g Ciężar ładunku 0,6N 1,2N 1,8N Siła rozciągająca.n.n.n Siła rozciągająca ma zawsze taką samą wartość jak ciężar ładunku. Stacjonarne koło pasowe nie pomaga w oszczędzaniu siły. Natomiast można je odpowiednio użyć do zmiany kierunku siły. [strona 56] KOŁO PASOWE MES 3.5 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 35

36 2x Zacisk uniwersalny 1x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 3x Odważnik szczelinowy 50g 2x Odważnik szczelinowy 10g 1x Zaczep na odważniki szczelinowe 1x Wspornik 500mm 1x Koła pasowe, zestaw 4 1x Siłomierz 2N [strona 57] KOŁO PASOWE MES 3.5 Stałe koło pasowe nie pozwala oszczędzić energię. W poniższym doświadczeniu zbadany zostanie ten aspekt koła pasowego. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przeciągnij 25-centrymetrowy pręt przez poprzeczny otwór w statywie. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść drugi pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny do pionowego pręta. Następnie przytwierdź sworzeń mocujący do zacisku uniwersalnego. Przygotuj sznurek o długości 30cm oraz zrób pętelki na obu końcach. Zawieś sznurek wykorzystując jedną z pętli na sworzniu mocującym. Następnie zawieś siłomierz 2N na drugiej pętli sznurka. Przeciągnij sznurek przez koło pasowe w taki sposób aby haczyk koła pasowego zwisał w dół. Ustaw dokładny punkt zero siłomierza wraz z zawieszonym kołem pasowym (jako że ciężar własny koła pasowego został wytarowany). Przygotuj kolejno ładunki o wadze 60g, 120g i 180g, składające się z odważników szczelinowych i zaczepu. Następnie zawieszaj je kolejno na haczyku koła pasowego. Odczytaj otrzymaną siłę rozciągającą z siłomierza. Zapisz wartości w poniższej tabeli. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 36

37 Masa ładunku 60g 120g 180g Ciężar ładunku 0,6N 1,2N 1,8N Siła rozciągająca.n.n.n Siła rozciągająca zawsze stanowi połowę wartości ładunku. Czy części siły ciężkości zniknęły? Usuń sznurek ze sworznia mocującego, a następnie przesuń zacisk uniwersalny wraz ze sworzniem mocującym na górny koniec pręta. Następnie zawieś drugi siłomierz na sworzniu. Ustaw punkt zero siłomierza. Teraz zawieś sznurek na siłomierzu z jedną pętlą. Zawieś koło pasowe na sznurku. Siłomierz na sworzniu mocującym mierzy tę część ładunku, która unosi się przez zawieszenie. Możemy zaobserwować, że zawieszenie zawsze będzie unosiło resztę ładunku. Koło pasowe pozwala oszczędzić energię. Potrzebna siła wynosi połowę wartości ładunku. [strona 58] POJEDYNCZY WCIĄGNIK WIELOKRĄŻKOWY MES 3.6 1x Sworzeń mocujący 1x Zacisk na siłomierze 1x Statyw 300mm 2x Zacisk uniwersalny 1x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Wspornik 100mm 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 3x Odważnik szczelinowy 50g 2x Odważnik szczelinowy 10g 1x Zaczep na odważniki szczelinowe 1x Wspornik 500mm 1x Koła pasowe, zestaw 4 1x Siłomierz 2N Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 37

38 [strona 60] POJEDYNCZY WCIĄGNIK WIELOKRĄŻKOWY MES 3.6 Wciągnik wielokrążkowy w swojej najprostszej formie to połączenie stacjonarnego i ruchomego koła pasowego. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przeciągnij 25-centrymetrowy pręt przez poprzeczny otwór w statywie. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść drugi pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny do pionowego pręta. Następnie przytwierdź koło pasowe bez haczyka, które posłuży jako stacjonarne koło pasowe, do zacisku uniwersalnego za pomocą sworznia mocującego. Przymocuj pręt o długości 10cm na drugim końcu statywu, następnie przytwierdź do niego drugi zacisk uniwersalny posłuży on do podtrzymania zacisku na siłomierz. Przygotuj sznurek o długości 70cm i zrób pętle na obu końcach. Zawieś jeden z końców sznurka na sworzniu mocującym, a następnie przeciągnij sznurek przez stacjonarne koło pasowe przy pomocy koła pasowego z haczykiem (ruchome koło pasowe). Zawieś siłomierz 2N na drugim końcu sznurka, a następnie zamontuj w zacisku uniwersalnym za pomocą zacisku na siłomierz (ruchomą częścią do góry). Przygotuj kolejno ładunki o wadze 60g, 120g i 180g, składające się z odważników szczelinowych i zaczepu. Ładunki te zawieś na haczyku ruchomego koła pasowego. Odczytaj otrzymaną wartość siły rozciągającej z siłomierza. Zapis wartości w poniższej tabeli. Masa ładunku 60g 120g 180g Ciężar ładunku 0,6N 1,2N 1,8N Siła rozciągająca.n.n.n Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 38

39 Wciągnik wielokrążkowy łączy w sobie korzyści stacjonarnego i ruchomego koła pasowego. Pojedynczy wciągnik wielokrążkowy składający się z jednego stacjonarnego i jednego ruchomego koła pasowego pozwala na oszczędzenie energii do połowy wartości ładunku. Ta oszczędność energii jest możliwa dzięki wykorzystaniu ruchomego koła pasowego oraz korzystnej zmianie kierunku siły spowodowanej przez stacjonarne koło pasowe. [strona 60] ZŁOŻONY WCIĄGNIK WIELOKRĄŻKOWY MES 3.7 1x Sworzeń mocujący 1x Zacisk na siłomierze 1x Statyw 300mm 1x Zacisk uniwersalny 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Wspornik 100mm 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 3x Odważnik szczelinowy 50g 1x Zaczep na odważniki szczelinowe 1x Wspornik 500mm 1x Koła pasowe, zestaw 4 1x Siłomierz 2N Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 39

40 [strona 61] ZŁOŻONY WCIĄGNIK WIELOKRĄŻKOWY MES 3.7 Można uzyskać jeszcze większą oszczędność energii niż przy użyciu pojedynczego wciągnika wielokrążkowego, jeżeli połączymy kilka stacjonarnych i ruchomych kół pasowych. Powyższe założenie udowodnimy przy pomocy złożonego wciągnika wielokrążkowego, w skład którego wchodzą dwa koła stacjonarne oraz dwa ruchome. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przeciągnij 25-centrymetrowy pręt przez poprzeczny otwór w statywie. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść drugi pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przymocuj zacisk uniwersalny do pionowego pręta. Umieść dwa koła bez haczyków jeden za drugim jako koła stacjonarne, przytwierdź do zacisku uniwersalnego przy pomocy sworznia mocującego. Przymocuj pręt o długości 10cm na drugim końcu statywu. Przymocuj drugi zacisk uniwersalny na tym pręcie, co posłuży do przytrzymania zacisku na siłomierz. Przygotuj sznurek o długości około 2m i zrób pętle na obu jego końcach. Zawieś jedną z pętli na sworzniu mocującym, a następnie przewieś sznurek przez pierwsze koło stacjonarne przy pomocy koła pasowego z haczykiem (ruchome koło pasowe). Następnie przełóż sznurek przez drugie ruchome koło, na koniec przez drugie stacjonarne koło. Zawieś siłomierz 2N na drugim końcu sznurka, a następnie przymocuj do zacisku uniwersalnego przy pomocy zacisku na siłomierz (ruchomą stroną do góry). Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 40

41 Zawieś obciążenie o wadze 160g (zaczep na odważniki i trzy odważniki szczelinowe) na haczyku dwóch ruchomych kół pasowych. Ciężar wynosi około 1,6N. Z jaką siłą należy podciągnąć ją w górę? Obserwuj także odległość miedzy obciążeniem, a ciągnącym siłomierzem. Używając złożonego wciągnika wielokrążkowego złożonego z dwóch ruchomych i dwóch stacjonarnych kół pasowych, potrzebna siła stanowi jedną czwartą obciążenia. [strona 62] PRACA MECHANICZNA MES 3.8 1x Taśma miernicza 1x Blok żelaza z haczykiem, duży 1x Siłomierz 2N [strona 63] PRACA MECHANICZNA MES 3.8 W poniższych dwóch doświadczeniach przeprowadzimy obliczenia na wykonanej pracy. Praca podnoszenia Powieś duży blok żelaza na siłomierzu 2N, a następnie zmierz siłę ciężkości. Ciężar bloku żelaza: N Podnieś poziomo w górę blok żelaza na wysokość 60cm. Odległość (s) zatem wynosi 0,6cm. Oblicz pracę na podstawie wzoru Praca= Siła x Odległość. Jednostka pracy to 1 dżul (1J). Praca =..N x.m = J Praca zużyta na tarcie Połóż duży blok żelaza na blacie stołu, a następnie zawieś siłomierz 2N na haczyku bloku. Pociągnij blok równomiernie 60cm po blacie stołu i zmierz siłę tarcia. Następnie oblicz pracę zużyta na tarcie. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 41

42 Siła tarcia:. N Praca =..N x.m =. J Praca została obliczona jako produkt siły i odległości. Wartość siły użyta do obliczeń musi być wartością czynną w kierunku odległości. [strona 64] PRACA NA RÓWNI POCHYŁEJ MES 3.9 1x Zacisk na siłomierze 2x Statyw 300mm 1x Łącznik szynowy 1x Zacisk okrągły 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 1x Wózek 1x Taśma miernicza 3x Odważnik szczelinowy 50g 1x Siłomierz 2N [strona 65] Można oszczędzić siłę przy ruchu na równi pochyłej. Czy można także oszczędzić pracę? Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Dwa statywy połącz przy pomocy łącznika szynowego, co posłuży później jako tor. Zamocuj wspornik o długości 50cm w otworze na jednym z końców szyny. Dolny koniec wspornika natomiast przymocuj do zacisku okrągłego. Przy użyciu wspornika ustaw szynę w taki sposób, aby tworzyła równię pochyłą. Unieś szynę na wsporniku na wysokość 36cm od blatu stołu. Przywiąż sznurek do otworu na górze wózka. Połóż trzy odważniki szczelinowe o masie 50g na wózku (wózek posiada masę 50g). Masa wózka wynosi więc 150g, a jego ciężar 2N. Przytrzymaj siłomierz w pozycji poziomej, a następnie ustaw jego punkt zero. Zawieś wózek wraz z odważnikami na siłomierzy, a następnie podnieś poziomo do góry z blatu stołu do drugiego podniesionego końca toru. Wymagana siła wynosi 2N. Oblicz wykonaną pracę: Siła G = 2N, Odległość h = 0,36m Praca W 1 = G x h = J Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 42

43 Podtrzymaj siłomierz w pozycji równoległej do równi pochyłej, a następnie ustaw punkt zero w tej pozycji. Przywiąż sznurek do otworu w wózku, a potem zawieś na nim siłomierz. Umieść wózek w dolnej części toru, a następnie podciągnij przy pomocy siłomierza. Odczytaj siłę zsuwającą z siłomierza i oblicz wartość pracy. Długość równi pochyłej wynosi 60cm. Siła F H =..N, Odległość I = 0,6m Praca W 2 = F H x I =..J Nie można oszczędzić pracy przy pomocy równi pochyłej. Zaoszczędzona siła musi być zrekompensowana przez wydłużenie odległości. Produkt siły i odległości pozostaje bez zmian. [strona 66] STABILNOŚĆ MES x Blok aluminium 1x Blok żelaza z haczykiem, duży 1x Blok żelaza z haczykiem, mały 1x Stalowa sprężyna płytkowa 1x Siłomierz 2N [strona 67] STABILNOŚĆ MES 3.10 W poniższym doświadczeniu zbadamy od czego zależy stabilność ciała. Połóż mały blok żelaza i blok aluminiowy przy krawędzi sprężyny płytkowej. Przytrzymaj siłomierz 2N w pozycji poziomej i ustaw punkt zero. Zawieś siłomierz na haczyku małego bloku żelaza. Przewróć blok żelaza na sprężynę płytkową, a następnie określ potrzebną do tego siłę (maksymalne wskazanie na siłomierzu). Powtórz proces z użyciem bloku aluminium. Ma on taką samą masę jak mały blok żelaza, lecz jego środek ciężkości znajduje się wyżej. Ponownie określ siłę potrzebną na przewrócenie bloku. Siłomierz wskazuje tym razem niższą siłę. Jeżeli potrzebna jest większa siła do przewrócenia ciała, posiada ono wyższą wartość stabilności. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 43

44 Połóż duży blok żelaza oraz blok aluminium obok siebie przed sprężyną płytkową. Zawieś siłomierz na haczyku bloku żelaza. Zmierz siłę potrzebną na przewrócenie bloku. Następnie zawieś siłomierz na bloku aluminium, którego masa jest mniejsza niż bloku żelaza. Natomiast jego środek ciężkości znajduje się na tej samej wysokości co środek ciężkości bloku żelaza. Siłomierz wskazuje mniejszą wartość siły niż przy przewróceniu bloku żelaza. Im wyższa masa ciała i im niżej znajduje się jego środek ciężkości, tym większa jest jego stabilność. [strona 68] PRACA PRZY PRZEWROCIE MES x Statyw 100mm 1x Zacisk uniwersalny 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 1x Stalowa sprężyna płytkowa. 1x Siłomierz 2N [strona 69] PRACA PRZY PRZEWROCIE MES 3.11 Aby przewrócić ciało należy wykonać pewną pracę. Należy podnieś środek ciężkości na pewną odległość. Przymocuj krótki pręt do zacisku uniwersalnego, tak aby koniec pręta z otworem znajdował się na górze. Przywiąż sznurek do tego otworu. Połóż ciało na sprężynie płytkowej. Pręt musi znajdować się najpierw blisko sprężyny płytkowej. Zawieś siłomierz na pętli sznurka. Przytrzymaj siłomierz 2N w pozycji poziomej i ustaw jego punkt zero w tej pozycji. Mamy za zadanie przewrócić zacisk uniwersalny i określić potrzebną do tego siłę. Podnieś nieco środek ciężkości przy przewracaniu. Usuń śrubę radełkowaną, gdyż nie jest ona potrzebna w tym momencie. Połóż zacisk uniwersalny przed sprężyną płytkową w taki sposób, aby pusty otwór znajdował się dokładnie na przeciwko sprężyny. Ponownie określ siłę potrzebną do przewrócenia ciała. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 44

45 Następnie podnieś środek ciężkości na dłuższą odległość. Wymagana siła jest teraz większa. Wartość pracy jest wyższa, ponieważ zależy ona od siły i odległości. Stabilność jest mniejsza jeżeli środek ciężkości znajduje się bliżej krawędzi przewrotu. Wartość praca potrzebnej do przewrócenia ciała jest wyższa jeżeli środek ciężkości znajduje się dalej od krawędzi przewrotu. [strona 70] NACZYNIA POŁĄCZONE MES 4.1 1x Statyw 300mm 2x Zacisk uniwersalny 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Plastikowa menzurka z podziałką 100ml 1x Rurka manometryczna, akrylowa, 200 x 8 mm 1x Rurka akrylowa, 120 x 20mm 1x Wspornik 500mm 1x Rurka akrylowa, 80 x 8mm 1x Plastikowy wężyk, 100cm Dodatkowo wymagane: 1x Woda [strona 71] NACZYNIA POŁĄCZONE MES 4.1 W poniższym doświadczeniu zbadamy poziom wody, na którym pojawia się woda w naczyniach połączonych o różnych średnicach. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 45

46 Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm na prawym końcu statywu w pozycji pionowej, a następnie krótszy na jego lewym końcu. Przymocuj zacisk uniwersalny na obu prętach. Przytwierdź krótszą rurkę do lewego zacisku uniwersalnego, a następnie załóż plastikową rurkę o średnicy 20mm na tę rurkę przy pomocy gumowego stopera. Przytwierdź dłuższą plastikową rurkę do prawego zacisku uniwersalnego. Połącz obie rurki przy pomocy plastikowego wężyka. Wlej wodę z menzurki do lewej plastikowej rurki (o większej średnicy), a następnie obserwuj poziom wody w obu plastikowych rurkach. Następnie obniż lub podnieś jedną z plastikowych rurek, a następnie obserwuj zmiany w poziomie wody. Na koniec przechyl całe urządzenie i obserwuj poziom wody. Poziom wody w naczyniach połączonych jest zawsze taki sam. [strona 72] WPŁYW CIŚNIENIA POWIETRZA MES 4.2 1x Zlewka plastikowa 100ml 1x Plastikowa menzurka z podziałką 100ml 1x Rurka manometryczna, akrylowa, 200 x 8 mm 1x Plastikowy wężyk, 100cm [strona 73] WPŁYW CIŚNIENIA POWIETRZA MES 4.2 Ciśnienie powietrza można zaobserwować tylko wtedy, gdy zachodzi tylko w jednym kierunku. Wlej wodę do zlewki do około 1cm poniżej jej krawędzi. Zanurz otwartą po obu stronach plastikową rurkę w zlewce możliwie najgłębiej. Następnie szczelnie zakryj rurkę kciukiem. Wyciągaj powoli rurkę z wody do momentu, aż niewielka jej część będzie pozostaje zanurzona. Czy woda wypływa na zewnątrz? Teraz usuń kciuk, trzymając rurkę nadal nieco zanurzoną w wodzie. Czy woda wypływa teraz na zewnątrz? Powtórz doświadczenie, ale tym razem nie usuwaj kciuka do momentu, aż nie wyciągniesz rurki całkowicie z wody. Zlewka powinna znajdować się poniżej! Wlej wodę do menzurki do kreski oznaczającej mniej więcej 100ml. Wlej wodę do połowy zlewki. Zanurz plastikowy wężyk w pozycji pionowej możliwie najgłębiej, a następnie wlej do niego wodę. Pozostałą wodę wlej do menzurki, zlewka natomiast powinna być pusta. Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 46

47 Zakryj jeden koniec wężyka palcem. Następnie przełóż go przez krawędź menzurki i włóż do pustej zlewki. Jak tylko wężyk znajdzie się możliwie najgłębiej w zlewce, usuń palec z otworu. Jak głęboko musi znajdować się koniec wężyka, aby woda nie wpłynęła z powrotem do menzurki. Jak można uniknąć przedostawania się wody do zlewki? Jak można ponownie przelać wodę ze zlewki do menzurki? Zwróć uwagę na to, że zlewka nie jest zbyt przepełniona! Woda może ponownie znaleźć się w wężyku przy wykorzystaniu podciśnienia w wężyku (np. poprzez zassanie). Ciśnienie powietrza może być zbadane przy poruszaniu cieczy. W pierwszym doświadczeniu ciśnienie powietrza przytrzymuje słupek wody w wężyku (zanurzony lewar), w drugim doświadczeniu wtłacza wodę do wężyka. Woda przepływa do zlewki, do momentu aż poziom wody jest taki sam w obu naczyniach. [strona 74] SIŁA WYPORU MES 4.3 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm 1x Zacisk uniwersalny 1x Zacisk okrągły 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 1x Plastikowa menzurka z podziałką 100ml 1x Wspornik 500mm 1x Blok aluminium 1x Blok żelaza z haczykiem, duży 1x Blok żelaza z haczykiem, mały Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 47

48 1x Siłomierz N Dodatkowo wymagane: 1x Woda [strona 75] SIŁA WYPORU MES 4.3 Czy korpulentni ludzi mogą mniej się poruszać podczas pływania ponieważ posiadają oni większą masę, a co za tym idzie wyższą siłę wyporu czy też ponieważ posiadają większą objętość? Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Połącz pręt o długości 50cm z prętem o długości 25cm przy pomocy zacisku okrągłego, a następnie umieść w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź zacisk uniwersalny wraz ze sworzniem mocującym na górnej części pręta. Zawieś siłomierz na sworzniu mocującym. Wlej 80ml wody do menzurki. Mamy do dyspozycji trzy bloki: blok aluminium i mały blok żelaza mają taką samą masę, z kolei blok aluminium i większy blok żelaza mają taką samą objętość. Określ ciężar trzech bloków (zawieszonych na siłomierzu), ich objętość (przy użyciu menzurki), oraz siłę ciężkości zanurzonych w wodzie ciał i zmniejszenie ich ciężaru (spowodowaną zanurzeniem). Zapisz wyniki w poniższej tabeli. blok aluminium mały blok żelaza duży blok żelaza Ciężar ciał..n..n..n Objętość ciał..cm 3..cm 3..cm 3 Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 48

49 Ciężar zanurzonych ciał..n..n..n Zmniejszenie ciężaru..n..n..n Siła wyporu ciała zanurzonego w cieczy nie zależy od jego ciężaru lub materiału, z jakiego zostało ono wykonane, lecz jedynie od jego objętości. [strona 76] PRAWO ARCHIMEDESA MES 4.4 1x Sworzeń mocujący 1x Statyw 300mm 1x Zacisk uniwersalny 1x Zacisk okrągły 2x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 1x Plastikowa zlewka 100ml 1x Plastikowa menzurka z podziałką 100ml 1x Wspornik 500mm 1x Pusty blok (Archimedes) 1x Blok aluminium 1x Siłomierz N Dodatkowo wymagane: 1x Woda Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 49

50 [strona 77] PRAWO ARCHIMEDESA MES 4.4 Archimedes jest znany jako odkrywca ważnego prawa fizycznego dotyczącego siły wyporu ciała zanurzonego w cieczy w swojej wannie. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Połącz pręt o długości 50cm z prętem o długości 25cm przy pomocy zacisku okrągłego, a następnie umieść w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź zacisk uniwersalny wraz ze sworzniem mocującym na górnej części pręta. Zawieś siłomierz na sworzniu mocującym. Wlej 80ml wody do menzurki. Upewnij się, że blok aluminium pasuje do otworu w pustym bloku. Pusty blok powinien zawierać taką ilość cieczy, jaką wypiera blok aluminium. Zawieś pusty blok i blok aluminium na siłomierzu. Odczytaj ciężar z siłomierza:..n. Zanurz całkowicie blok aluminium w menzurce wypełnionej 80ml wody (obniż odpowiednio zacisk uniwersalny ze sworzniem mocującym). Nie należy zanurzać pustego bloku. Odczytaj ciężar zmniejszony przez siłę wyporu z siłomierza:.. N. Wlej wodę ze zlewki do pustego bloku. Ponownie całkowicie zanurz blok aluminium w wodzie. Odczytaj ciężar z siłomierza:..n. Siła wyporu (zmniejszenie ciężaru) jest równa ciężarowi wypartej cieczy. [strona 78] NOŚNOŚĆ STATKU MES 4.5 P9901-4A Komponenty 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 50

51 1x Plastikowa zlewka, 100ml 1x Plastikowa menzurka z podziałką 100ml 1x Szklana probówka 1x Siłomierz N Dodatkowo wymagane: 1x Woda [strona 79] NOŚNOŚĆ STATKU MES 4.5 Doświadczenie ma za zadanie określić jak można obliczyć nośność statku. Do tego celu probówka posłuży nam jako statek. Wlej 80ml wody do menzurki. Włóż probówkę ( statek ) do wody w menzurce tak, aby dotknęła ona dna menzurki. Poziom wody w menzurce wskazuje ile ml wody zostało wypartej przez statek. Jako że ciężar 1ml wody w menzurce wynosi około 0,01N, na podstawie wypartej wody można zaobserwować najwyższą wyporność statku na tej wysokości zanurzenia. Statek wypiera ml wody. Wyporność statku wynosi.. N. Zawieś probówkę na siłomierzy używając do tego sznurka. Zmierz ciężar właściwy statku. Ciężar właściwy statku :..N. Przelej wodę ze zlewki do wciąż przywiązanej do siłomierza próbówki. Wlej taką ilość wody, aby siłomierz wskazywał nieco mniej niż na początku doświadczenia, kiedy określona została wyporność. Włóż statek do menzurki. Nie zanurzaj jej całkowicie do dna menzurki. Ponownie zawieś probówkę na siłomierzu i wypełnij ją ilością wody odpowiadającą wyporności. Obciążenie to jest równe różnicy między wypornością na określonej głębokości a ładunkiem statku. Zanurz załadowany statek w menzurce. Probówka spada na dno menzurki. Nośność ciała unoszącego się na powierzchni wody stanowi różnicę między jego najwyższą wypornością na określonej głębokości zanurzenia a jego własnym ładunkiem. [strona 80] MODEL AREOMETRU MES 4.6 1x śrut ołowiany 50g (tara) 1x Plastikowa menzurka z podziałką 100ml 1x Szklana próbówka Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 51

52 Dodatkowo wymagane: 1x Ropa naftowa, zapachowa 1x Cukier 1x Pasek papierowy 1x Woda [strona 81] MODEL AREOMETRU MES 4.6 Za pomocą areometru można określić gęstość cieczy. W poniższym doświadczeniu skonstruowany zostanie model areometru. Wlej 100ml wody do menzurki. Włóż do probówki taką ilość śrutu, aby ta zanurzyła się w trzech czwartych w wodzie. Wykonaj skalę na papierowym pasku (podziałka w centymetrach), a następnie włóż do probówki. Długość paska musi być dokładnie taka sama jak wysokość próbówki. Zanurz model areometru (probówka) w menzurce z wodą. Zapamiętaj kreskę na podziałce paska do której zanurza się w probówce. Wyciągnij papierowy pasek i zaznacz na tej wysokości wartość 1,0 (jest to gęstość wody). Wlej ropę naftową do menzurki zamiast wody i powtórz powyższą procedurę. Wlej roztwór 100g cukru i 10g wody do menzurki. Otrzymana gęstość roztworu cukru wynosi 1,2. Teraz kolejne kreski podziałki między 0,8 i 1,2 można wskazać poprzez odpowiednie skalowanie odległości. Można określić gęstość cieczy na podstawie głębokości zanurzenia areometru. [strona 82] CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE MES 4.7 Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 52

53 1x Statyw 300mm 1x Zacisk uniwersalny 1x Zacisk okrągły 1x Wspornik 250mm 2x Zaślepka do prętów 1x Wspornik 100mm 1x Plastikowa menzurka z podziałką 100ml 1x Wspornik 500mm 1x Blok aluminium 1x Blok żelaza z haczykiem, duży 1x Blok żelaza z haczykiem, mały Dodatkowo wymagane: 1x Woda [strona 83] CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE MES 4.7 Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Zamocuj pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Zamontuj zacisk uniwersalny na górnej części pręta, a następnie przytwierdź do niego pręt o długości 10cm. Na tym pręcie z kolei zamontuj okradły zacisk. Skonstruuj manometr przy użyciu dwóch plastikowych rurek i krótkiego wężyka. Przytwierdź plastikowe rurki do zacisku okrągłego. Wlej wodę wraz z proszkiem koloryzującym do manometru. Poziom wody w rurkach wynosi około 10cm. Wypełnij menzurkę woda do poziomu około 1cm poniżej jej krawędzi. Zaznacz poziom wody, a następnie narysuj kreski podziałki 5cm i 10cm poniżej tego poziomu. Połącz prostą zanurzeniową sondę ciśnieniową (do ciśnienia w górę) z manometrem przy pomocy plastikowego wężyka. Poziom wody powinien być taki sam w obu rurkach manometru. Zanurz probówkę w menzurce wody. Najpierw zanurz ją na głębokość 5cm, a następnie zmierz różnicę w wysokości słupków wody w rurkach manometru. Następnie zanurz ją na głębokość 10cm i ponownie zmierz różnicę wysokości słupków wody w rurkach manometru. Jednostką ciśnienia hydrostatycznego (ciśnienia wody) jest milimetr słupa wody (mm WS). 10mm słupa wody odpowiada mniej więcej 1 milibarowi (mbar). Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 53

54 Głębokość zanurzenia 5cm 10 cm Ciśnienie.... mm WS =..mbar.... mm WS =..mbar Zamień prostą sondę zanurzeniową na sondę zanurzeniową do ciśnienia w dół. Zatkaj boczny otwór sondy zanurzeniowej przy użyciu małego gumowego stopera. Teraz ciśnienie może działać jedynie w dół. Poziom wody w obu rurkach powinien być taki sam. Ponownie zanurz sondę na głębokość 5cm, następnie 10cm. Ponownie zmierz ciśnienie hydrostatyczne. Głębokość zanurzenia 5cm 10 cm Ciśnienie.... mm WS =..mbar.... mm WS =..mbar Górny otwór zatkaj przy pomocy małego gumowego stopera. Teraz ciśnienie wody może działaj jedynie w bocznym kierunku. Poziom wody w obu rurkach powinien być taki sam. Ponownie zanurz sondę na głębokość 5cm, następnie 10cm. Ponownie zmierz ciśnienie hydrostatyczne. Głębokość zanurzenia 5cm 10 cm Ciśnienie.... mm WS =..mbar.... mm WS =..mbar Wnioski: 1. Ciśnienie hydrostatyczne wzrasta wraz z głębokością zanurzenia. 2. Ciśnienie hydrostatyczne jest takie same we wszystkich kierunkach na takiej samej głębokości zanurzenia. [strona 84] KAPILARNOŚĆ MES 4.8 Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 54

55 1x Plastikowa zlewka, 100ml 1x Kapilara, zestaw 3 Dodatkowo wymagane: 1x Proszek koloryzujący, czerwony 1x Woda [strona 85] KAPILARNOŚĆ MES 4.8 Zasada dotycząca naczyń połączonych stosuje się jedynie jeśli średnica naczyń nie jest zbyt mała. Jeśli średnica wewnętrzna jest bardzo mała, można zaobserwować pewne odchylenia. Włóż trzy kapilary do zlewki obok siebie zgodnie z ich średnicą wewnętrzną. Zaobserwuj poziom wody w rurkach. Czy istnieje związek między poziomem wody w rurce a jej wewnętrzną średnicą? Im mniejsza średnica, tym wyższy jest poziom wody (powyżej poziomu wody w zlewce). Copyright 2016 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 55