№2 зертханалық жұмыс. Горизонталь лақтырылған дененің қозғалысын зерделеу
Үстелдің шетіне бекітілген науамен домалаған шарик одан горизонталь бағытта ұшып шығады. Құлау биіктігі h пен ұшу қашықтығы L-ді өлшеп, ұшу уақытын t = √(2h/g) және бастапқы жылдамдықты v₀ = L/t табады, содан кейін шариктің траекториясын сызады.
Жұмыстың мақсаты. Горизонталь лақтырылған дененің қозғалысын зерделеу: биіктік пен ұшу қашықтығы бойынша оның бастапқы жылдамдығын анықтау, траекториясын сызу және оның парабола екеніне көз жеткізу.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 9.2.1.10теңайнымалы және бірқалыпты қозғалыстың кинематикалық теңдеулерін қолдана отырып, горизонталь лақтырылған дененің қозғалысын сипаттау
- 9.2.1.11горизонталь лақтырылған дененің қозғалыс жылдамдығын анықтау
- 9.2.1.12горизонталь лақтырылған дененің қозғалыс траекториясын сызу
Құрал-жабдықтар
- муфтасы мен қысқышы бар штатив
- шарикті жіберуге арналған иілген науа
- болат шарик
- ақ қағаз парағы және көшірме қағаз
- ұзындығы 1 м өлшеуіш таспа немесе сызғыш
- тіктеуіш (жүк байланған жіп)
- қағазды бекітуге арналған скотч
Жұмыс барысы
- 1
Науаны үстелдің шетінде штатив қысқышына төменгі бөлігі горизонталь болатындай етіп бекітіңіз.
- 2
Тіктеуіштің көмегімен еденде науа ұшының дәл астындағы O нүктесін белгілеңіз. Науа ұшындағы шариктің төменгі шетінен еденге дейінгі h биіктігін өлшеңіз.
- 3
Сынақ ретінде шарикті бір рет жіберіңіз. Шарик түскен жерге ақ қағазды скотчпен бекітіп, үстіне көшірме қағаз қойыңыз.
- 4
Шарикті науадағы бір белгіден итермей 5 рет қатарынан жіберіңіз. Қағазда шарик түскен жерлердің іздері қалады.
- 5
O нүктесінен әр ізге дейінгі қашықтықты өлшеп, орташа ұшу қашықтығын Lорт табыңыз.
- 6
Ұшу уақытын t = √(2h/g) және бастапқы жылдамдықты v₀ = Lорт/t есептеңіз.
- 7
y = g·x²/(2v₀²) теңдеуі бойынша x-тің бірнеше мәні үшін (мысалы, 0,1 м сайын) y-ті есептеп, дәптерге траекторияны сызыңыз.
- 8
Шарикті науадағы жоғарырақ белгіден жіберіп, тәжірибені қайталаңыз да, жылдамдықтар мен траекторияларды салыстырыңыз.
Қысқаша теория
h биіктіктен v₀ жылдамдықпен горизонталь лақтырылған дене бір мезгілде екі қозғалысқа қатысады. Көлденең бағытта оған күш әсер етпейді (ауаның кедергісін ескермейміз), сондықтан ол бірқалыпты қозғалады: x = v₀·t. Тік бағытта тек ауырлық күші әсер етеді, сондықтан дене бастапқы тік жылдамдықсыз еркін түседі: y = g·t² / 2.
Ұшу уақыты тек биіктікке байланысты: t = √(2h/g). Ол бастапқы жылдамдыққа тәуелсіз — сол биіктіктен жай құлаған шарик лақтырылған шарикпен бір мезгілде еденге жетеді. Ұшу қашықтығы L = v₀·t = v₀·√(2h/g), бұдан бастапқы жылдамдық v₀ = L·√(g/(2h)).
Қозғалыс теңдеулерінен уақытты шығарып тастаса, траектория теңдеуі шығады: y = g·x² / (2v₀²). Бұл — төбесі ұшып шығу нүктесінде жатқан парабола. Дененің кез келген сәттегі жылдамдығы өзгермейтін көлденең құраушы v₀ мен тік құраушы vy = g·t-дан құралады; жылдамдық модулі v = √(v₀² + (g·t)²).
Еркін түсу үдеуі g ≈ 9,8 м/с². h биіктігін ұшып шығу нүктесіндегі шариктің төменгі шетінен еденге дейін, ал L қашықтығын науа ұшының астындағы нүктеден (оны тіктеуішпен белгілейді) түскен жерге дейін көлденеңінен өлшейді.
Виртуалды тәжірибе
«Механикалық зертхананың» «Қозғалыс» режимінде «Үстелден лақтыру» тәжірибесін таңдаңыз. Үстел биіктігі мен науа биіктігін беріп, шарикті жіберіңіз де, ұшу қашықтығын еденде сызғышпен өлшеңіз; экрандағы нүктелер шариктің бірдей уақыт аралықтарындағы орнын көрсетіп, траекторияны сызады. Биіктіктердің бірнеше үйлесімі үшін h пен L-ді жазып, v₀ = L·√(g/(2h)) есептеңіз және науа биіктігі артқанда ұшып шығу жылдамдығы өсетінін, ал ұшу уақыты тек үстел биіктігіне тәуелді екенін тексеріңіз.
Осы тақырыптағы тағы бір симуляция: Көкжиекке бұрыш жасай лақтыру
Өлшеу кестесі
№2 зертханалық жұмыс · Физика, 9 сынып. Горизонталь лақтырылған дененің қозғалысын зерделеу
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | Биіктік h, м | Ұшу қашықтығы L, м | Орташа қашықтық Lорт, м | Ұшу уақыты t, с | Жылдамдық v₀, м/с |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 | |||||
| 4 | |||||
| 5 |
Есептеу және қорытынды
Ұшу уақыты: t = √(2h/g); бастапқы жылдамдық: v₀ = L / t = L·√(g/(2h)).
Мысалы, h = 0,80 м және Lорт = 0,52 м болса: t = √(2 · 0,80 / 9,8) ≈ 0,40 с, v₀ = 0,52 / 0,40 ≈ 1,3 м/с.
Осы мысал үшін траектория: y = 9,8·x² / (2 · 1,3²) ≈ 2,9·x². x = 0,2 м болғанда y ≈ 0,12 м, x = 0,4 м болғанда y ≈ 0,46 м.
Еденге тиген сәттегі жылдамдық: v = √(v₀² + (g·t)²) ≈ √(1,3² + 3,9²) ≈ 4,1 м/с.
Жылдамдықтың салыстырмалы қателігі: ε = ΔL/L + Δh/(2h). Қағаздағы іздердің шашырауы қашықтықтың кездейсоқ қателігін көрсетеді.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында горизонталь лақтырылған шариктің бастапқы жылдамдығын анықтадым: h = … м биіктікте v₀ = … м/с. Ұшу уақыты … с болды және тек …-ға тәуелді. Шариктің траекториясы … пішінді. Нәтиженің дәлдігіне … әсер етеді.
Бақылау сұрақтары
Жылдамдықтың көлденең құраушысы неге тұрақты болып қалады?
Жауабын көру
Көлденең бағытта шарикке күш әсер етпейді (ауаның кедергісін ескермесек), сондықтан бұл бағытта ол бірқалыпты қозғалады.
Ұшу уақыты бастапқы жылдамдыққа тәуелді ме?
Жауабын көру
Жоқ. Ұшу уақыты тек биіктікпен анықталады: t = √(2h/g), өйткені тік бағытта шарик бастапқы жылдамдықсыз құлайды.
Биіктікті 4 есе арттырса, ұшу қашықтығы қалай өзгереді?
Жауабын көру
Ұшу уақыты 2 есе артады (t шамасы √h-қа пропорционал), сондықтан бастапқы жылдамдық өзгермесе, қашықтық та 2 есе артады.
Траектория қандай пішінді және неге?
Жауабын көру
Парабола: x шамасы t-ға, ал y шамасы t²-қа пропорционал өседі, сондықтан y шамасы x²-қа пропорционал.
Қағаздағы іздер неге бір нүктеге түспейді?
Жауабын көру
Шарик әр жолы аздап басқаша домалайды: бастапқы орны, үйкеліс, айналуы өзгеше болады. Сондықтан бірнеше рет жіберіп, орташа қашықтықты алады.
Қауіпсіздік техникасы
- Науа мен штатив үстелден құлап кетпейтіндей етіп бекітіңіз.
- Шарикті жібермес бұрын оның түсетін жерінде ешкім жоқ екеніне көз жеткізіңіз.
- Еденге тиген шарикті ұстап алыңыз немесе домалап кетпеуі үшін шектегіш қойыңыз.
- Шарикті қолмен лақтырмаңыз және науаны сыныптастарыңызға қаратып қоймаңыз.
Мұғалімге
Осы жұмыстың тақырыбына ҚМЖ мен БЖБ-ны Bilim Plus Ұстаз кабинетінде ЖИ оқу мақсаттарының коды бойынша жинайды. Симуляцияны сыныпқа беруге не тақтаға шығаруға болады.
Жиі қойылатын сұрақтар
- Жұмысты құрал-жабдықсыз орындауға бола ма?
- Иә, «Механикалық зертханада» («Қозғалыс» → «Үстелден лақтыру») виртуалды зертханалық жұмыс жасауға болады. Оны нақты тәжірибенің орнына зертханалық журналға есептеу-есептемеуді мұғалім шешеді.
- Қорытындыны қалай жазу керек?
- Табылған бастапқы жылдамдық пен ұшу уақытын өлшем бірлігімен жазыңыз, траекторияның пішінін көрсетіңіз және әр түрлі биіктіктен жіберілген тәжірибелердің нәтижелерін салыстырыңыз. Қателіктің негізгі көздерін атаңыз.
- Шарикті неге қолмен лақтырмай, науамен жібереді?
- Науа әр жіберуде бірдей горизонталь жылдамдық береді. Қолмен шарикті қатаң горизонталь және әр жолы бірдей жылдамдықпен лақтыру мүмкін емес.