Dane oryginału

Laboratory Manual for Conceptual Physics, 12th ed. / Paul G. Hewitt, Dean Baird

Authorized translation from the English language edition, entitled Laboratory Manual for Conceptual Physics, 12th Edition, by Paul Hewitt, published by Pearson Education, Inc, publishing as Pearson, Copyright © 2015, 2010 Pearson Education.

All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, included photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc.

Polish language edition published by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Copyright © 2024

Autoryzowane tłumaczenie z angielskiego wydania książki zatytułowanej Laboratory Manual for Conceptual Physics, wydanie dwunaste, autorstwa Paula Hewitta, opublikowane przez wydawnictwo Pearson Education, Inc., publikujące jako Pearson, Copyright © 2015, 2010 Pearson Education.

Wszelkie prawa zastrzeżone. Żaden fragment tej książki nie może być powielany ani rozpowszechniany w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób, elektronicznie lub mechanicznie. w tym za pomocą fotokopii, nagrań czy dowolnego systemu przechowywania i wyszukiwania informacji bez zgody Pearson Education, Inc.

Wydanie polskie opublikowane przez Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Copyright ©2024

Projekt okładki i stron tytułowych: Bartosz Dobrowolski

Ilustracje na okładce: Paul G. Hewitt

Przekład z języka angielskiego: Małgorzata Dąbkowska-Kowalik na zlecenie Witkom, Witold Sikorski

Wydawcy: Karol Zawadzki i Renata Włostowska

Redaktor prowadzący: Adam Kowalski

Redaktor: Izabela Ewa Mika

Produkcja: Mariola Grzywacka

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwo Naukowe PWN S.A.:
Michał Latusek

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo. Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2024

ISBN 978-83-01-23855-1

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2024 r. (Wydanie I)

Warszawa 2024

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 221, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail:pwn@pwn.com.pl, reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Wprowadzenie

Wielu uczniów rozpoczynających ten kurs ma niewiele praktycznych umiejętności związanych z naukami ścisłymi. Doświadczenia, czy to przeprowadzane w laboratorium, czy przy użyciu symulacji komputerowych, i pokazy w tym podręczniku zostały zaprojektowane tak, aby uczniowie zyskali obycie, którego potrzebują. Niezależnie od tego, czy chodzi o wykorzystanie obrazu otworkowego do określenia rozmiaru Słońca, czy o użycie oprogramowania do tworzenia wykresów ruchu w czasie rzeczywistym, czy próbę zapalenia żarówki z wykorzystaniem baterii i przewodów, te badania mają na celu umożliwienie uczniom bezpośredniej interakcji ze światem przyrody w sposób, który pogłębi zarówno ich ciekawość, jak i wiedzę.

Na wykonanie wszystkich doświadczeń z niniejszego podręcznika prawdopodobnie zabraknie czasu. Nauczyciel bądź instruktor prowadzący zajęcia jest w stanie najlepiej zdecydować, które doświadczenia należy wykonać, a które pominąć. Czasami decydujący wpływ może tu mieć dostępność aparatury i rekwizytów lub inne ograniczenia. Uczestnicy tych zajęć najlepiej z nich skorzystają, jeśli zaoferuje się im duży wybór doświadczeń z wielu dziedzin fizyki, na różnym poziomie trudności i wiele sposobów ich wykonania.

Stwierdzono, że zapamiętujemy około 5% tego, co czytamy, i około 75% tego, co robimy. Tak więc doświadczenia, pokazy i symulacje opisane w tym podręczniku odgrywają ważną rolę w całościowym programie nauczania fizyki z podręcznikiem Fizyka wokół nas. Zapraszamy!

Podziękowania

Na propozycje zajęć opisanych w tym podręczniku do laboratorium miało wpływ wiele autorytetów. Największy wpływ na Deana wywarł jego mentor, Walter Scheider, z liceum Huron High w Ann Arbor w stanie Michigan.

Obaj Autorzy są wdzięczni kolegom z Amerykańskiego Stowarzyszenia Nauczycieli Fizyki (American Association of Physics Teachers, AAPT) za niekończący się strumień wspaniałych pomysłów, rozwiązań technicznych i demonstracji, które pobudzały naszą kreatywność. Wykładowcy fizyki to grupa bardzo błyskotliwych i pomysłowych ludzi, którzy swe umiejętności prezentują na krajowych spotkaniach AAPT. Na początku działalności w AAPT autorytetami dla Deana byli Dewey Dykstra i Jim Minstrell.

Z oddziału AAPT w północnej Kalifornii i Nevadzie wywodzi się wielu wyjątkowych nauczycieli fizyki, których wkład we wspomniane spotkania przyniósł nam niezliczone korzyści. Clarence Bakken, Dan Burns, Ann Hanks, Steve Keith i David Kagan przez lata udzielali obu autorom nieocenionych wskazówek.

Interaktywne muzeum nauki Exploratorium w San Francisco to ośrodek znany nie tylko w północnej Kalifornii, ale i na całym świecie. Jest jasnym punktem na mapie nauki i pokazów doświadczalnych. Paul Doherty i Dan Rathjen dostarczają nauczycielom fizyki perełek, które są proste i skuteczne. Ich wysiłek widać również w tym podręczniku.

Za pomysły doświadczeń Autorzy są wdzięczni prowadzącym PTSOS [Physics Teachers SOS]: Paulowi Robinsonowi z San Mateo High School w Kalifornia, Jessice Downing z Natomas w Kalifornii oraz emerytowanym nauczycielom fizyki Howiemu Brandowi i Earlowi Feltybergerowi, a za ostateczną korektę manuskryptu – Lillian Lee Hewitt.

Szczególnie wyrazy wdzięczności należą się (emerytowanej) nauczycielce fizyki z Rio Americano, Lucy Jeffries, za jej cierpliwość do ciągłego testowania eksperymentów Deana, za opinie na temat laboratoriów, a także za jej gotowość do wspólnego wypłynięcia na wzburzone wody komputerowych zajęć laboratoryjnych!

Źródłem inspiracji znacznej części treści tego podręcznika byli studenci fizyki z Rio Americano. To oni również stanowili najważniejsze źródło opinii dotyczących poprawek do tych wszystkich doświadczeń na długo, zanim zostały one włączone do niniejszego podręcznika.

Zdaniem Deana nikt nie miał większego wpływu na jego sposób nauczania fizyki niż współautor, Paul Hewitt. Jak mówi Dean: „Praca Paula przez lata była najważniejszą gwiazdą w konstelacji, według której sterowałem statkiem mojego programu nauczania”.

Zdaniem Paula, nikt nie jest w stanie lepiej nawiązać kontaktu ze studentami w laboratorium niż Dean Baird. Z tego właśnie powodu Paul wybrał Deana na współautora tego podręcznika – który jest o wiele bardziej w stylu Bairda niż Hewitta!

O Autorach

Paul G. Hewitt, były bokser, poszukiwacz uranu, sign painter[1] i rysownik, studia podjął w wieku 28 lat i zakochał się w fizyce. Karierę nauczycielską rozpoczął w 1964 roku w City College of San Francisco. W 1971 roku ukazało się pierwsze wydanie Conceptual Physics, podręcznika fizyki, który zrewolucjonizował nauczanie fizyki, przeznaczonego dla tych, którzy nie parają się nauką.

Hewitt brał urlopy, aby uczyć fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim, zarówno w kampusach Berkeley, jak i Santa Cruz, oraz na Uniwersytecie Hawajskim w kampusach Hilo i Manoa. Prowadził ogólnie dostępny, wieczorowy kurs w Exploratorium w San Francisco. W 2000 roku Exploratorium uhonorowało Hewitta nagrodą Outstanding Educator Award.

W uznaniu osiągnięć Hewitta Amerykańskie Stowarzyszenie Nauczycieli Fizyki (AAPT) przyznało mu nagrodę Millikan Award za wybitny wkład w nauczanie fizyki.

Hewitt tworzy kolumnę rysunkową „Figuring Physics” dla miesięcznika AAPT, The Physics Teacher. Jego popularne screencasty „Hewitt Drew It!” można znaleźć na YouTube.

Dean Baird i Paul Hewitt

Dean Baird, były gazeciarzem i pakowaczem w sklepie spożywczym, rozpoczął studia w wieku 17 lat i zakochał się w fizyce. W 1986 roku został nauczycielem fizyki w Rio Americano High School w Sacramento. W 1986 roku zaczął pisać książkę The Book of Phyz, a w 2000 roku na swojej stronie internetowej http://phyz.org opublikował związany z nią kompleksowy program nauczania fizyki.

Baird pełnił funkcję mentora w finansowanym przez NSF programie Southern California Area Mentors of Physics Instruction, zasiadał w radzie redakcyjnej egzaminów AAPT oraz był członkiem zarządu Amerykańskiego Stowarzyszenia Nauczycieli Fizyki Północnej Kalifornii i Nevady (NCNAAPT). Służył Kalifornijskiemu Departamentowi Edukacji jako członek zespołu piszącego Golden State Exam oraz Assessment Review Panel.

W uznaniu osiągnięć Bairda NCNAAPT oraz AAPT uhonorowały go odznaczeniami Distinguished Service Citation[2]. W 2012 roku otrzymał Prezydencką Nagrodę za Doskonałość w Nauczaniu Matematyki i Nauk Ścisłych.

Baird jest autorem podręczników do zajęć laboratoryjnych do Conceptual Physical Science i Conceptual Integrated Science.

Do uczniów/uczestników zajęć laboratoryjnych

Aby w pełni docenić grę, trzeba znać jej zasady – niezależnie od tego, czy jest to gra sportowa, towarzyska czy komputerowa. Tak samo jest z naturą. Będziecie mogli pełniej docenić naturę, gdy dowiecie się czegoś o tym, jak wszystko się ze sobą łączy i jakie zasady rządzą zjawiskami fizycznymi. Przyroda wokół nas jest bardziej zrozumiała, gdy wiemy coś o jej zasadach.

Niniejszy zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych do podręcznika Fizyka wokół nas umożliwia uzupełnienie wiedzy o zjawiskach w przyrodzie, koncentrując się na tym, w jaki sposób w przyrodzie zachodzą pewne zjawiska. Zajęcia laboratoryjne to zajęcia praktyczne, na których prowadzi się obserwacje, dokonuje pomiarów, wykonuje obliczenia i wyciąga wnioski. Podsumowując, w laboratorium urzeczywistnia się zasady i zależności, o których uczycie się w klasie i o których czytacie w podręczniku. Przy okazji, pamiętajcie, aby zabrać ze sobą podręcznik do laboratorium! Czasami będzie potrzeba odniesienia do schematów z podręcznika, które mogą pomóc w zrozumieniu tego, co dzieje się podczas zajęć laboratoryjnych.

Do nauczyciela/instruktora

Uprawianie fizyki to cel, który nam przyświecał przy pisaniu tego podręcznika do zajęć laboratoryjnych. Zawiera on opis szeregu doświadczeń, pokazów i zajęć przy komputerze z wykorzystaniem symulacji, które są ściśle powiązane z jedenastym wydaniem książki Conceptual Physics [3].

Duża liczba i różnorodność doświadczeń przedstawionych w tym podręczniku ma na celu umożliwienie dokonania wyboru podczas przygotowywania zajęć laboratoryjnych. Przy ich doborze prawdopodobnie istotna będzie kwestia dostępnego sprzętu, rekwizytów, miejsca i ograniczeń czasowych[4]. Chodziło nam o to, aby było w czym wybierać.

Zajęcia określone jako obserwacje zjawiska mają często charakter jakościowy i stosunkowo szybko można je wykonać. Mogą obejmować przewidywanie, obserwację i wnioskowanie. Odpowiedzi są zazwyczaj werbalne, ale mogą również obejmować proste szkice. W niektórych przypadkach doświadczenia po prostu przygotowują scenę dla konkretnego materiału z rozdziału podręcznika Fizyka wokół nas; w innych przypadkach podsumowują zawarte w nim zagadnienia.

Doświadczenia obejmują głównie dokonywanie pomiarów oraz przeprowadzanie zarówno ocen jakościowych, jak i ilościowych. Doświadczenia mogą rozszerzać materiał z rozdziału podręcznika Fizyka wokół nas, a niektóre z nich wymagają odrobiny wiedzy z algebry i trygonometrii.

Część zajęć przy komputerze obejmuje użycie oprogramowania pomiarowego, które wymaga czujników współpracujących z komputerem, a także oprogramowania do zbierania i analizy danych. Choć podręczne narzędzia do zbierania danych stają się coraz bardziej popularne, oprogramowanie sondujące z interfejsem komputerowym pozwala grupom laboratoryjnym gromadzić się wokół jednego, stosunkowo dużego ekranu i wspólnie omawiać wyniki. Niektóre zajęcia przy komputerze to symulacje[5]. Grupa Technologii Nauczania Fizyki (Physics Education Technology Group) Uniwersytetu Kolorado (PhET) nieustannie opracowuje zaawansowane symulacje komputerowe. Podczas gdy niektóre zajęcia oparte na symulacjach mogą funkcjonować jako zadania dla jednego uczestnika zajęć, często są one bardziej wartościowe, gdy pracuje nad nimi grupa. Dyskusje w grupach podczas tych zajęć przynoszą ogromne korzyści wszystkim ich uczestnikom.

Pokazy to doświadczenia, które po prostu nie są możliwe do przeprowadzenia w grupach laboratoryjnych. Na przykład niewiele instytucji ma do dyspozycji po jednym generatorze Van de Graaffa dla każdej grupy laboratoryjnej. W przeciwieństwie do pokazów na wykładach, które krótko ilustrują dość zwięzły punkt, pokazy laboratoryjne mają być rozszerzonymi lekcjami opartymi na samej demonstracji. W przypadku większości pokazów zachęca się uczniów do zaangażowania, ale pokazy są zwykle prowadzone raczej przez nauczyciela/instruktora niż przez uczniów/uczestników zajęć. W zależności od zasobów szkoły/instytucji niektóre pokazy mogą mieć formę zajęć lub warsztatów.

Należy zauważyć, że podręcznik laboratoryjny jest powiązany z podręcznikiem Fizyka wokół nas. Opis treści każdego z zajęć laboratoryjnych zawiera odniesienie do rozdziału podręcznika. Odniesienie do podręcznika jest powtórzone w lewym górnym rogu opisu wszystkich zajęć. Rysunki i inne konkretne odniesienia do podręcznika pojawiają się od czasu do czasu. Należy zachęcić uczniów/uczestników zajęć, aby przynieśli swój podręcznik do laboratorium!

Autorzy z wdzięcznością przyjmą wszelkie uwagi dotyczące doświadczeń opisanych w niniejszym podręczniku. Prosimy o przesyłanie komentarzy, uwag krytycznych i sugestii bezpośrednio do Deana Bairda na adres dean@phyz.org.

Co będzie potrzebne: podstawowa lista przyrządów, rekwizytów, odczynników

Przyrząd, rekwizyt, odczynnik

Tytuł zajęć

aerozol typu „mgła w sprayu”

Wzory dyfrakcyjne

akcelerometr cieczowy

Czy to się będzie kręcić w kółko?

akcelerometry optyczne

Czy to się będzie kręcić w kółko?

akwarium lub zlew

Utoń lub płyń

amperomierz prądu stałego (analogowy 0–1 A)

Jak zmierzyć opór?; Przerwa i zwarcie w obwodzie

arkusz kalkulacyjny (Microsoft Excel lub podobny)

Poświeć światłem

arkusz przezroczystej folii do rzutnika

Podglądanie pikseli

baloniki

Naelektryzuj się!

barwnik spożywczy (w płynie)

Czy to się będzie kręcić w kółko?; Taniec cząsteczek

baterie alkaliczne (R20, R14, N (R1), AAAA (R8D425)) oraz baterie dużej pojemności (do latarki 6 V lub zapłonowa 1,5 V)

Cytrynowa elektryczność; Baterie i żarówki; Przerwa i zwarcie w obwodzie; Elektryzujący magnetyzm; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów

bloczek

Przykładanie siły przed wózkiem

butelka dietetycznego napoju gazowanego (2 l)

Musująca fontanna

butelka plastikowa (0,5 l)

Wszystko w nadgarstku

cegła

Rzeczy, które się odbijają; Siła, z którą należy się liczyć

cewka z rdzeniem powietrznym, solenoid

Aktywator generatora

ciężarki wędkarskie, ołowiane

Łódko płyń

cukier w kostkach (10 kostek)

Urokliwa fatamorgana

cukierki mentos

Musująca fontanna

cylindry miarowe (10 ml, 100 ml, 500 ml)

Grubość naleśnika z kulek; Naleśnik z kwasu oleinowego; Eureka!; Łódko płyń

cytryna

Cytrynowa elektryczność

czujnik ruchu

Określanie odległości przy użyciu dźwięku; Przykładanie siły przed wózkiem

czujnik siły

Lustro siły

deska (równia pochyła)

Wspinanie się pod górę

dynamometry (o udźwigu 5 N, 10 N)

Chodzenie po desce; Ciężar; Lustro siły; Wspinanie się pod górę; Paradoks bliźniaczych pałek; Łódko płyń

elektrofory

Siła, z którą należy się liczyć; Elektroskop

elektromagnesy z rdzeniem powietrznym

Huśtanie magnesów

elektroskop ze złotymi listkami

Elektroskop

filtr polaryzacyjny, duży (arkusz folii polaryzacyjnej)

Zaciemnienie

filtr polaryzacyjny, mały

Zaciemnienie

fiszka (karta katalogowa)

Obraz Słońca; Kule słoneczne

folia aluminiowa

Roztapiam się, roztapiam; Cytrynowa elektryczność; Camera obscura

foremki do ciasta, aluminiowe, prostokątne (10 × 23 cm) i okrągłe, różnej wielkości (∅ 23 cm, ∅ 7,5 cm)

Łódko płyń; Siła, z którą należy się liczyć; Naelektryzuj się!

fotobramki z zegarem

Upuszczanie piłki

galwanometr

Huśtanie magnesów; Aktywator generatora

generator Van de Graaffa

Naelektryzuj się!

generatory prądu elektrycznego, ręczne

Być jak bateria; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów; Aktywator generatora

guma o szerokości 7 mm

Lustro siły

gumki recepturki

Silnikowe szaleństwo

gwoździe, krótkie, związane sznurkiem w pęk (kilka szt.)

Woda i gwoździe

haczyki kołnierzowe

Chodzenie po desce; Ciężar; Naprężenie i sprężyna; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów

hantle (2 kg)

Usiądź na nim i obracaj się

instrukcja obsługi pojazdu (samochodu osobowego)

Ciśnienie w oponach i 18-kołowa ciężarówka

jajko (surowe)

Utoń lub płyń

kalka kreślarska

Camera obscura

kamertony (widełki stroikowe) (40–150 Hz, 300–500 Hz)

Kamerton w zwolnionym tempie; Wydaj dźwięk!

kamertony rezonacyjne (współbrzmiące) przymocowane do drewnianych pudeł rezonansowych, para

Dlaczego niebo jest niebieskie

kamień

Łódko płyń

kartka papieru (biała, czysta)

Jak zobaczyć pole magnetyczne?; Inaczej o załamaniu światła; Inaczej o rozpraszaniu światła

karty katalogowe (fiszki)

Taniec cząsteczek

kawałek drewna

Łódko płyń

kątomierz

Wspinanie się pod górę

klocek, drewniany

Przykładanie siły przed wózkiem; Rzeczy, które się odbijają

klocek, drewniany (ok. 5 × 5 × 2,5 cm)

Silnikowe szaleństwo

klocki ołowiu, drewna i styropianu o takich samych masach

Utoń lub płyń

koło rowerowe z uchwytami

Usiądź na nim i obracaj się

kołyska Newtona

Czy to się będzie kręcić w kółko?

kompasy, małe

Elektryzujący magnetyzm

komputer

Określanie odległości przy użyciu dźwięku; Przepychanie przedmiotów; Przykładanie siły przed wózkiem; Lustro siły; Odlot!; Tancerz rowerowy z Edynburga; Skok do innego świata; Kostki w basenie: gęstość; Odbijanie się od ścian; Fale na wodzie w zbiorniku; Wysoki – cichy – niski – głośny; Efekt wah-wah i dźwięki z klawiatury telefonu; Hokej w polu elektrycznym; Iskry z Johnem Trawoltażem; Elektromagnetyczne laboratorium pana Faradaya; Podglądanie pikseli; Prążki w optyce; Poświeć światłem; Szybkie datowanie izotopowe

kostki (jak kostki do gry), pomalowane: jedna strona czerwona, dwie strony niebieskie, trzy strony niepomalowane – 25 szt.

Określenie okresu połowicznego rozpadu

kostki domina (100 szt.)

Reakcja łańcuchowa

kółko pomiarowe (drogomierz)

Odlot!

kredki

Jasne światła

kubki jednorazowe na napoje, nieprzezroczyste (jak na napoje gorące)

Moneta w kubku

kubki styropianowe

Mieszanie cieczy o różnych temperaturach

kubki, izolowane

Woda i gwoździe

kulka drewniana lub z korka (o średnicy ok. 2,5 cm)

Niutonowski strzał

kulka metalowa (stalowa lub ołowiana, o średnicy ok. 2,5 cm)

Niutonowski strzał

kulka ze styropianu lub korka

Siła, z którą należy się liczyć

kulki stalowe (o średnicy ok. 13 mm, 16 mm)

Upuszczanie piłki; Traf do celu

kulki styropianowe

Naelektryzuj się!

kulki z łożyska (∅ 4,6 mm)

Grubość naleśnika z kulek

lampa grzewcza (promiennik podczerwieni)

Ciepło w puszce: podgrzewanie

laser o znanej długości fali

Prawa rządzące światłem

latarka (mała, jasno świecąca)

Dlaczego niebo jest niebieskie

latarka z diodą LED (źródło punktowe)

Dyfrakcja w działaniu; Dlaczego niebo jest niebieskie

latarka z żarówką (źródło punktowe)

Dyfrakcja w działaniu

linijka z podziałką centymetrową

Grubość naleśnika z kulek

linijka, metalowa z wytrawioną skalą milimetrową

Prawa rządzące światłem

lód w kostkach

Roztapiam się, roztapiam

lupa, mała (powiększenie np. 30× lub 60–100×)

Podglądanie pikseli

lustro, duże, tzw. pełnowymiarowe

Lustro ortsuL

lut bezołowiowy

Silnikowe szaleństwo

łódka zabawka, która uniesie ładunek o masie 1200 g

Łódko płyń

łyżka

Utoń lub płyń

magnes, mały (neodymowy lub równoważny)

Upuszczanie piłki

magnesy sztabkowe

Siła, z którą należy się liczyć; Jak zobaczyć pole magnetyczne?; Silnikowe szaleństwo; Aktywator generatora

magnesy sztabkowe (AlNiCo)

Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów; Aktywator generatora

materiał balastowy (nakrętki, kulki, piasek itp.)

Eureka!

mechanizm do wrzucania cukierków do napoju gazowanego

Musująca fontanna

menzurki, małe

Taniec cząsteczek

miarka (np. zwijana)

Lustro ortsuL; Prawa rządzące światłem

miernik ciśnienia w oponach

Ciśnienie w oponach i 18-kołowa ciężarówka

mieszadło

Dlaczego niebo jest niebieskie; Urokliwa fatamorgana

suwmiarka (lub mikrometr)

Grubość naleśnika z kulek

miski styropianowe

Naelektryzuj się!

młoteczek do kamertonu

Drgania w zwolnionym tempie; Wydaj dźwięk!; Dlaczego niebo jest niebieskie

modelina

Łódko płyń

moneta (5 groszy)

Kule słoneczne

moneta (im większa, tym lepsza)

Moneta w kubku

monety, małe, groszowe

Cytrynowa elektryczność

multimetr cyfrowy

Cytrynowa elektryczność

nakrętki sześciokątne

Przykładanie siły przed wózkiem

nóż mały (scyzoryk, nożyk introligatorski)

Obraz Słońca

obciążnik z hakiem

Wszystko w nadgarstku; Łódko płyń

obciążniki

Przykładanie siły przed wózkiem; Skoki na bungee ze stołu

obciążniki ołowiane

Łódko płyń

obciążniki szczelinowe (50 g, 100 g, 200 g, 500 g)

Chodzenie po desce; Ciężar; Wszystko w nadgarstku; Naprężenie i sprężyna

odczynniki chemiczne w proszku (chlorek baru, chlorek miedzi, chlorek potasu, chlorek sodu, chlorek strontu, chlorek wapnia)

Jasne światła

odtwarzacz audio z dwoma przenośnymi głośnikami

Wyłączanie dźwięku

ogniwo zapłonowe, suche (nr 6)

Cytrynowa elektryczność

okulary dyfrakcyjne („tęczowe”)

Wzory dyfrakcyjne

ołówki

Dyfrakcja w działaniu

opiłki żelaza

Jak zobaczyć pole magnetyczne?

oporniki mocy o różnych oporach (3–10 Ω)

Jak zmierzyć opór?

oprawki do miniaturowych żarówek

Jak zmierzyć opór?; Baterie i żarówki; Przerwa i zwarcie w obwodzie; Być jak bateria

oprogramowanie czujnika ruchu

Określanie odległości przy użyciu dźwięku

oprogramowanie do tworzenia wykresów na podstawie danych z czujników

Jedź! Jedź! Jedź!, Przykładanie siły przed wózkiem, Lustro siły

oprogramowanie do generowania dźwięku

Wysoki – cichy – niski – głośny; Efekt wah-wah i dźwięki z klawiatury telefonu

oprogramowanie, symulacje PhET https://phet.colorado.edu [Uwaga: dostęp do symulacji można mieć przy aktywnym połączeniu internetowym lub przez pełną instalację symulacji]

Przepychanie przedmiotów; Odlot!; Skok do innego świata; Kostki w basenie: gęstość; Odbijanie się od ścian; Fale na wodzie w zbiorniku; Hokej w polu elektrycznym; Iskry z Johnem Trawoltażem; Elektromagnetyczne laboratorium pana Faradaya; Podglądanie pikseli; Prążki w optyce; Poświeć światłem; Szybkie datowanie izotopowe

palnik Bunsena

Jasne światła

pałeczka lub rurka z octanu celulozy

Siła, z którą należy się liczyć; Elektroskop

pałeczka lub rurka z PCW

Siła, z którą należy się liczyć; Elektroskop

pałki do doświadczeń z ruchem obrotowym, para

Paradoks bliźniaczych pałek

papier milimetrowy

Jedź! Jedź! Jedź!; Ciężar; Naprężenie i sprężyna; Ciśnienie w oponach i 18-kołowa ciężarówka; Ciepło w puszce: podgrzewanie; Jak zmierzyć opór?

papier pergaminowy

Jedź! Jedź! Jedź!

patelnia (duża) lub garnek z wrzącą wodą

Ogrzewanie przez zamrażanie

patyczek, drewniany

Silnikowe szaleństwo

piłeczki z różnych tworzyw, odbijające się sprężyście, Happy Ball, lub nie, Sad Ball (luzem)

Rzeczy, które się odbijają

pinezka

Obraz otworkowy

pisak/marker

Wydmuchnij!

pistolety na rzutki z przyssawkami

Niutonowski strzał

platforma obrotowa o małym współczynniku tarcia

Czy to się będzie kręcić w kółko?

płyta CD (niepotrzebna)

Elektryzujący magnetyzm

płyta grzejna

Chłodzenie przez wrzenie; Ogrzewanie przez zamrażanie

płytka plastikowa

Cytrynowa elektryczność

podstawa do prętów podpierających

Huśtanie magnesów

pojemnik z szerokim otworem (1 l)

Mieszanie cieczy o różnych temperaturach

pojemnik, przezroczysty (10 l)

Łódko płyń

pojemniki na błonę fotograficzną 35 mm (lub małe, plastikowe butelki na płyny)

Eureka!

polaryzator (duży) z filtrem zmiękczającym (cienki arkusz białego papieru lub jego odpowiednik)

Zaciemnienie

pompa próżniowa ze szklanym kloszem

Chłodzenie przez wrzenie

pompka powietrza

Odlot!

poprzeczki (krótkie pręty)

Chodzenie po desce; Ciężar; Huśtanie magnesów; Polaryzator z prętów

poziomica, mała

Chodzenie po desce

pręt nośny z podstawą

Silnikowe szaleństwo

pręt podtrzymujący, podpierający

Chodzenie po desce; Ciężar; Lustro siły; Wydmuchnij!; Rzeczy, które się odbijają; Wspinanie się pod górę; Upuszczanie piłki; Naprężenie i sprężyna; Wielki wyścig kulek; Huśtanie magnesów

pręty nośne (ok. 1 m)

Polaryzator z prętów

proszek likopodium

Naleśnik z kwasu oleinowego

pryzmaty (trójkątny, trapezoidalny)

Inaczej o załamaniu światła; Inaczej o rozpraszaniu światła

przedmioty z przezroczystego plastiku (kątomierze, widelce itp.)

Zaciemnienie

przewody łączące

Jak zmierzyć opór?; Baterie i żarówki; Przerwa i zwarcie w obwodzie; Być jak bateria; Elektryzujący magnetyzm; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów; Aktywator generatora

przewód telefoniczny (linka, nie drut, 8 m)

Polaryzator z prętów

przymiar metrowy, drewniany

Chodzenie po desce; Jedź! Jedź! Jedź!; Skoki na bungee ze stołu; Wspinanie się pod górę; Paradoks bliźniaczych pałek; Wszystko w nadgarstku; Traf do celu; Odlot!; Naprężenie i sprężyna; Wydaj dźwięk!; Obraz otworkowy; Obraz Słońca; Kule słoneczne; Prawa rządzące światłem

przyrządy do wystrzeliwania stalowej kuli poziomo, ze znaną prędkością

Traf do celu

pudełko po butach, z pokrywką

Camera obscura

pudełko tekturowe

Wydmuchnij!

puszka, pusta

Traf do celu

puszki napoju gazowanego

Utoń lub płyń

puszki radiacyjne: srebrna, czarna i biała

Ciepło w puszce: podgrzewanie

pył kredowy

Naleśnik z kwasu oleinowego

rakieta Arbor z napędem pneumatycznym

Odlot!

ręcznik papierowy

Jedź! Jedź! Jedź!; Woda i gwoździe; Ciepło w puszce: podgrzewanie; Roztapiam się, roztapiam; Wydaj dźwięk!; Cytrynowa elektryczność; Dlaczego niebo jest niebieskie; Moneta w kubku

rękawica żaroodporna lub uchwyt do garnka

Jasne światła

rękawice ochronne (ochrona przed gorącem)

Taniec cząsteczek

rozgałęźniki sygnału dźwiękowego

Wysoki – cichy – niski – głośny; Efekt wah-wah i dźwięki z klawiatury telefonu

roztwór HCl 0,1 M (= 0,1 mol/dm³)

Jasne światła

roztwór kwasu oleinowego (5 ml kwasu oleinowego w 995 ml etanolu)

Naleśnik z kwasu oleinowego

rurka (metalowa) lub pręt

Elektroskop

rurka aluminiowa (1,5 m)

Wszystko w nadgarstku

rurka (∅ 2,5 cm, długość 1,5 m)

Wydmuchnij!

rurka przezroczysta, akrylowa (∅ 2,5 cm, długość ok. 1,2 m)

Upuszczanie piłki

rurki wyładowcze zawierające różne gazy

Jasne światła

ryż preparowany

Naelektryzuj się!

rzutki z przyssawkami (do pistoletów na rzutki)

Niutonowski strzał

samochód (osobowy)

Ciśnienie w oponach i 18-kołowa ciężarówka

samochód zabawka z napędem

Jedź! Jedź! Jedź!

siatki dyfrakcyjne

Dyfrakcja w działaniu; Jasne światła

siatki dyfrakcyjne: o małej gęstości (~500±100 linii/milimetr) i o dużej gęstości (~1000±100 linii/milimetr)

Wzory dyfrakcyjne

słoiki po jedzeniu dla niemowląt, puste

Taniec cząsteczek

słuchawki

Tancerz rowerowy z Edynburga; Wysoki – cichy – niski – głośny; Efekt wah-wah i dźwięki z klawiatury telefonu

soczewka Fresnela ze starego rzutnika

Obiekty oglądane przez soczewkę nie są takie, na jakie wyglądają

soczewka rozpraszająca (wklęsła) (f = –15 cm)

Płonący obraz

soczewka skupiająca, ∅ 25 mm

Camera obscura

soczewki skupiające (wypukłe) (f = 15 cm)

Płonący obraz

sól kuchenna

Utoń lub płyń

spektroskop (komercyjny lub domowej roboty)

Jasne światła

spinacz biurowy

Przykładanie siły przed wózkiem

sprężyna spiralna

Naprężenie i sprężyna

sprężyny, słabe

Huśtanie magnesów

statyw (także z prętem podtrzymującym)

Rzeczy, które się odbijają; Naprężenie i sprężyna; Elektryzujący magnetyzm; Silnikowe szaleństwo; Huśtanie magnesów

stojak pierścieniowy z zaciskiem wystarczająco dużym, aby pomieścić spektroskop

Jasne światła

stołek, obrotowy, o małym współczynniku tarcia

Usiądź na nim i obracaj się

stoper

Jedź! Jedź! Jedź!; Musująca fontanna; Traf do celu; Reakcja łańcuchowa

stół

Skoki na bungee ze stołu; Wspinanie się pod górę; Upuszczanie piłki; Traf do celu; Reakcja łańcuchowa

suszarka do włosów

Elektroskop

system pomiaru czasu z fotokomórkami

Wydmuchnij!

sznurki różnej długości i wytrzymałości

Chodzenie po desce; Przykładanie siły przed wózkiem; Skoki na bungee ze stołu; Wszystko w nadgarstku; Łódko płyń

szpatułki metalowe lub druty do próby płomieniowej (nichrom)

Jasne światła

szpikulec, ostry

Obraz Słońca

środek rozpraszający (do rozpuszczenia w wodzie)

Dlaczego niebo jest niebieskie; Cudowne uwięzienie światła ; Urokliwa fatamorgana; Wzory dyfrakcyjne

śrut o średnicy 4,6 mm

Grubość naleśnika z kulek

światło stroboskopowe, jasne, o dużej możliwości zmiany częstotliwości

Drgania w zwolnionym tempie

świetlówka kompaktowa (kompaktowa lampa fluorescencyjna)

Dyfrakcja w działaniu

tace do rozmrażania

Roztapiam się, roztapiam

tacka

Grubość naleśnika z kulek

talerze styropianowe, biały i czarny

Roztapiam się, roztapiam

taśma gumowa

Płonący obraz

taśma klejąca, mocna

Jedź! Jedź! Jedź!; Wszystko w nadgarstku; Wzory dyfrakcyjne

taśma maskująca

Jedź! Jedź! Jedź!; Wydmuchnij!; Eureka!; Łódko płyń; Camera obscura; Lustro ortsuL

taśma miernicza 100 m

Odlot!

tekturka 7,5 × 10 cm

Obraz otworkowy

termometr (w stopniach Celsjusza)

Mieszanie cieczy o różnych temperaturach; Woda i gwoździe; Ciepło w puszce: podgrzewanie; Chłodzenie przez wrzenie

termometr pokojowy

Wydaj dźwięk!

tkanina wełniana i jedwabna (kawałki, np. 10 cm × 10 cm)

Siła, z którą należy się liczyć; Elektroskop

tor do doświadczeń z dynamiki

Przykładanie siły przed wózkiem; Wspinanie się pod górę; Czy to się będzie kręcić w kółko

urządzenie do jednoczesnego wystrzeliwania i upuszczania

Wielki wyścig kulek

urządzenie z rurką rezonansową: cylinder z podziałką o pojemności 250 ml lub większy i rurka z PCV o długość większej niż wysokość cylindra

Wydaj dźwięk!

waga

Wydmuchnij!; Łódko płyń

waga elektroniczna

Musująca fontanna; Odlot!

waga szalkowa

Utoń lub płyń; Woda i gwoździe

wahadło w kształcie młoteczka, zakończone piłeczkami z różnych tworzyw odbijających się sprężyście lub nie

Rzeczy, które się odbijają

wiadro (10 l)

Łódko płyń; Mieszanie cieczy o różnych temperaturach

wieszak na obciążnik

Naprężenie i sprężyna

wkładka do zbiornika do obserwacji laserowych (nieprzezroczysta, biała)

Cudowne uwięzienie światła

woda

Utoń lub płyń; Eureka!; Łódko płyń; Ciepło w puszce: podgrzewanie; Drgania w zwolnionym tempie; Wydaj dźwięk!; Cytrynowa elektryczność; Dlaczego niebo jest niebieskie; Moneta w kubku; Cudowne uwięzienie światła; Wzory dyfrakcyjne

woda gorąca

Mieszanie cieczy o różnych temperaturach; Woda i gwoździe; Urokliwa fatamorgana

woda zimna

Taniec cząsteczek

woltomierz prądu stałego (analogowy 0–10 V)

Jak zmierzyć opór?

woreczek ogrzewający (woreczek z przesyconym octanem sodu)

Ogrzewanie przez zamrażanie

wózek do doświadczeń z dynamiki

Przykładanie siły przed wózkiem; Wspinanie się pod górę; Czy to się będzie kręcić w kółko

wskaźniki laserowe (różne: czerwony oraz zielony, niebieski lub fioletowy)

Cudowne uwięzienie światła; Urokliwa fatamorgana; Wzory dyfrakcyjne

zacisk pierścieniowy

Elektryzujący magnetyzm

zaciski

Wydmuchnij!; Rzeczy, które się odbijają; Wszystko w nadgarstku; Wielki wyścig kulek; Silnikowe szaleństwo

zaciski do biurety

Upuszczanie piłki

zaciski kątowe

Huśtanie magnesów; Polaryzator z prętów

zaciski pręta

Chodzenie po desce; Ciężar; Rzeczy, które się odbijają; Wspinanie się pod górę

zaciski stołowe

Chodzenie po desce; Ciężar; Lustro siły; Wspinanie się pod górę; Upuszczanie piłki; Wielki wyścig kulek

zaciski trójpalcowe

Upuszczanie piłki; Naprężenie i sprężyna

zakraplacz do oczu

Naleśnik z kwasu oleinowego

zasilacz prądu stałego (napięcia 0–6 V), regulowany

Jak zmierzyć opór?

zbiornik do obserwacji laserowych

Czy to się będzie kręcić w kółko?; Dlaczego niebo jest niebieskie; Cudowne uwięzienie światła; Urokliwa fatamorgana; Wzory dyfrakcyjne

zegar fotobramki

Wydmuchnij!; Upuszczanie piłki

zestaw do baniek mydlanych

Naelektryzuj się!

zestaw do wizualizacji pola magnetycznego

Jak zobaczyć pole magnetyczne?

zlewki (400 ml, 600 ml)

Utoń lub płyń; Drgania w zwolnionym tempie

zwierciadło wklęsłe, ręczne

Obiekty w lustrze nie są takie, na jakie wyglądają

zwierciadło wypukłe, ręczne

Obiekty w lustrze nie są takie, na jakie wyglądają

źródła światła do doświadczeń z optyki geometrycznej (lampa i przesłony oraz laser)

Płonący obraz; Inaczej o załamaniu światła; Inaczej o rozpraszaniu światła

źródło białego światła LED (np. latarka LED)

Dyfrakcja w działaniu

źródło jasnego światła (rzutnik pisma lub rzutnik slajdów)

Zaciemnienie

źródło światła żarowego, punktowe (latarka z żarówką)

Dyfrakcja w działaniu

żarówki miniaturowe (do latarki, 1,5 V lub 2,5 V, 6 V oraz 14,4 V)

Jak zmierzyć opór?; Baterie i żarówki; Przerwa i zwarcie w obwodzie; Być jak bateria

Zestawienie zajęć z symulacjami

Tytuł

Nazwa symulacji

URL

Rodzaj zajęć

Rysunki

Przepychanie przedmiotów

Siły i ruch: Podstawy

https://phet.colorado.edu/sims/html/forces-and-motion-basics/latest/forces-and-motion-basics_pl.html

Przy komputerze

R_1

Odlot!

Rzuty

https://phet.colorado.edu/sims/html/projectile-motion/latest/projectilemotion_pl.html

Doświadczenie/Przy komputerze

R_2

Skok do innego świata

Ciężarki na sprężynach

https://phet.colorado.edu/sims/html/masses-and-springs/latest/masses-and-springs_pl.html

Przy komputerze

R_3

R_4

Kostki w basenie: gęstość

Gęstość

https://phet.colorado.edu/sims/html/density/latest/density_pl.html

Przy komputerze

R_5

Odbijanie się od ścian

Gazy – właściwości

https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_pl.html

Przy komputerze

R_6

(R_7)

Fale na wodzie w zbiorniku

Interferencja fal

https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_pl.html

Przy komputerze

Simple_ripple_tank

Hokej w polu elektrycznym

Elektryczny hokej – zapożyczony z pracy Ruth Chabay

https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/electric-hockey/latest/electric-hockey.html?simulation=electric-hockey&locale=pl

Przy komputerze

R_8

Iskry z Johnem Trawoltażem

John Trawoltaż

https://phet.colorado.edu/sims/html/john-travoltage/latest/john-travoltage_pl.html

Przy komputerze

R_9

(R_10)

Elektromagnetyczne laboratorium pana Faradaya

Elektromagnetyczne laboratorium Pana Faradaya

https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/faraday/latest/faraday.html?simulation=faraday&locale=pl

Przy komputerze

R_11

R_12

R_13

R_14

Podglądanie pikseli

Widzenie kolorowe

https://phet.colorado.edu/sims/html/color-vision/latest/color-vision_pl.html

Przy komputerze / Obserwacja zjawiska

brak

Prążki w optyce

Interferencja fal

https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_pl.html

Przy komputerze

R_17

Poświeć światłem

Efekt fotoelektryczny

https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/photoelectric/latest/photoelectric.html?simulation=photoelectric&locale=pl

Przy komputerze

R_15

Szybkie datowanie izotopowe

Datowanie gra

https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/nuclear-physics/latest/nuclear-physics.html?simulation=radioactive-dating-game&locale=pl

Przy komputerze

R_16

Imię i nazwisko _____________________________________ Grupa ____________ Data ___________

Fizyka wokół nas

Obserwacja zjawiska

Pierwsze prawo dynamiki Newtona – bezwładność

Reguła równowagi

Chodzenie po desce

Cel

Pomiar sił działających na obiekt w stanie równowagi i interpretacja wyników.

Co będzie potrzebne

• przymiar metrowy, drewniany

• 2 pręty podpierające

• 2 zaciski pręta

• 2 dynamometry (o udźwigu 5 N lub 10 N)

• 2 sznurki, po 20 cm każdy

• 2 zaciski stołowe

• 2 poprzeczki (krótkie pręty)

• 2 haczyki kołnierzowe

• obciążniki szczelinowe (dwa 200 g i jeden 500 g)

• mała poziomica (opcjonalnie)

Omówienie

Malarze Burl i Paul pracują na rusztowaniu (drewniana deska zawieszona na obu końcach na linach). Mogą się zastanawiać, jakie jest naprężenie lin, które podtrzymują ich rusztowanie. Malarze są w stanie równowagi, ale jak naprężenie lin ma się do ich ciężaru oraz ciężaru rusztowania? Ciężary Burla i Paula nie zmieniają się, zmienia się natomiast naprężenie lin, gdy którykolwiek z nich przemieszcza się wzdłuż deski. W tym doświadczeniu rusztowaniem będzie drewniany przymiar metrowy. Zmierzysz siły działające na rusztowanie w różnych układach i określisz wartości sił układu w równowadze.

Rysunek 1

Przebieg doświadczenia

Krok 1: Skalibruj oba dynamometry, tak aby każdy z nich trzymany pionowo bez obciążenia wskazywał zero.

Krok 2: Rozmieść przyrządy w sposób pokazany na rysunku 1.

a) Przymocuj pręty podpierające zaciskami do stołu, tak aby były one oddalone od siebie o około 60 cm.

b) Za pomocą zacisków przymocuj poprzeczki do prętów podpierających. Zawieś dynamometr na każdej poprzeczce za pomocą haków kołnierzowych.

c) Zwiąż ze sobą końce jednego 20-centymetrowego kawałka sznurka, aby utworzyć pętlę. Zawieś pętlę na jednym dynamometrze. Powtórz tę czynność z drugim dynamometrem.

d) Zawieś drewniany przymiar metrowy (skalą centymetrową do góry) na pętlach sznurka. Wyważ tak układ, aby oznaczenie 50 cm znajdowało się po środku między pętlami sznurka, a miarka była poziomo. (Użyj poziomicy – jeśli jest dostępna – aby sprawdzić wypoziomowanie przymiaru). Ta konstrukcja jest modelem rusztowania naszych malarzy.

e) Ustaw tak przymiar, aby odczyty na skalach obu dynamometrów były takie same (lub prawie takie same). W razie potrzeby przesuń go w lewo lub w prawo albo wypoziomuj.

Krok 3: Zapisz wartości, które są na skalach obu dynamometrów.

Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________

Wartość na skali dynamometru po prawej: _____________

a) Dodaj te wartości i zapisz wynik. Jest to całkowita waga przymiaru i obu pętli sznurka.

______________________________________________________________________________________

b) Uzupełnij poniższy rysunek przymiaru o wartości działających na niego sił. Siła L to siła działająca w górę po lewej stronie, R to siła działająca w górę prawej, a W to siła ciążenia działająca w dół.

c) Jaka jest siła wypadkowa działająca na przymiar? Siła wypadkowa to suma sił z uwzględnieniem ich kierunku.

______________________________________________________________________________________

Krok 4: Ostrożnie umieść jeden obciążnik 200 g na oznaczeniu 40 cm, a drugi obciążnik 200 g na oznaczeniu 60 cm. (Reprezentują one naszych malarzy. Uważaj, żeby nie spadły!). Skieruj szczeliny w obciążnikach szczelinowych w kierunku jednego z końców przymiaru (0 lub 100 cm).

Krok 5: Zapisz wartości, które są na skalach obu dynamometrów.

Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________

Wartość na skali dynamometru po prawej: ____________

a) Jaki jest łączny ciężar przymiaru, obu pętli ze sznurka i obu obciążników?

______________________________________________________________________________________

b) Naszkicuj schemat przymiaru ze wszystkimi działającymi na niego siłami. Na schemacie uwzględnij wartości liczbowe każdej siły.

c) Jaka jest siła wypadkowa działająca na przymiar?

______________________________________________________________________________________

Krok 6: Przesuń obciążnik z 40 cm na 70 cm. Drugi obciążnik pozostaw na oznaczeniu 60 cm. Rusztowanie jest nadal w równowadze, nawet jeśli obciążenie nie jest równomiernie rozłożone.

Krok 7: Zapisz wartości, które są na skalach obu dynamometrów.

Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________

Wartość na skali dynamometru po prawej: ____________

a) Jaki jest łączny ciężar przymiaru, obu pętli ze sznurka i obu obciążników?

______________________________________________________________________________________

b) Naszkicuj schemat przymiaru ze wszystkimi działającymi na niego siłami. Na schemacie uwzględnij wartości liczbowe każdej siły.

c) Jaka jest siła wypadkowa działająca na przymiar?

______________________________________________________________________________________

d) Przeanalizuj swoje dotychczasowe ustalenia. Co jest warunkiem równowagi, warunkiem, który został spełniony we wszystkich badanych do tej pory układach?

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

Krok 8: Przyjmij, że z rusztowania korzysta dwóch malarzy o różnych masach. Przeprowadź symulację, używając obciążników 500 g i 200 g. Ostrożnie ułóż oba obciążniki na oznaczeniu 50 cm i odczytaj wskazania obu dynamometrów.

Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________

Wartość na skali dynamometru po prawej: ____________

Krok 9: Ostrożnie umieść obciążnik 200 g na oznaczeniu 60 cm, a obciążnik 500 g na oznaczeniu 40 cm, ale nie odczytuj jeszcze wskazań dynamometrów.

Ile sumarycznie wskażą oba dynamometry?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

Krok 10: Odczytaj tylko wartość, którą wskazuje dynamometr po lewej i zapisz ją.

Wartość na skali dynamometru po lewej: ______________

Spróbuj przewidzieć przybliżoną wartość, którą wskaże dynamometr po prawej, i zapisz swoje przewidywania.

Przewidywana wartość na skali dynamometru po prawej: ___________________

Krok 11: Odczytaj wartość, którą wskazuje dynamometr po prawej i zapisz ją.

Wartość na skali dynamometru po prawej: __________________

Jak ma się odczytana wartość do przewidywanej?

_________________________________________________________________________________________

Krok 12: Przesuwaj obciążnik 200 g, aż oba dynamometry wskażą tę samą wartość. Zapisz położenie obciążnika 200 g.

Położenie obciążnika 200 g: __________________

Obciążnik 500 g znajduje się w odległości 10 cm od środka przymiaru. Jak daleko od środka przymiaru znajduje się obciążnik 200 g?

_________________________________________________________________________________________

Podsumowanie

1) Czy platforma z metrowego przymiaru może być w równowadze, jeśli dwie siły podpierające działające w górę są sobie równe? Jeśli tak, to podaj przykład ze swoich obserwacji.

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

2) Czy platforma z metrowego przymiaru może być w równowadze, jeśli dwie siły podpierające działające w górę nie są równe? Jeśli tak, podaj przykład ze swoich obserwacji.

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

3) Czy platforma byłaby w równowadze, gdyby masa 500 g znajdowała się na oznaczeniu 30 cm, a masa 200 g na oznaczeniu 60 cm? Wyjaśnij.

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

4) Załóżmy, że masa 500 g została umieszczona na oznaczeniu 30 cm. Gdzie można umieścić masę 200 g, aby na obu dynamometrach były takie same wskazania? Uzasadnij swoją odpowiedź.

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

5) Czy można użyć tych samych mas, aby na obu dynamometrach były takie same wskazania, jeśli masa 500 g byłaby umieszczona na oznaczeniu 20 cm? Jeśli tak, to gdzie należy umieścić masę 200 g? Jeśli nie, to dlaczego?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

Imię i nazwisko _____________________________________ Grupa ____________ Data ___________

Fizyka wokół nas

Doświadczenie

Ruch prostoliniowy: prędkość

Podstawy graficznego opisu ruchu

Jedź! Jedź! Jedź!

Cel

Narysowanie wykresu przedstawiającego ruch obiektu.

Co będzie potrzebne

• samochód zabawka z napędem (z możliwością ustawienia stałej prędkości poruszania się)

• papier pergaminowy (lub nieperforowany ręcznik papierowy, lub kilka arkuszy papieru sklejonych taśmą)

• taśma (klejąca lub maskująca)

• stoper • przymiar metrowy • papier milimetrowy

Omówienie

Czasami zależność między dwiema wielkościami jest łatwa do zauważenia, a czasami trudniej jest ją dostrzec. Naturę zależności dwóch wielkości często widać na wykresie. Na tych zajęciach narysujesz wykres ilustrujący ruch rzeczywistego obiektu.

Przebieg doświadczenia

Będziesz obserwować ruch samochodu zabawki. Śledząc zmiany jego położenia w czasie, możesz narysować wykres, który przedstawia jego ruch. Niech w tym celu samochód porusza się wzdłuż dłuższego boku arkusza papieru pergaminowego. W odstępach 1-sekundowych zaznacz położenie samochodu. W ten sposób powstanie kilka uporządkowanych par danych – położenie w odpowiadających mu chwilach. Następnie można zaznaczyć te uporządkowane pary w układzie współrzędnych na papierze milimetrowym, aby utworzyć wykres przedstawiający ruch samochodu. W wykonaniu doświadczenia będą pomagać inni uczestnicy zajęć.

Krok 1: Przymocuj taśmą papier pergaminowy do blatu stołu. Powinien on być jak najbardziej płaski – bez żadnych wzniesień ani pofałdowań.

Krok 2: Jeśli prędkość samochodu można regulować, ustaw ją na „wolno”.

Krok 3: Ustaw tak samochód, aby przejechał przez całą długość stołu. Włącz go i wykonaj kilka próbnych przejazdów, aby sprawdzić, czy jedzie prosto.

Krok 4: Przećwicz korzystanie ze stopera. W tym doświadczeniu osoba obsługująca stoper musi wołać coś w rodzaju „Jedź” w każdym 1-sekundowym przedziale. Wypróbuj to, aby wyczuć 1-sekundowy rytm.

Krok 5: Przećwicz wykonanie doświadczenia, prosząc o pomoc innych uczestników zajęć.

a) Ustawcie tak samochód, aby przejechał wzdłuż papieru pergaminowego, i puśćcie go.

b) Jak już zacznie jechać, osoba obsługująca stoper uruchomia go i mówi: „Jedź!”.

c) Inna osoba z grupy powinna zajmować się zaznaczaniem położenia przodu lub tyłu samochodu na papierze za każdym razem, gdy osoba obsługująca stoper zawoła „Jedź!”. W tym celu wystarczy dotknąć papieru w odpowiednich miejscach gumką ołówka.

d) Osoba obsługująca stoper nadal woła „Jedź!” (nie „1, 2, 3, ...”) raz na sekundę, a druga osoba dalej zaznacza położenie samochodu, aż dotrze on do końca papieru lub stołu. Uważajcie, aby samochód nie zjechał ze stołu!

Krok 6: Wykonajcie zadanie.

a) Skierujcie samochód tak, aby przejechał wzdłuż papieru pergaminowego, i puśćcie go. W tym momencie na papierze nie ma żadnych śladów. Żadnych! Samochód porusza się, a na papierze nie ma zrobionych żadnych śladów.

b) Gdy samochód zacznie się poruszać, osoba obsługująca stoper włączy go i powie: „Jedź!”.

c) Inna osoba z grupy będzie zaznaczać położenie przodu lub tyłu samochodu na papierze za każdym razem, gdy osoba obsługująca stoper powie: „Jedź!”. Nie róbcie żadnych znaków na papierze, dopóki samochód nie ruszy. Powstrzymajcie się przed zaznaczaniem położenia samochodu, gdy jest on w spoczynku!

d) Osoba obsługująca stoper kontynuuje wołanie „Jedź!” (nie „1, 2, 3, ...”) raz na sekundę, a druga osoba dalej zaznacza położenie samochodu, aż samochód dotrze do końca papieru lub stołu. Uważajcie, aby samochód nie zjechał ze stołu!

Krok 7: Opiszcie zaznaczone punkty. Pierwszy punkt oznaczcie „0”, drugi „1”, trzeci „2” i tak dalej. Etykiety te oznaczają czas, w którym punkty zostały zaznaczone.

Krok 8: Zmierzcie – w centymetrach – odległości każdego punktu od punktu oznaczonego „0”. (Punkt „0” znajduje się 0 cm od samego siebie). Zapiszcie odległości w tabeli danych. Nie martwcie się, jeśli nie macie tylu punktów, ile jest dostępnych miejsc w tabeli.

Tabela danych

Czas t [s]

0

1

2

3

4

Położenie x [cm]

0

Krok 9: Sporządź na papierze milimetrowym wykres zależności położenia od czasu. Nadaj wykresowi tytuł „Położenie względem czasu”. Na osi poziomej niech będzie czas, a na osi pionowej – położenie. Oznacz oś poziomą symbolem wielkości i jednostką miary: t [s]. Oznacz oś pionową w podobny sposób: x [cm]. Utwórz skalę na obu osiach, zaczynając od 0 i zaznaczając wartości, tak aby wszystkie dane zmieściły się na wykresie. Przyjmij taką skalę, aby dane wypełniły jak największą powierzchnię układu współrzędnych.

Rysunek 1

Równie dobrze można by utworzyć wykres zależności czasu od położenia. Z kilku powodów lepiej jednak rysować wykres zależności położenia od czasu. W tym doświadczeniu czas jest tym, co nazywamy „zmienną niezależną”. Oznacza to, że bez względu na to, jak szybko lub wolno jechał samochód, zawsze oznaczaliśmy jego położenie w równych odstępach czasu. To my wyznaczaliśmy przedziały czasu, a samochód „wyznaczał” zmiany położenia, które dokonywał w każdym przedziale. Ale zmiana położenia samochodu w każdym przedziale czasu zależała od wybranego przez nas przedziału czasu. Położenie nazywamy więc „zmienną zależną”. Zazwyczaj tak układamy wykres, aby oś pozioma reprezentowała zmienną niezależną, a oś pionowa – zmienną zależną.

Ponadto nachylenie wykresu położenia względem czasu mówi nam więcej niż nachylenie wykresu czasu względem położenia, jak zobaczymy później.

Krok 10: Narysuj linię najlepszego dopasowania. W tym przypadku linia najlepszego dopasowania powinna być pojedynczą linią prostą. Użyj linijki. Ustaw tak linijkę, tak aby narysowana linia przechodziła jak najbliżej wszystkich punktów danych. Linia może przechodzić powyżej niektórych punktów i poniżej innych. Nie rysuj po prostu linii łączącej pierwszy punkt z ostatnim. Przykład jest pokazany na rysunku 1.

Krok 11: Określ nachylenie linii prostej. Nachylenie jest często określane jako „szybkość wznoszenia się”. Aby określić nachylenie linii, wykonaj następujące czynności.

a) Wybierz dwa dogodne punkty na linii. Powinny one znajdować się dość daleko od siebie. Dogodne punkty to te, które przecinają linie siatki na papierze milimetrowym.

Rysunek 2

b) Narysuj poziomą linię prostą w prawo od dolnego dogodnego punktu, po czym narysuj pionową linię prostą w dół od górnego dogodnego punktu, aż do uzyskania trójkąta jak na rysunku 2. Będzie to trójkąt prostokątny, ponieważ linie pozioma i pionowa przetną się pod kątem prostym.

c) Znajdź długość poziomego odcinka na wykresie (poziomego boku trójkąta). To jest „przyrost czasu”. Nie używaj linijki; długość należy wyrazić w jednostkach zaznaczonych na osi poziomej – w tym przypadku w sekundach.

Przyrost czasu: ____________________ s.

d) Zmierz długość pionowego odcinka na wykresie (poziomego boku trójkąta). To jest „zmiana położenia”. Nie używaj linijki; długość musi być wyrażona w jednostkach wielkości na osi pionowej. W tym przypadku są to centymetry.

Zmiana położenia: ____________________ cm.

e) Oblicz nachylenie, dzieląc zmianę położenia przez przyrost czasu. Zapisz poniżej swoje obliczenia (wraz z odpowiednimi jednostkami).

Nachylenie: ____________________ cm/s.

Podsumowanie

1) Załóżmy, że w tym doświadczeniu użyto szybszego samochodu.

a) Jak zmieniłyby się odległości między znakami na papierze?

_________________________________________________________________________________________

b) Jak zmieniłby się czas jazdy samochodu po papierze przed dotarciem do krawędzi stołu?

_________________________________________________________________________________________

c) Jak zmieniłby się wynikowy wykres zależności odległości od czasu? (Jak zmieniłoby się nachylenie?)

_________________________________________________________________________________________

2) Dodaj do wykresu linię reprezentującą szybszy samochód. Oznacz ją odpowiednio.

3) Załóżmy, że w tym doświadczeniu użyto wolniejszego samochodu.

a) Jak zmieniłyby się odległości między znakami na papierze?

_________________________________________________________________________________________

b) Jak zmieniłby się czas jazdy samochodu po papierze przed dotarciem do krawędzi?

_________________________________________________________________________________________

c) Jak zmieniłby się wynikowy wykres zależności odległości od czasu? (Jak zmieniłoby się nachylenie?).

_________________________________________________________________________________________

4) Dodaj do wykresu linię reprezentującą wolniejszy samochód. Oznacz ją odpowiednio.

5) Załóżmy, że akumulator samochodu rozładował się podczas jazdy i samochód powoli się zatrzymał.

a) Co stanie się z odstępem między znakami, gdy samochód zwolni?

_________________________________________________________________________________________

b) Dodaj do wykresu linię przedstawiającą zwalniający samochód. Oznacz ją odpowiednio.

_________________________________________________________________________________________

6) Jakiego rodzaju ruch przedstawia każdy z tych wykresów? Innymi słowy, co robił samochód, aby powstały takie wykresy ruchu?

Wykres A

__________________________________________________

__________________________________________________

__________________________________________________

Wykres B

__________________________________________________

__________________________________________________

__________________________________________________

Przypisy

[1] Sign painting, czyli malowanie znaków, to rzemiosło polegające na malowaniu napisów na budynkach, billboardach lub szyldach w celu promowania, ogłaszania lub identyfikowania produktów, usług i wydarzeń [źródło: Wikipedia] – przyp. tłum.

[2] Odznaczenie Distinguished Service Citation jest przyznawane w uznaniu za długą i wyróżniającą się służbę wolontariacką na rzecz ESA, społeczności naukowej, i szerszego celu, którym jest ekologia dla dobra publicznego [źródło: https://www.esa.org/about/awards/distinguished-service-citation/ ] – przyp. tłum.

[3] Symulacje te są powiązane z polskim wydaniem 4. Fizyki wokół nas, które ukazało się nakładem WN PWN w 2015 r. – przyp. red.

[4] Nie wszystkie rekwizyty wymienione w książce są dostępne na naszym rynku i czasami trzeba zastąpić je polskimi odpowiednikami – przyp. red.

[5] Strona z symulacjami jest w języku angielskim, natomiast każda z symulacji jest tłumaczona na wiele języków (w tym jęz. polski) – przyp. red.