5.12. Lejtőn való mozgás vizsgálata LabCamera program segítségével

A kísérlet célja  

LabCamera mérőprogram használatának gyakorlása. Lejtőn szabadon guruló kiskocsi mozgásának elemzése.

Szükséges anyagok, eszközök

• Lejtő (hozzá való dőlésszög változtató ék, fékező dobozt)
• Színes kiskocsi
• Dőlésszög mérő
• Webkamera
• Számítógép (LabCamera mérőprogrammal)

Leírás

A lejtőt 5 fokos dőlésszögűre állíjuk az ék segítségével. A beállítást a lejtőre helyezett dőlésszög mérővel, vagy geometriai mérések alapján (emelkedés, hossz) végezhetjük. A futópálya végéhez helyezzük a fékező dobozt, hogy a leérkező kiskocsi ne sérüljön. A számítógépen indítsuk el a LabCamera program kinematika funkcióját! A webkamerát helyezzük el úgy, hogy a lejtőt jól lássa, és egy magasságban legyen a lejtő közepével, majd a fej döntésével állítsuk be úgy, hogy a lejtő vízszintesnek látszódjon rajta. A kiskocsit rögzítsük (vagy tartsuk) a lejtő tetején és a programban kattintsunk rá a színes részre, hogy követni tudja a szoftver. A program hosszúság kalibrációjához használjuk fel a kiskocsi hosszát, vagy helyezzük vonalzót a képtérbe.

Feladatok

• Indítsuk el a mérést, majd kezdősebesség nélkül hagyjuk legurulni a kiskocsit. Amint legurult állítsuk le.
• A program lefuttatása után hívjuk be a mozgás vízszintes irányú, sebesség – idő (vx – t) grafikonját! A grafikon alapján jellemezzük a kocsi mozgását és határozzuk meg a kocsi gyorsulását! (Megjegyzés: a program a gyorsulást is ki tudja rajzolni az idő függvényében, de általában nagy hibával, pontról pontra számolja, így a sebesség – idő grafikonról sokkal pontosabb eredményt kaphatunk)
• Végezzük el a mérést két másik dőlésszög esetén (pl. 2° és 10°). Foglaljuk értéktáblázatba a három különböző meredekségű lejtőn mért gyorsulások értékét (a) és a lejtők szögét (α)!

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

• Akiskocsi nem a lejtőn súrlódás nélkül csúszó testre jól ismert képlet (g sin⁡α) által jósolt gyorsulással fog mozogni. Ez nem mérési hiba (és nem a súrlódásnak tudható be)! Magyarázza, hogy mi okozza a várt gyorsulás és mért gyorsulás közötti különbséget!

Módszertani kiegészítések

• A kísérlet webkamera alapú kiértékelése csak egy példa. Természetesen pl. Tracker program segítségével is ki lehet elemezni, mellyel hasonló eredmények kihozhatók. A Tracker program előnye, hogy fejlett belső kiértékelő funkciója van, így a gyorsulások az adatok exportálása nélkül meghatározhatók.
• A LabCamera (WebCam Laboratory) program használati útmutatója megtalálható a fizika tanítás a középiskolában I. jegyzet 688. oldalán.