Demonstrációs fizika labor

5.3. Lejtőn leguruló golyó mozgásának vizsgálata (Galilei-lejtő)

A kísérlet célja

Galilei történelmi kísérletének bemutatása; a négyzetes úttörvény szemléltetése, igazolása.

Szükséges anyagok, eszközök

  • fémrúd (alumínium profil), középen végig vályúval, rajta jelölések 1, 4, 9, 16 hosszegységeknél
  • acélgolyó
  • stopper (vagy saját telefon)
  • fahasáb alátétnek

Leírás

Emeljük meg néhány centiméterrel a sínnek azt a végét, melyen egymáshoz közel helyezkednek el a jelölések, majd a lejtő tetejéről indítva a golyót, mérjük meg, hogy mennyi idő alatt érkezik a golyó az egyes jelölésekhez. Ehhez használhatjuk a stopper köridő funkcióját. Ebben az esetben egy méréssel megkapjuk az összes adatot. Természetesen külön-külön is megmérhetjük a lejtő tetejétől a vizsgált jelöléshez való érkezés időtartamát. Ekkor 4 jelölés esetén 4 külön mérést kell csinálnunk, hogy megkapjuk az adatokat. Mindkét módszer esetén érdemes az időadatokat háromszor mérni.


5.3.2.JPG

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Az egyenes vonalú egyenletesen gyorsuló mozgás mely jellemzőjét igazoltuk így?
  • Miért és hogyan következik a kísérletből, hogy a golyó egyenletesen gyorsuló mozgást végez?
  • A fenti kétféle időmérési módszer közül melyik a pontosabb?
  • Milyen más módszerekkel igazolható, hogy egy mozgás (pl. lejtőn leguruló golyó) egyenletesen gyorsuló mozgást végez?
  • Nézzünk utána Galilei életének és munkásságának!

Módszertani kiegészítések

  • A mérési adatokat érdemes táblázatba foglalni, amelynek utolsó oszlopában az egyes távolságok megtételéhez szükséges idő négyzetét számoljuk ki. A megtett utat az eltelt idő négyzetének függvényében ábrázolva egyenest kapunk, amelyből \(s \sim t^2\)-re következtethetünk.
  • A \(s \sim t^2\)  összefüggés egy speciális egyenes vonalú egyenletesen gyorsuló mozgásra, a szabadesésre is bemutatható kötélre csomózott anyacsavarok segítségével (lásd 5.4. kísérlet).
  • A mérést érdemes úgy elvégezni, hogy a diákok mérik az időt. A diákok egy csoportja mérheti a 16, egy másik csoport a 9, egy harmadik a 4, és egy negyedik 1 egység megtételéhez szükséges időt. A tanár hangjeleket is adhat az egyes jelölők elérésekor. Ezzel a módszerrel az egyik módszer pontosságát ötvözzük a másik módszer gyorsaságával.
  • A kísérlethez kapcsolódóan mindenképpen érdemes Galilei munkásságával foglalkozni, azon belül a természettudományos gondolkodás kialakulásával. A történelemben talán ez a legelső kísérlet, melyet egy elmélet tudományos igazolása kedvéért végeztek el. A történelmiségét kihangsúlyozva a kísérletet el lehet végezni archaikusan, azaz nem stoppert, hanem Galilei által használt vízórát használva. Galilei, mivel nagy pontosságú időmérő eszköze nem volt, ezért egy vödörből csöpögtetett vizet (egyenletesen), melynek a tömegét mérte. Természetesen nem szükséges egy vödröt átfúrni és kétkarú mérleggel mérni a tömegeket, de az is tanulságos lehet, ha a csapból egyenletesen kifolyó vízzel mérünk. A mérés menete a következő: Készítsünk elő 12 egyforma műanyag poharat. A csapot állítsuk egy egyenletes, lassú kiolyásra. Előzetesen ezt érdemes kipróbálni és olyan kifolyási sebességet választani, hogy a leghosszabb út alatt pont megteljen a pohár. A méréshez szükséges egy diák segítsége. A golyó indítását érdemes a tanárnak végezni. A diák dolga, hogy indításkor betegye a csap alá a poharat és az adott út megtétele után kivegye. Ezt a tanár hangjelzésekkel tudja irányítani. Minden távolságon érdemes 3-szor ismételni. Ezt követően egy (a pohár tömegével tárázott) mérleggel mérjük meg a víz tömegét. Ezt, mint önkényes egységet használva igazolhatjuk a négyzetes úttörvényt.

 

 

 


5.3. Lejtőn leguruló golyó mozgásának vizsgálata (Galilei-lejtő)

A kísérlet célja

Galilei történelmi kísérletének bemutatása; a négyzetes úttörvény szemléltetése, igazolása.

Szükséges anyagok, eszközök

  • fémrúd (alumínium profil), középen végig vályúval, rajta jelölések 1, 4, 9, 16 hosszegységeknél
  • acélgolyó
  • stopper (vagy saját telefon)
  • fahasáb alátétnek

Leírás

Emeljük meg néhány centiméterrel a sínnek azt a végét, melyen egymáshoz közel helyezkednek el a jelölések, majd a lejtő tetejéről indítva a golyót, mérjük meg, hogy mennyi idő alatt érkezik a golyó az egyes jelölésekhez. Ehhez használhatjuk a stopper köridő funkcióját. Ebben az esetben egy méréssel megkapjuk az összes adatot. Természetesen külön-külön is megmérhetjük a lejtő tetejétől a vizsgált jelöléshez való érkezés időtartamát. Ekkor 4 jelölés esetén 4 külön mérést kell csinálnunk, hogy megkapjuk az adatokat. Mindkét módszer esetén érdemes az időadatokat háromszor mérni.


5.3.2.JPG

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Az egyenes vonalú egyenletesen gyorsuló mozgás mely jellemzőjét igazoltuk így?
  • Miért és hogyan következik a kísérletből, hogy a golyó egyenletesen gyorsuló mozgást végez?
  • A fenti kétféle időmérési módszer közül melyik a pontosabb?
  • Milyen más módszerekkel igazolható, hogy egy mozgás (pl. lejtőn leguruló golyó) egyenletesen gyorsuló mozgást végez?
  • Nézzünk utána Galilei életének és munkásságának!

Módszertani kiegészítések

  • A mérési adatokat érdemes táblázatba foglalni, amelynek utolsó oszlopában az egyes távolságok megtételéhez szükséges idő négyzetét számoljuk ki. A megtett utat az eltelt idő négyzetének függvényében ábrázolva egyenest kapunk, amelyből \(s \sim t^2\)-re következtethetünk.
  • A \(s \sim t^2\)  összefüggés egy speciális egyenes vonalú egyenletesen gyorsuló mozgásra, a szabadesésre is bemutatható kötélre csomózott anyacsavarok segítségével (lásd 5.4. kísérlet).
  • A mérést érdemes úgy elvégezni, hogy a diákok mérik az időt. A diákok egy csoportja mérheti a 16, egy másik csoport a 9, egy harmadik a 4, és egy negyedik 1 egység megtételéhez szükséges időt. A tanár hangjeleket is adhat az egyes jelölők elérésekor. Ezzel a módszerrel az egyik módszer pontosságát ötvözzük a másik módszer gyorsaságával.
  • A kísérlethez kapcsolódóan mindenképpen érdemes Galilei munkásságával foglalkozni, azon belül a természettudományos gondolkodás kialakulásával. A történelemben talán ez a legelső kísérlet, melyet egy elmélet tudományos igazolása kedvéért végeztek el. A történelmiségét kihangsúlyozva a kísérletet el lehet végezni archaikusan, azaz nem stoppert, hanem Galilei által használt vízórát használva. Galilei, mivel nagy pontosságú időmérő eszköze nem volt, ezért egy vödörből csöpögtetett vizet (egyenletesen), melynek a tömegét mérte. Természetesen nem szükséges egy vödröt átfúrni és kétkarú mérleggel mérni a tömegeket, de az is tanulságos lehet, ha a csapból egyenletesen kifolyó vízzel mérünk. A mérés menete a következő: Készítsünk elő 12 egyforma műanyag poharat. A csapot állítsuk egy egyenletes, lassú kiolyásra. Előzetesen ezt érdemes kipróbálni és olyan kifolyási sebességet választani, hogy a leghosszabb út alatt pont megteljen a pohár. A méréshez szükséges egy diák segítsége. A golyó indítását érdemes a tanárnak végezni. A diák dolga, hogy indításkor betegye a csap alá a poharat és az adott út megtétele után kivegye. Ezt a tanár hangjelzésekkel tudja irányítani. Minden távolságon érdemes 3-szor ismételni. Ezt követően egy (a pohár tömegével tárázott) mérleggel mérjük meg a víz tömegét. Ezt, mint önkényes egységet használva igazolhatjuk a négyzetes úttörvényt.