Fizika 9. osztály. 1. Egyenes vonalú egyenletes mozgás Az egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás vizsgálata lejtőn...

Átírás

1 Fizika 9. osztály 1 Fizika 9. osztály Tartalom 1. Egyenes vonalú egyenletes mozgás Az egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás vizsgálata lejtőn Az egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás vizsgálata Atwood-készülékkel A nehézségi gyorsulás meghatározása Atwood-készülékkel Az egyenletes körmozgás kinematikai vizsgálata A lendület (impulzus) megmaradás törvényének kísérleti igazolása Newton I. és III. törvényének kísérleti igazolása Newton II. törvényének kísérleti igazolása Tapadási súrlódási együttható meghatározása változtatható hajlásszögű lejtővel A közegellenállási erőtörvény vizsgálata szélcsatornában Merev test egyensúlyának vizsgálata kétoldalú emelővel A súrlódási munka mérése Az energiamegmaradás törvényének kísérleti igazolása jojóval Szerzők: Jezeri Tibor, Őszi Gábor Lektorálta: Dr. Walter József egyetemi adjunktus A kísérleteket elvégezték: Laczóné Tóth Anett és Máté-Márton Gergely laboránsok Készült a TÁMOP / A természettudományos oktatás módszertanának és eszközparkjának megújítása Kaposváron című pályázat keretében Felelős kiadó: Klebelsberg Intézményfenntartó Központ A tananyagot a Kaposvár Megyei Jogú Város Önkormányzata megbízása alapján a Kaposvári Városfejlesztési Nonprofit Kft. fejlesztette Szakmai vezető: Vámosi László laborvezető, Táncsics Mihály Gimnázium Kaposvár A fényképeket készítette: Szellő Gábor és Tamás István, Régió Média Bt. Tördelőszerkesztő: Parrag Zsolt, Ráta 2000 Kft. Kiadás éve: 2012, példányszám: 90 db VUPE 2008 Kft Kaposvár, Kanizsai u. 19. Felelős vezető: Vuncs Rita Második javított kiadás, 2013

2 Fizika 9. osztály 2 1. Egyenes vonalú egyenletes mozgás Készítette: Jezeri Tibor Emlékeztető, gondolatébresztő Egyenes vonalú egyenletes mozgást végez az anyagi pont, ha egyenes vonalban mozogva egyenlő időközök alatt bármekkorák is legyenek ezek egyenlő utakat tesz meg. Egyenes vonalú egyenletes mozgás esetén az anyagi pont sebessége állandó. Egyenlet: Hozzávalók (eszközök, anyagok) sín kocsi fénykapuk csiga test fonal Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. A sínt helyezd vízszintes asztalra, a végére rögzíts egy csigát! 2. A sínre helyezz egy kiskocsit, melyet fonállal a csigán átvetve egy kis tömegű testtel köss össze! A test legyen a talaj felett minden kísérlet esetén kb. 10 cm-re (mindig azonos magasságban, ezzel biztosítva minden mérés esetén a kiskocsi azonos sebességét)! 3. Engedd el a testet, amely addig gyorsítja a kiskocsit, amíg el nem éri a talajt! 4. A fénykapukat helyezd rendre 20, 40, 60, 80, 100, 120,140 cm távolságra egymástól, az elsőt abba a helyzetbe, ameddig gyorsul a kiskocsi! Minden helyzetben 3 mérést végezz, majd átlagolj! A mérések adatait egy külön papíron vezesd, csak az átlagértékeket tüntesd fel a feladatlapon!

3 Feladatlap 3 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály 1. Átlagolt értékek táblázata út (cm) idő (s) 2. Ábrázold a megtett utakat az eltelt idő függvényében! (a grafikont az ábra tartalmazza) 3. Milyen görbét kapsz? Milyen arányosság írható fel a megtett út és az eltelt idő között? 4. Mit mondhatsz el az egyenesen arányos mennyiségek hányadosáról? 5. Egészítsd ki a következő mondatot! Mivel az egyenes vonalú egyenletes mozgásnál a. és aközben.. egymással. a hányadosuk Melyik fizikai mennyiséget definiáltad? Mi a jele, az SI mértékegysége és a mindennapi életben használt mértékegysége a sebességnek? 6. Végezd el a következő átváltásokat! a hang sebessége levegőben legnagyobb szabályos sebesség autópályán Nevezzük meg a tengelyeket, írjuk rá a mértékegységeket is! Felhasznált irodalom Dr. BUDÓ Ágoston, Dr. MÁTRAI Tibor (1981) Kísérleti fizika I. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó. ÁBRA: saját ötlet alapján.

4 Fizika 9. osztály 4 Készítette: Jezeri Tibor 2. Az egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás vizsgálata lejtőn Emlékeztető, gondolatébresztő Egy kiskocsi legördülése adott szögű lejtőn egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás. Ennél a mozgásnál a test által megtett út az eltelt idő négyzetével arányos, a test pillanatnyi sebessége viszont az idővel egyenesen arányos, hányadosuk állandó, melyet gyorsulásnak nevezünk. Hozzávalók (eszközök, anyagok) sín kocsi fénykapuk Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. Állítsd be a sínt nem túl nagy hajlásszögben a vízszinteshez képest! Ezen a beállításon a mérés folyamán ne változtass! 2. Indítsd el zérus kezdősebességgel a kiskocsit a sín elejétől! A fénykapukat helyezd a sín elejére illetve attól rendre 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 cm távolságra! 3. Rögzítsd a mért időket, minden távolságon 3 mérést végezve, majd átlagolj! 4. A mért értékeket egy külön papíron vezesd, a feladatlapon csak az átlagértékeket tüntesd fel! Ezeket az értékeket emeld majd négyzetre az s-t 2 függvény ábrázolásához!

5 Feladatlap 1. Átlagolt értékek táblázata 5 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály út (cm) idő (s) s (cm) t 2 (s 2 ) 2. Töltsd ki a táblázatot, majd ábrázold az s-t 2 függvényt! ( A függvények az ábra részben találhatók) 3. Milyen görbéket kapsz? 4. Milyen arányosságot mutatnak a függvények? 5. Alkalmazd az ismert négyzetes úttörvényt és számold ki a mozgás gyorsulását! s (cm) t 2 (s 2 ) 6. Számold ki a gyorsulások átlagát! Felhasznált irodalom Dr. BUDÓ Ágoston, Dr. MÁTRAI Tibor (1981) Kísérleti fizika I. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó. ÁBRA: saját ötlet alapján.

6 Fizika 9. osztály 6 Készítette: Jezeri Tibor 3. Az egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás vizsgálata Atwood-készülékkel Emlékeztető, gondolatébresztő Az Atwood-készülék lényegében egy állócsigán átvetett fonál végein függő két különböző tömegű test, melyek függőleges egyenes mentén mozognak egyenletesen változó mozgással. Nyújthatatlan fonalat feltételezve a két test gyorsulása abszolút értékben megegyező nagyságú és állandó. Hozzávalók (eszközök, anyagok) Atwood-készülék különböző tömegű testek stopper vagy fotocella Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. Az Atwood-készüléket állítsd be oly módon, hogy a kisebb tömegű test legyen az asztalon, a nagyobb tömegű test bizonyos lemért magasságban! Ezt a magasságot a fonál segítségével tudod változtatni. Itt is, mint az előző mérésben több magasságot állíts be: 20, 40, 60, 80, 100 cm-t! 2. Engedd el az alsó testet, amelyik addig gyorsul, míg a másik le nem ér az asztalra! Minden magasságon 3 mérést végezve átlagolj! A mérési adatokat külön papíron vezesd, csak az átlagértékeket tüntesd fel a feladatlapon! 3. Készítsd el a mozgás út-idő diagramját! 4. Számold ki az adott utakhoz tartozó átlagsebességeket, és készítsd el a mozgás átlagsebességidő függvényét is!

7 Feladatlap 7 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály 1. Számold ki az adott utakhoz tartozó átlagsebességeket, és készítsd el a mozgás átlagsebesség-idő függvényét! Mivel zérus kezdősebesség esetén v t = 2v átl, számold ki az adott távolságokhoz tartozó pillanatnyi sebességeket is, és ábrázold a pillanatnyi sebességet is az idő függvényében! s (cm) t (s) 2. Mi a pillanatnyi sebesség és az idő függvényének geometriai jelentése? 3. Számold ki a vizsgált mozgás gyorsulását! Használd a zérus kezdősebesség esetén igaz összefüggést! Mindegyik út értékre számolj, majd átlagolj! s (cm) Felhasznált irodalom Dr. BUDÓ Ágoston, Dr. MÁTRAI Tibor (1981) Kísérleti fizika I. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó. ÁBRA: saját ötlet alapján.

8 Fizika 9. osztály 8 4. A nehézségi gyorsulás meghatározása Atwood-készülékkel Emlékeztető, gondolatébresztő Készítette: Jezeri Tibor Az Atwood-készülék lényegében egy állócsigán átvetett fonál végein függő két különböző tömegű test, melyek függőleges egyenes mentén mozognak egyenletesen változó mozgással. Nyújthatatlan fonalat feltételezve a két test gyorsulása abszolút értékben megegyező nagyságú és állandó. Ha az állócsiga tömegétől eltekintünk, akkor a fonálban támadó erők egyenlők, és a nehézségi gyorsulás értéke az egyenletek átrendezésével meghatározható. Hozzávalók (eszközök, anyagok) Atwood-készülék különböző tömegű testek stopper vagy fotocella Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. Az Atwood-készüléket helyezd az asztalra és állítsd be oly módon, hogy a kisebb tömegű test legyen az asztalon, a nagyobb tömegű test bizonyos lemért magasságban (pl. 100 cm-re)! 2. Engedd el az alsó testet, amelyik addig gyorsul, míg a másik le nem ér az asztalra! 3. Mérd meg mennyi idő alatt ér a nagyobb tömegű test az asztalra! 4. A négyzetes úttörvény alapján határozd meg a testek gyorsulását!

9 Feladatlap 9 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály 1. A mérés táblázata: (3 méréshez) 2. Az ábrán rajzold be a ható erőket! Figyelj az erővektorok nagyságára! 3. Milyen esetben lesz a két testre ható kötélerő egyenlő nagyságú? 4. Írd fel mindkét testre a dinamika alapegyenletét! Oldd meg az egyenletrendszert, amiből fejezd ki g-t! (szintén az ábrában) 5. Ismerve a testek tömegeit számítsd ki a nehézségi gyorsulás értékét! Hasonlítsd össze az irodalmi értékkel! 6. Miből adódhat az eltérés? Adj meg néhány okot! Felhasznált irodalom Dr. BUDÓ Ágoston, Dr. MÁTRAI Tibor (1981) Kísérleti fizika I. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó. ÁBRA: saját ötlet alapján.

10 Fizika 9. osztály Az egyenletes körmozgás kinematikai vizsgálata Emlékeztető, gondolatébresztő Készítette: Jezeri Tibor Egyenletes körmozgást végez az anyagi pont, ha körpályán mozogva egyenlő időközök alatt bármekkorák is legyenek ezek, egyenlő íveket tesz meg, mindig ugyanabban a körülfordulási irányban. Egyenletes körmozgás esetén az anyagi pont szögsebessége és kerületi sebessége állandó nagyságú. Az egyenletek a következők:, ahol T a periódus idő, f a frekvencia, v a kerületi sebesség, ω a szögsebesség, a cp a centripetális gyorsulás. Hozzávalók (eszközök, anyagok) sín csigával küllős kerék súlysorozat stopper vagy fotokapuk Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. Csatlakoztasd a küllős kereket a csigához! 2. A csigára csévélj fel zsinórt, aminek a végére függessz egy testet! 3. A testet adott magasságból engedd el! Minden mérésnél hagyd, hogy a test elérje a talajt, biztosítva ezzel azt, hogy a kerék minden esetben a test talajra érkezése után azonos szögsebességgel forogjon! 4. Ezután mérd meg 1, 2, 3, 4, 5, 6 teljes forgás megtételéhez szükséges időket! 5. Minden esetben 3 mérést végezz, majd átlagolj! A mérési eredményeket külön papíron vezesd, csak az átlagolt mérési eredményeket tüntesd fel a feladatlapon!

11 Feladatlap 11 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály 1. Számold ki az adott fordulatok számához tartozó szögelfordulásokat és rögzítsd a hozzájuk tartozó időtartamokat! fordulatok száma(z) szögelfordulás (α) [rad] 2Π időtartam (t) [s] 2. Ábrázold a szögelfordulásokat az eltelt idő függvényében! (grafikon az ábrában) A grafikonon tüntesd fel a fizikai mennyiségeket és a mértékegységeket is! 3. Milyen a függvény menete? Milyen arányosságot ismerhetsz fel? 4. Definiáld az egyenletes körmozgás szögsebességét! 5. Számold ki a mérési eredmények alapján az adott mozgás szögsebességét! Átlagolj! 6. Definiáld az egyenletes körmozgás kerületi sebességét! 7. Merre mutat a kerületi sebesség vektora? Az ábrába rajzold be az egyenletes körmozgás vektorait (és tegyük fel hogy az anyagi pont felülről nézve pozitív irányba mozog)! 8. Töltsd ki a hiányzó helyeket! Mivel a kerületi sebesség nagysága..., de az iránya pontról-pontra..., ezért az egyenletes körmozgás... mozgás. Minden változó mozgásnak van..., és ezt egyenletes körmozgás esetén nevezzük. Felhasznált irodalom Dr. BUDÓ Ágoston, Dr. MÁTRAI Tibor (1981) Kísérleti fizika I. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó. ÁBRA: saját ötlet alapján.

12 Fizika 9. osztály 12 Készítette: Őszi Gábor 6. A lendület (impulzus) megmaradás törvényének kísérleti igazolása Emlékeztető, gondolatébresztő A tavon nyugalomban levő csónak orrából egy gyerek előre ugrik a csónak hosszának irányában. Mi történik a csónakkal? Miért? Egy m tömegű pillanatnyi sebességű test lendülete (impulzusa):. A lendületmegmaradás törvénye: Zárt rendszert alkotó testek lendületének az összege állandó. A törvény matematikai alakja: Hozzávalók (eszközök, anyagok) sín kocsikkal, szett: 2 kiskocsi, vízszintes sín, laprugó madzag, gyufa adatgyűjtő fénykapuval mérőszalag vonalzó Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) Rugóval szétlökött kiskocsik mozgásának megfigyeléséből igazold a lendületmegmaradás törvényét! 1. Rögzíts összenyomott állapotában madzaggal összekötött laprugót az egyik kiskocsi végére és helyezd el a vízszintes sínen úgy, hogy a rugó a sín hosszának felénél legyen! 2. Ezután tegyél fel a sínre még egy kiskocsit, aminek egyik vége érintkezzen az összekötött rugóval! Egy égő gyufaszállal égesd el a rugót összekötő madzagot! 3. Végezd el a kísérletet különböző tömegarányoknál! 4. Fénykapus érzékelőkkel mérd meg a kiskocsik sebességét, majd számítsd ki a kölcsönhatás utáni lendületek összegét és hasonlítsd össze a kölcsönhatás előtti lendületek összegével! Mit tapasztalsz? Megjegyzés: Fénykapus adatgyűjtő hiányában mérd meg mérőszalaggal (vonalzó) a kiskocsik által megtett utakat és ebből következtess!

13 Feladatlap 13 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály Oldd meg a következő feladatokat az előzőleg elvégzett kísérlet alapján! 1. Az alábbi táblázat minden sorában egy-egy ütközési (szétlökési) kísérlet adatai találhatóak. Írd be a mért értékeket és igazold, hogy a két kocsiból álló zárt rendszer lendülete a rugóval történő szétlökés közben nem változik! Végezz két kísérletet általad választott tömegarányok esetén! Tömeg (egység) Sebességek (m/s) szétlökés Lendületösszeg szétlökés (egység*m/s) előtt után előtt után m 1 m 2 v 1 v 2 v 1 v 2 I 1 +I 2 I 1 '+I 2 ' Mi történik a puskával, ha kilövünk belőle egy lövedéket? Miért? Egy tóban levő nyugvó csónak végében egy horgász áll. Mi történik a csónakkal, ha a horgász elindul előre? Mi a jelenség magyarázata? A rakéták működése a lendületmegmaradás törvényén alapszik. Mit mondhatunk a rakétatest és a rakétából kiáramló égéstermék lendületéről? Mit mondhatunk a lendületek összegéről? Felhasznált irodalom Dr. HALÁSZ Tibor (2006) Fizika 9. osztály. 7. kiadás. Szeged, Mozaik kiadó. pp Dr. MEZŐ Tamás, Dr. NAGY Anett (2008) Fizika 9. osztály. Szeged, Maxim könyvkiadó. pp ÁBRA: saját ötlet alapján.

14 Fizika 9. osztály Newton I. és III. törvényének kísérleti igazolása Emlékeztető, gondolatébresztő Készítette: Őszi Gábor Megfigyelések alapján tudjuk, hogy a nagy forgószelek, tornádók, kitépik a fűszálakat, és annyira felgyorsítják azokat, hogy akár 1 cm-re is képesek befúródni a faházak oldalába. Mivel magyarázható a jelenség? Newton I. törvénye a tehetetlenség törvénye: Minden test nyugalomban marad vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez mindaddig, amíg mozgásállapotát környezete (egy másik test vagy mező) meg nem változtatja. Newton III. törvénye a hatás-ellenhatás törvénye: Ugyanabban a kölcsönhatásban az erő és az ellenerő: - egyenlő nagyságú, - közös hatásvonalú és ellentétes irányú, - egyik az egyik testre, másik a másik testre hat. Hozzávalók (eszközök, anyagok) gyufásdoboz pohár vonalzó papírlap szifonpatron PVC idom vonalzó CD lemez kupak drót (zsinór) kiskocsi, patron lufik Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. Helyezz sima felületű asztalra egy gyufásdobozt, és tegyél rá egy pohár vizet! Hogyan tudnád kivenni a gyufásdobozt a vizespohár alól úgy, hogy a víz ne boruljon ki a pohárból és sem a dobozhoz sem a pohárhoz nem nyúlhatsz? Végezd el a kísérletet úgy is, hogy a pohár vizet egy papírlapra helyezed, és a papírlapot próbáld kirántani a pohár alól! 2. Helyezz egy függőleges helyzetű PVC idomra (hosszabb hengeres test) egy CD lemezt, arra pedig egy kupakot. Egy hirtelen, gyors mozdulattal, vonalzóval üsd ki a CD lemezt a kupak alól! Mi történik? 3. Kísérlet széndioxidos patronnal: Függessz fel egy hosszú kifeszített drótra (zsinór) megfelelő tartószerkezettel (ld. ábra) egy patront! (A patront szerelheted könnyen mozgó kiskocsira is) Lyukaszd ki a patront! Figyeld meg, hogy mi történik ezután! Miért? 4. Fújj fel egy lufit, és engedd el! Figyeld meg, mi történik!

15 Feladatlap 15 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály Oldd meg a következő feladatokat az előzőleg elvégzett kísérletek alapján! 1. Kivehető-e a gyufásdoboz a vizespohár alól úgy, hogy a víz ne boruljon ki a pohárból? Ha igen, hogyan? Mi a magyarázata? 2. Helyezz egy függőleges helyzetű PVC idom (hosszabb hengeres test) tetejére egy CD lemezt, arra pedig egy kupakot! Egy hirtelen, gyors mozdulattal, vonalzóval üsd ki a CD lemezt a kupak alól! Mi történik? 3. Kísérlet széndioxidos patronnal: Függessz fel egy hosszú kifeszített drótra (zsinór) megfelelő tartószerkezettel (ld. ábra) egy patront! (A patront szerelheted könnyen mozgó kiskocsira is) Lyukaszd ki a patront! Figyeld meg, hogy mi történik ezután! Miért? 4. Mi történik a lufival az elengedés után? Minek a hatására? Minek a működését szemléltethetjük a lufival? (Megjegyzés: A lufi mozgása a nagy felület és az erősen turbulens áramlás miatt szeszélyesen változó, szabálytalan.) 5. Hogyan mozognak a tintahalak? Milyen fizikai törvényszerűségen alapszik a mozgásuk? 6. Sorolj fel két olyan hétköznapi jelenséget, amelyet a tehetetlenség törvényével magyarázhatunk! Felhasznált irodalom Dr. HALÁSZ Tibor (2006) Fizika 9. osztály. 7. kiadás. Szeged, Mozaik kiadó. pp Dr. MEZŐ Tamás, Dr. NAGY Anett (2008) Fizika 9. osztály. Szeged, Maxim könyvkiadó. pp , pp Ábra: saját ötlet alapján.

16 Fizika 9. osztály Newton II. törvényének kísérleti igazolása Emlékeztető, gondolatébresztő Készítette: Őszi Gábor Mozoghat-e egy ejtőernyős gyorsulás nélkül, ha erőhatások érik? Ha igen, hogyan, milyen feltétellel? Newton II. törvénye: Állandó tömegű testet gyorsító erő a test tömegének és gyorsulásának a szorzata. Newton IV. törvénye (axiómája): Ha egy tömegpontot egyidejűleg több erőhatás ér, ezek együttes hatása egyenértékű a vektori eredőjüknek megfelelő hatással. Egy tömegpont egyensúlyban van, ha az őt érő erőhatások vektori eredője 0. Egyensúly esetén a tömegpont nyugalomban van, vagy egyenesvonalú egyenletes mozgást végez, azaz nem változik meg a mozgásállapota. Hozzávalók (eszközök, anyagok) sín kiskocsi csiga kötél stopperóra mérőszalag (vonalzó) Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) Vizsgáld meg kísérletileg, hogyan változik meg egy test mozgásállapota, ha a rá ható erők eredője nem 0! 1. Helyezz kiskocsit egy asztalra! A kiskocsihoz erősített csigán átvetett kötélre akassz nehezékeket! (ld. ábra) 2. A kiskocsi mozgásállapotának megváltozását a gyorsulásával jellemezhetjük, ezért számítsd ki a kiskocsira ható erők okozta gyorsulást! 3. A gyorsulás kiszámításához mérd meg a kiskocsi elmozdulását és az elmozduláshoz szükséges időt! 4. A kiskocsit gyorsító erőt tekintsd úgy, hogy az a gyorsulást létrehozó azonos súlyú nehezékek számával egyenesen arányos, ezért ezt az erőt nem kell mérned! 5. A mért értékeket foglald táblázatba, majd készíts grafikont a kapott adatokból! Elemezd a kapott eredményeket! Megjegyzés: Ha lehetséges, akkor a mérést légpárnás sínen végezd el, hogy a súrlódás fékező hatását ne kelljen figyelembe venni!

17 Feladatlap 17 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály Oldd meg a következő feladatokat! 1. Erősíts először egy nehezéket a kiskocsihoz rögzített csigán átvetett kötélre! Mérd meg a kiskocsi elmozdulását és az eltelt időt! Számítsd ki a gyorsulást a négyzetes úttörvény alkalmazásával! A kapott értékekből számolj átlaggyorsulást! Mérési eredmények: Elmozdulás Idő Gyorsulás Átlaggyorsulás s(m) t(s) a(m/s 2 ) (m/s 2 ) 1. 0,3 2. 0,6 3. 0,9 4. 1,2 2. Ábrázold a kapott értékeket s-t, s-t 2 grafikonon (vízszintes tengely legyen az idő tengely)! Milyen görbéket kapsz a mért pontpárok összekötésével? Végezd el a mérést 2, 3 illetve 4 nehezék felakasztásával! Készítsd el mindhárom esetben a fenti táblázatot! 4. Készítsd el a négy mérés alapján az a - nehezékek száma (húzóerő) grafikont! Milyen görbét kapsz a mért pontpárok összekötésével? Milyen kapcsolat van a gyorsulás és a húzóerő között? 5. Válaszolj a kísérlet elején feltett kérdésre! Felhasznált irodalom Dr. HALÁSZ Tibor (2006) Fizika 9. osztály. 7. kiadás. Szeged, Mozaik kiadó. pp pp Dr. MEZŐ Tamás, Dr. NAGY Anett (2009) Fizika 9. osztály. Szeged, Maxim könyvkiadó. pp pp Ábra: saját ötlet alapján.

18 Fizika 9. osztály Tapadási súrlódási együttható meghatározása változtatható hajlásszögű lejtővel Emlékeztető, gondolatébresztő Készítette: Őszi Gábor Esőben hosszabb úton lehet lefékezni az autót, mint száraz úton. Miért? Az hajlásszögű lejtőre helyezett hasábot három erőhatás éri: a nehézségi erő, a lejtő síkjára merőleges kényszererő és a súrlódási erő. Ezek eredője határozza meg a hasáb mozgásállapotát. Amíg a hasáb nyugalomban van, az első két erő eredője egyenlő nagyságú, de ellentétes irányú a tapadási súrlódási erővel. A tapadási súrlódási erő mindig akkora, mint az az erő, amelyik a testet mozgásba akarja hozni, tehát nulla és egy maximális erő között változhat:. Tehát a tapadási súrlódási együttható kiszámításához a nyomóerőn kívül ezt a maximális erőt kell meghatározni. A lejtőn levő testet érő tapadási súrlódási erő függ a lejtő hajlásszögétől. Azt a hajlásszöget határozzuk meg, amelynél a hasáb még éppen nem mozdul meg. A lejtőn levő testnél a tapadási súrlódási erő, a kényszererő pedig, amivel a nyomóerő egyenlő nagyságú így, ahol h a lejtő magasságának, a pedig a lejtő alapjának a hossza. Hozzávalók (eszközök, anyagok) állítható hajlásszögű lejtő, fahasáb fém fahasáb filccel az alján mérőszalag (vonalzó) szögmérő Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. Állítsd a lejtőt tetszőleges, de nem nagy hajlásszögű helyzetbe! Helyezd a hasábot a lejtőre, amely vagy nyugalomban marad, vagy elkezd csúszni! Ha csúszik, csökkentsd, ha nyugalomban van, növeld a hajlásszöget addig, míg az újra rátett hasáb még éppen nyugalomban marad! 2. Mérd meg a lejtő hajlásszögét vagy magasságát és alapját, amelyekből a tapadási súrlódási együtthatót meg tudod határozni! 3. A mérést ismételd meg ötször úgy, hogy a hasábot különböző helyekre teszed a lejtőn! A mérési eredményeket foglald táblázatba, majd az adatok segítségével számítsd ki a tapadási súrlódási együtthatókat és átlagold az öt mérési eredményt! 4. Az előző méréssorozatot végezd el fémmel, illetve olyan fahasábbal, aminek az alja filccel van bevonva! Megjegyzés: Azokban az osztályokban, ahol ismert a szögfüggvények fogalma, érdemes mindkét módon meghatározni a tapadási súrlódási együtthatót, ahol nem, ott pedig csak az oldalarányokkal.

19 Feladatlap 19 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály Oldd meg a következő feladatokat! 1. Mérési eredményeid alapján töltsd ki az alábbi táblázatot! Mérési eredmények fahasáb esetén:... A mérés sorszáma A lejtő hajlásszöge ( ) A lejtő magassága (h) A lejtő alapja (a) h/a Mérési eredmények fém esetén:... A mérés sorszáma A lejtő hajlásszöge ( ) A lejtő magassága (h) A lejtő alapja (a) h/a Mérési eredmények filccel bevont fahasáb esetén:... A mérés sorszáma A lejtő hajlásszöge ( ) A lejtő magassága (h) A lejtő alapja (a) h/a 2. Válaszolj a kísérlet elején feltett kérdésre!...6 Felhasznált irodalom Dr. HALÁSZ Tibor (2006) Fizika 9. osztály. 7. kiadás. Szeged, Mozaik kiadó. pp Dr. MEZŐ Tamás, Dr. NAGY Anett (2008) Fizika 9. osztály. Szeged, Maxim könyvkiadó. pp ÁBRA: saját ötlet alapján

20 Fizika 9. osztály A közegellenállási erőtörvény vizsgálata szélcsatornában Emlékeztető, gondolatébresztő Készítette: Őszi Gábor Hogyan csökkentik a konstruktőrök (tervezők) a versenyautókat érő közegellenállási erőt? A közeg olyan erőhatást fejt ki a hozzá viszonyítva mozgó testre, amely csökkenti a test és a közeg relatív sebességét. Ezt a jelenséget nevezzük közegellenállásnak, a fellépő erőhatást pedig közegellenállási erőnek. A közegellenállási erő függ (egyenesen arányosan): a test és a közeg relatív sebességének a négyzetétől (v 2 ) a közeg sűrűségétől (ρ) a test homlokfelületének nagyságától (A) a test alakjától (k) Az erőtörvény matematikai alakban: F közegellenállási = k * A * ρ * v 2 Hozzávalók (eszközök, anyagok) levélmérleg (régi típusú), erős hajszárító néhány 8 mm átmérőjű csavaranya és alátét 3 db pingponglabda fél literes sima falú műanyag palack hurkapálca pillanatragasztó papír olló Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. Vágd ketté az egyik pingponglabdát éles késsel! Az egyik félgömb homorú, a másik félgömb domború oldalának közepéhez ragassz egy 10 cm hosszú hurkapálcát sugár irányba! A két egészben hagyott labdához szintén ragassz hozzá egy-egy hurkapálcát! 2. Papírból készíts egy 6 cm magas kúppalástot, melynek alapköre a pingpong labdáéval azonos átmérőjű legyen! A palást felső részét vágd le, úgy hogy a hurkapálca átférjen a lyukon! A palástot ragaszd hozzá a labdához! 3. Keménypapírból vágj ki egy a labda átmérőjével azonos, egy nagyobb, és egy kisebb átmérőjű kört, és ezekhez is ragassz hozzá egy-egy hurkapálcát sugár irányba! 4. Vedd le a levélmérleg tányérját és a csőre tett csavarokkal egyensúlyozd ki! 5. Ezután az elkészített profilok egyikét dugd be a csőbe, majd told rá a flakonból készített hengert! A henger felső részébe a hajszárító segítségével fújj levegőt (szélcsatorna)! A mérleg mutatója kitér. 6. Ismételd meg ezt a műveletet a további hat profillal is, és jegyezd fel, melyik profil esetén mekkora a kitérés!

21 Feladatlap 21 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály Oldd meg a következő feladatokat! 1. Rajzold le a kísérlet során elkészített profilokat! 2. Foglald táblázatba a kísérlet mérési eredményeit! Profil Kitérés mértéke (N) 3. Melyik profil esetén lett legnagyobb, illetve legkisebb a közegellenállási erő (a kitérés mértéke)? A közegellenállási erő mely tényezőktől való függését vizsgáltuk az előző kísérletben? Milyen alakú test esetén mérhető a legkisebb közegellenállási erő? Válaszolj a kísérlet elején feltett kérdésre!...6 Felhasznált irodalom Dr. HALÁSZ Tibor (2006) Fizika 9. osztály. 7. kiadás. Szeged, Mozaik kiadó. pp Dr. MEZŐ Tamás, Dr. NAGY Anett (2009) Fizika 9. osztály. Szeged, Maxim könyvkiadó. pp ÁBRA: saját ötlet alapján

22 Fizika 9. osztály Merev test egyensúlyának vizsgálata kétoldalú emelővel Emlékeztető, gondolatébresztő Készítette: Őszi Gábor Miért használunk hosszú nyelű csavarkulcsot az anyacsavarok megszorításához vagy kilazításához? A forgatónyomaték a forgásállapot-változtató hatások mennyiségi jellemzője. Jele: M. Rögzített tengelyen forgó testnél: M=F. k, ahol F az erő és k az erőkar. Rögzített tengelyen forgó merev test akkor van egyensúlyban, ha a testet érő erőhatások forgatónyomatékainak előjeles összege nulla, vagyis vagy egyenletesen forog.. Ebben az esetben a test nem forog Hozzávalók (eszközök, anyagok) tengelyezett, egyenlő karú kétoldalú emelő állvánnyal emelőre akasztható egyenlő tömegű nehezékek rugós erőmérő, mérőszalag (vonalzó) Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. Mérd meg a kiválasztott egyenlő tömegű nehezékek súlyát erőmérővel, majd ezután az emelő egyik oldalának egy pontjában akassz fel egymás alá például három nehezéket! 2. Az emelő másik oldalának egy pontjában függőleges helyzetű erőmérővel húzd vízszintes helyzetig az emelőt! Tartsd így a rendszert, majd olvasd le és jegyezd fel a táblázatba az erőmérő által jelzett értékeket! 3. Mérd meg az emelő azon két pontjának a távolságát a forgástengelytől, ahova a nehezékeket, illetve az erőmérőt akasztottad! Jegyezd fel a táblázatba a mért értékeket! 4. Végezd el ugyanezt a feladatsort úgy, hogy az erőmérőt az emelő négy másik pontjához kapcsolod és jegyezd fel a táblázatba a kapott értékeket! Számítsd ki a kapott eredmények átlagát és a mérési hibát is!

23 Feladatlap 23 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály Oldd meg a következő feladatokat! 1. Mérési eredményeid alapján töltsd ki az alábbi táblázat hiányzó részeit! A felfüggesztett nehezékek együttes súlya: G= G (N) k 1 (m) M 1 =Gk 1 (Nm) F 2 (N) k 2 (m) M 2 =F 2 k 2 (Nm) M 2 átlag (Nm) A mérési hiba (M 1 -hez viszonyítva százalékban): Mérési eredményeid alapján fogalmazd meg a rögzített tengelyen forgó merev testek egyensúlyi feltételét! Válaszolj a kísérlet elején feltett kérdésre! Állandó forgatónyomaték esetén milyen matematikai kapcsolat van az erő és az erőkar között?...6 Felhasznált irodalom Dr. HALÁSZ Tibor (2006) Fizika 9. osztály. 7. kiadás. Szeged, Mozaik kiadó. pp Dr. MEZŐ Tamás, Dr. NAGY Anett (2008) Fizika 9. osztály. Szeged, Maxim könyvkiadó. pp ÁBRA: saját ötlet alapján.

24 Fizika 9. osztály A súrlódási munka mérése Emlékeztető, gondolatébresztő Készítette: Őszi Gábor Milyen erőhatások érik az asztalon guruló golyót? Végez-e munkát közülük valamelyik a golyón? Miért? Fizikai értelemben akkor történik munkavégzés, ha egy testre erő hat, és ennek következtében a test az erő irányába elmozdul. A munka kiszámítása állandó erő és egyenes pálya esetén: W = F 1. s, ahol F 1 a testre ható F erő elmozdulással párhuzamos összetevőjének nagysága és s a test elmozdulása. A munka előjeles fizikai mennyiség, előjele az erő és az elmozdulás hajlásszögétől függ. A súrlódási erő munkája: W s = F s. s, ahol F s a súrlódási erő nagysága, amely a felületre merőleges nyomóerőn kívül az érintkező testek anyagi minőségétől függ, s pedig a test által megtett út. Hozzávalók (eszközök, anyagok) deszkalap fahasáb rugós erőmérő kartonpapír dörzspapír posztódarab mérőszalag (vonalzó) Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) 1. Egy vízszintes felületen elhelyezett deszkalap egy-egy különböző hosszúságú szakaszát ragaszd le fényes kartonpapírral, dörzspapírral, posztódarabbal! (ld. ábra) 2. Rugós erőmérő közbeiktatásával húzd végig egyenes vonalú egyenletes mozgással a deszkán a fahasábot! Ahhoz, hogy a test vízszintes talajon egyenes vonalú egyenletes mozgást végezzen, a súrlódási erővel azonos nagyságú, de ellentétes irányú erővel kell húzni. 3. Mérd meg az egyes szakaszokon az állandó erő nagyságát és az egyes szakaszokon megtett utat! 4. Mivel az erő nagysága a hasáb teljes elmozdítása közben nem állandó, a végzett munkát csak úgy tudod meghatározni, ha az egyes szakaszokon, amelyeken az erőmérő állandó húzóerőt jelez, külön-külön kiszámítod a végzett munkát, és ezeket összeadod. 5. Ismételd meg a kísérletet háromszor! Foglald táblázatba a mért értékeket, majd számítsd ki, hogy mennyi munkát végeztél a fahasábnak a deszkán való végighúzása közben! 6. Ábrázold a végzett munkát a megtett út függvényében!

25 Feladatlap 25 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály Oldd meg a következő feladatokat! 1. Mérési eredményeid alapján töltsd ki az alábbi táblázatot! Számítsd ki, hogy mennyi munkát végeztél az egyes szakaszokon, majd a fahasáb deszkán való végighúzása közben! A táblázat kitöltése során használd fel a következő összefüggéseket! W s = F s. s és W össz =W 1 +W 2 +W 3 Mérés F 1 F 2 F 3 s 1 s 2 s 3 W 1 W 2 W 3 W össz Ábrázold a végzett munkát a megtett út függvényében! W (J) 3. Válaszolj a kísérlet elején feltett kérdésre!...6 s (m) Felhasznált irodalom Dr. HALÁSZ Tibor (2006) Fizika 9. osztály. 7. kiadás. Szeged, Mozaik kiadó. pp Dr. MEZŐ Tamás, Dr. NAGY Anett (2008) Fizika 9. osztály. Szeged, Maxim könyvkiadó. pp , pp ÁBRA: saját ötlet alapján.

26 Fizika 9. osztály 26 Készítette: Őszi Gábor 13. Az energiamegmaradás törvényének kísérleti igazolása jojóval Emlékeztető, gondolatébresztő Miért nekifutásból ugorják át a lécet a magasugrók, miért nem helyből? A mechanikai energiák és kiszámításuk: A mechanikai energia-megmaradásának a törvénye: Egy olyan rendszerben, ahol csak konzervatív erők hatnak (az erő munkája független a pályagörbe alakjától), a mechanikai energiák összege állandó. A törvény matematikai alakja: Hozzávalók (eszközök, anyagok) jojó mérőszalag rugós erőmérő stopperóra (előző órán kérjük meg a tanulókat, hogy akinek van otthon jojója, az hozza magával) Mit csinálj, mire figyelj? (megfigyelési szempontok, végrehajtás) A tanulók az órán csoportokban dolgozzanak! A csoportok létszáma a jojók számától függ. Minden csoportnak mérőszalagra, erőmérőre és stopperórára van szüksége. 1. Tekerj fel h hosszúságú zsineget a jojó tengelyére, majd rögzítsd a zsineg szabad végét! Engedd szabadon mozogni a korongot és mérd meg a zsineg teljes letekeredéséhez szükséges t időt! (végezz három mérést, és átlagold a kapott időt) 2. A mozgás során a kezdeti nyugalmi helyzeti energia, mozgási és forgási energiává alakul át. (a helyzeti energia nulla szintje a korong legalsó helyzete legyen) 3. A mechanikai energiák kiszámításához mérd meg a korong tömegét és átmérőjét (sugarát)! 4. Az adatok felhasználásával számítsd ki az egyes mechanikai energiákat és igazold az alakban felírható energiamegmaradási törvényt!

27 Feladatlap 27 FELADATLAP Mi történt? (tapasztalatok rögzítése) Fizika 9. osztály Oldd meg a következő feladatokat! 1. Rögzítsd a kapott mérési eredményeket és számítsd ki a mechanikai energiákat! A zsineg teljes letekeredéséhez szükséges t idők átlaga:... A korong mért adatai: m=... r=... így a korong tehetetlenségi nyomatéka A helyzeti energia:... ahol h a zsineg hossza. A mozgási energia:... ahol... a korong középpontjának a sebessége. A forgási energia:... ahol... a korong szögsebessége, feltételezve, hogy a korong tisztán gördül a zsinegen. 2. Hány százalékos pontossággal sikerült igazolnod az energiamegmaradás törvényét? (ld. később, az ábra segít) Válaszolj a kísérlet elején feltett kérdésre!...6 Felhasznált irodalom Dr. HALÁSZ Tibor (2006) Fizika 9. osztály. 7. kiadás. Szeged, Mozaik kiadó. pp Dr. MEZŐ Tamás, Dr. NAGY Anett (2008) Fizika 9. osztály. Szeged, Maxim könyvkiadó. pp , 4.10 Ábra: saját ötlet alapján.

28 A laboratóriumi munka rendje 1. A laboratóriumi helyiségben a gyakorlatok alatt csak a gyakorlatvezető tanár, a laboráns, illetve a gyakorlaton résztvevő tanulók tartózkodhatnak. 2. A teremben tartózkodó valamennyi személy köteles betartani a tűzvédelmi és munkavédelmi előírásokat. 3. A gyakorlat végeztével a tanulók rendbe teszik a munkaterületüket, majd a gyakorlatvezető tanár átadja a laboránsnak a helyiséget. A csoport ezek után hagyhatja el a termet. 4. A laboratóriumot elhagyni csak bejelentés után lehet. 5. A gyakorlaton részt vevők az általuk okozott kárért anyagi felelősséget viselnek. 6. Táskák, kabátok tárolása a laboratórium előterének tanulószekrényeiben megengedett. A terembe legfeljebb a laborgyakorlathoz szükséges taneszköz hozható be. 7. A laboratóriumi foglalkozás során felmerülő problémákat (meghibásodás, baleset, rongálás, stb.) a gyakorlatvezető tanár a laborvezetőnek jelenti és szükség szerint közreműködik annak elhárításában és a jegyzőkönyv felvételében. Munkavédelmi és tűzvédelmi előírások a laboratóriumban Az alábbi előírások minden személyre vonatkoznak, akik a laboratóriumban és az előkészítő helyiségben tartózkodnak. A szabályok tudomásulvételét aláírásukkal igazolják, az azok megszegéséből eredő balesetekért az illető személyt terheli a felelősség. 1. Valamennyi tanulónak kötelező ismerni a következő eszközök helyét és működését: - Gázcsapok, vízcsapok, elektromos kapcsolók - Porraloltó készülék, vészzuhany - Elsősegélynyújtó felszerelés - Elszívó berendezések - Vegyszerek és segédanyagok 2. A gyakorlatokon kötelező egy begombolható laborköpeny viselése, melyeket a tanulók helyben vehetnek igénybe. Köpeny nélkül a munka nem kezdhető el. 3. A hosszú hajat a baleset elkerülése végett össze kell fogni. 4. A laboratóriumban étkezni tilos. 5. A tanárnak jelenteni kell, ha bármiféle rendkívüli esemény következik be (sérülés, károsodás). Bármilyen, számunkra jelentéktelen eseményt (karmolás, preparálás közben történt sérülés stb.), toxikus anyagokkal való érintkezést, balesetet, veszélyforrást (pl. meglazult foglalat, kilógó vezeték) szintén jelezni kell a tanárnak. 6. A nagyobb értékű műszerek ki/be kapcsolásához kérjük a laboráns segítségét. Ezek felsorolása a mellékletben található. 7. A maró anyagok és tömény savak/lúgok kezelése kizárólag gumikesztyűben, védőszemüvegben történhet. Ha maró anyagok kerülnek a bőrünkre, azonnal törüljük le puha ruhával, majd mossuk le bő csapvízzel. 8. Mérgező, maró folyadékok pipettázása csak dugattyús pipettával vagy pipettázó labdával történhet. 9. A kísérleti hulladékokat csak megfelelő módon és az arra kijelölt helyen szabad elhelyezni. A veszélyes hulladékokat (savakat, lúgokat, szerves oldószereket stb.) gyűjtőedényben gyűjtsük. Vegyszermaradványt ne tegyünk vissza a tárolóedénybe. 10. A gyakorlati órák alkalmával elkerülhetetlen a nyílt lánggal, melegítéssel való munka. Működési szabályzat - A gázégő begyújtásának a menete: 1; tűzveszélyes anyagok eltávolítása, 2; a kivételi hely gázcsapjának elzárása, 3; a fő gázcsap kinyitása, 4; az égő levegőszelepének szűkítése, 5; a gyufa meggyújtása, 6; a kivételi hely gázcsapjának kinyitása és a gáz meggyújtása. - A kémcsöveket szakaszosan melegítjük, az edény száját soha ne irányítsuk személyek felé. - Tűzveszélyes anyagokat ne tartsunk nyílt láng közelében. Az ilyen anyagokat tartalmazó üvegeket tartsuk lezárva, és egyszerre csak kis mennyiséget töltsünk ki. - Ne torlaszoljuk el a kijárati ajtót, és az asztalok közötti teret. - Az elektromos, 230 V-ról működő berendezéseket csak a tanár előzetes útmutatása alapján szabad használni. Ne nyúljunk elektromos berendezésekhez nedves kézzel, a felület, melyen elektromos tárgyakkal kísérletezünk, legyen mindig száraz. - Tilos bármely elektromos készülék belsejébe nyúlni, burkolatát megbontani - A meghibásodást jelentsük a gyakorlatvezető tanárnak, a készüléket pedig a hálózati csatlakozó kihúzásával áramtalanítsuk. - Esetleges tűzkeletkezés esetén a laboratóriumot a tanulók a tanár vezetésével a kijelölt menekülési útvonalon hagyhatják el. 11. Munkahelyünkön tartsunk rendet. Ha bármilyen rendellenességet tapasztalunk, azt jelentsük a gyakorlatot vezető tanárnak. Rövid emlékeztető az elsősegély-nyújtási teendőkről Vegyszerek használata mindig csak a vegyszer biztonsági adatlapja szerint történhet. Az elsősegély-nyújtási eljárásokat a gyakorlatvezető tanár végzi. Tűz vagy égési sérülés esetén - Az égő tárgyat azonnal eloltjuk alkalmas segédeszközökkel (víz, homok, porraloltó, pokróc, stb.). Elektromos tüzet vízzel nem szabad oltani. - Vízzel nem elegyedő szerves oldószerek tüzét tilos vízzel oltani! - Az égési sebet ne mossuk, ne érintsük, ne kenjük be, hanem csak száraz gézlappal fedjük be. Kisebb sérülésnél (zárt bőrfelületnél) használhatók az Irix vagy Naksol szerek. Mérgezés esetén - Ha bőrre került: száraz ruhával felitatjuk, majd bő vízzel lemossuk. - A bőrre, illetve testbe kerülő koncentrált kénsavat nem szabad vízzel lemosni, vagy hígítani, mert felforrósodik és égési sérüléseket okoz - Ha szembe jutott: bő vízzel kimossuk (szemzuhany), majd 2%- os bórsav oldattal (ha lúg került a szembe) vagy NaHCO 3 oldattal (ha sav került a szembe) öblítünk és a szemöblögető készletet használjuk. - Ha belélegezték: friss levegőre visszük a sérültet. - Ha szájüregbe jutott: a vegyszert kiköpjük, és bő vízzel öblögetünk. Sebesülés esetén - A sebet nem mossuk vízzel, hanem enyhén kivéreztetjük. - A sebet körül fertőtlenítjük a baleseti szekrényből vett alkoholos jódoldattal, majd tiszta és laza gézkötést helyezünk rá. Kisebb sérüléseknél sebtapaszt alkalmazunk. Áramütés esetén - Feszültség mentesítünk, a balesetest lefektetjük, pihentetjük és a sebeit laza gézkötéssel látjuk el. Amennyiben az áramütés a szívet is leállítaná, azonnali újraélesztésre van szükség. Értesítjük az iskolaorvost.