Az emelők működés közbeni megfigyelésének célja: Arkhimédész görög fizikust és matematikust az ókor egyik legnagyobb tudósa volt. Adjatok egy szilárd pontot, hol lábamat megvethetem és kimozdítom helyéből a Földet" Ő fogalmazta meg az emelő törvényét, amely szerint az erő és az emelőkar hosszának szorzata állandó, azaz ezek a mennyiségek fordítottan arányosak. A tanulók a kísérlet során modellezzék a nagy terhek emelését. Vizsgálják meg erőmérő szenzorral a kétoldalú emelőt használat közben, több pozícióban. Ismerjék meg az emelő használata közben az alátámasztás, az erőkar, a teherkar szerepét és fogalmát. Ebben a kísérletben csak a kétoldalú emelő egyszerű megfigyelésére kerül sor; az erő és erőkar változásának összefüggését csak megfigyeljük, de mennyiségi következtetéseket nem vonunk le. Használják az erőmérő szenzort kézi mintavételezés üzemmódban. Eszközszükséglet: 1 db tanulói laptop, telepített MultiLab szoftverrel, USB-Link mérésadatgyűjtővel, kábellel 1 db erőmérő szenzor (DT272 Fourier Force Sensor), 1 db adatkábel a szenzorokhoz mérőszalag nehéz könyv zsineg, ragasztószalag, alátámasztáshoz egy hengeres rúd legalább 30 cm hosszú favonalzó vagy léc, amelyre beosztást készíthetsz. Hipotézis Szerinted mikor könnyebb megemelni a könyvet az emelőnkkel? Akkor könnyebb megemelni a könyvet, ha az az erő, amellyel emeljük, az alátámasztási ponttól számítva (közel / távol) hat. 1. oldal
A mérés, megfigyelés elméleti háttere Az emelő egy alátámasztó ék (tengely) körül elfordítható rúd. Többféle emelő létezik, az ábrán a kétoldalúnak nevezett emelő látható. A kísérlethez kapcsolódó megfigyelések leírása A mérések előtt az erőmérő szenzor nulla értékét állítsuk be, ezután végezzük el az emelési kísérleteket! 1. feladat Csatlakoztasd az erőmérő szenzort! Válaszd a +/- 50 N méréshatárt. Tartsd az erőmérő szenzort a horoggal felfelé, függőleges helyzetben, közben figyeld az erő értékét a képernyőn. Amikor az erő értéke stabilizálódott, állítsd be a set zero értéket. Újbóli adatgyűjtéssel közel nulla értéket kell, hogy mutasson. Ezután állítsd be a mérés tulajdonságait: o kézi mintavételezéssel dolgozz, o piros pontokkal jelöld a grafikonon az adatokat o a húzás (pull) legyen a pozitív érték 2. oldal
2. feladat Készítsd elő a kísérleti elrendezést Rögzítsd az alátámasztó hengert ragasztószalaggal az asztal szélére, hogy ne mozdulhasson el. Helyezd rá az alátámasztásra az emelőt úgy, hogy hosszabb része lógjon ki az asztalról, legyen kb. 20 cm ez a rész az alátámasztásig. Az emelőnek az alátámasztási pont és a könyv közötti részét teherkarnak nevezzük. Most ez kb. 10 cm hosszúságú; nagyjából 5 cm-nyi részére fektesd a nehéz könyvet. Az alátámasztási ponttól indulva, 2 cm-ként készíts beosztást az emelőrúdra. A vonalzó szabad vége felől, az egyik beosztásnál helyezd el azt a zsinórhurkot, amelybe az erőmérő szenzort tudod akasztani. Az emelőnek ezt a részét erőkarnak nevezzük. Kísérletünk során nem emeljük fela könyv et az asztalról, csak kicsit megemeljük, az egyik éle mindig az asztalon fog támaszkodni. Milyen helyzetű kezdetben az emelő?... 3. oldal
3. feladat Osszátok meg egymás között a feladatokat: Mérjétek meg az erőkar hosszát! Határozzátok meg az erőt! Az egyik diák kezeli a szoftvert: kézi mintavételezéssel oldjátok meg a mérésadatgyűjtést. A másik diák az erőmérő közbeiktatásával függőlegesen lefelé húzza az emelőt, amíg az a vízszintes helyzetet el nem éri, ekkor kismértékben megemeli a könyvet. ebben a pozícióban történjen a mintavételezés. erőkar hossza (cm) a megemeléshez szükséges erő (N) Fogalmazd meg a tapasztalatodat:...... 4. oldal
4. feladat Egészítsd ki az alábbi mondatokat! Minél hosszabb lett az erőkar, annál... erőt kellett kifejteni. Szerinted lehetséges olyan emelőt készíteni, amivel Te fel tudnál emelni egy autót?... Olvasd el újra a munkafüzet elején Arkhimédész gondolatait. Milyen segítséget kínál az emelő az embereknek?... Érdekességek: Emelők használata a gyakorlatban: Az emelő elvén működnek a fogók, ollók, az autóban a pedálok, a kézifék karja, a mérlegek. Az emelők használatának korlátot szab, hogy segítségükkel csak kis távolságra lehet a testeket fölemelni vagy elmozdítani. Az ismeretek ellenőrzése: 1. Fogalmazd meg saját szavaiddal a kísérlet lényegét! Felhasznált szakirodalom: http://www.tananyag.almasi.hu/ojudit/tudosok/tudosok/archimedesz.htm http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/fizika-9-evfolyam/merev-testek-egyensulyaes-mozgasa/egyszeru-gepek 5. oldal