Az Egyszerű kvalitatív kísérletek és az egész órás mérési gyakorlatok időzítése, szervezési kérdései!

Tartalomjegyzék Az Egyszerű kvalitatív kísérletek és az egész órás mérési gyakorlatok időzítése, szervezési kérdései! Egyszerű kvalitatív kísérletek 1. Forog vagy nem? 2. Szívószál-rakéta 3. Itt a golyó hol a golyó? 4. Szögek egyensúlyozása 5. Arkhimédész törvényének vizsgálata az Arkhimédészi hengerpárral 6. A folyadék felületének vizsgálata 7. Felületi feszültség vizsgálata drótkeretekkel 8. B uborékban uralkodó túlnyomás vizsgálata, két buborék paradoxon 9. Grüll-féle eszköz 10. Aerodinamikai paradoxon 11. Hidrodinamikai paradoxon 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Egész órás tanulói mérések Mozgástan 1. Az egyenes vonalú egyenletesen gyorsuló mozgás vizsgálata 2. Az egyenletes körmozgás kinematikai vizsgálata 15 17 Erőtan 3. A rugalmas erő 4. A nyújtás, rugalmas feszültség, Hooke-törvénye 5. Mennyire csúszik a cipőd talpa? 21 23 26 Munka, energia, teljesítmény 6. A megnyújtott gumiszál energiájának mérése 7. A lépcsőn futás teljesítményének meghatározása 29 31 Folyadékok és gázok mechanikája 8. S zilárd test sűrűségének mérése Arkhimédész törvénye alapján 9. Kontinuitási egyenlet, folyadékok áramlása 10. Folyadék felületi feszültségének mérése 11. A felfelé ható nyomás függése a folyadékoszlop magasságától 12. Fagolyó sűrűségének mérése 33 35 37 39 41 1

Egyszerû kvalitatív kísérletek Az Egyszerű kvalitatív kísérletek és az egész órás mérési gyakorlatok időzítése, szervezési kérdései Egyszerű kvalitatív kísérletek 45 percre 4 csoportban, forgószínpadszerűen Időzítés: Ezeket nagy motiváló hatással bíró kísérleteket akár a tanév elején, vagy például a karácsonyi szünet előtt ajándékként végeztethetjük a gyerekekkel. Előkészületek: A tanóra előtt válasszunk ki a tanuló csoport létszámától függően 4 vagy 8 kísérletet, majd készítsük össze egy-egy tálcára az adott kísérlethez szükséges eszközöket. A tanterem 4 vagy 8 egymástól távolabbi részébe helyezzük el a tálcákat és sorszámozzuk meg őket. A tanórán: Osszuk az osztályt csoportokra! Kis létszámú osztály esetén 4 csoportot, nagy létszámú osztály esetén 8 csoportot alkossanak a diákok. Minden csoport megkapja mind a 4 kísérlet leírását. Az 1. csoport az 1. tálcánál, a 2. csoport a 2. tálcánál és így tovább kezdje a kísérletezést. Hívjuk fel a csoportok figyelmét arra, hogy kísérletenként 10 perc áll rendelkezésükre a kísérlet elvégzésére, a kérdések megválaszolására és a tálca rendbe tevésére. 10 perc eltelte után minden csoport az eggyel nagyobb sorszámú kísérletet fogja elvégezni. Az 1. csoport tehát a 2. tálcához, a 2. csoport a 3. tálcához, a 3. csoport a 4. tálcához, a 4. csoport az 1. tálcához kerül. Újabb 10 perc elteltével ismét az eggyel nagyobb sorszámú kísérlet következik. Újabb 10 perc elteltével újabb csere következik. 40 perc alatt így minden csoport 4 kísérletet végez el. Az óra végén 5 perc áll rendelkezésre a feladatlapok beszedésére és az összepakolásra. Egész órás tanulói mérések Az egész órás tanulói mérések a tananyaggal összhangban akár az adott jelenség tárgyalása után, akár az adott témakör végén jól beilleszthetőek a tanórák sorába. A kísérleteket a diákok minél kisebb csoportokban végezzék, hogy mindenki lehetőséget kapjon az aktív közreműködésre a kísérlet lebonyolításában. A kísérletekhez tartozó, előre elkészített leírások és jegyzőkönyvek segítségével könnyebben irányítható a diákok munkája a csoportos foglalkoztatás, a tanulói kísérletezés közben. A diákok jegyzőkönyveiket, mérési eredményeiket összehasonlíthatják más csoportokéval, így egymás tapasztalataiból is tanulhatnak. A mérések egy részénél eltérések adódhatnak az ideálistól (pl. a golyó mozgása a lejtőn vagy a gumiszálas kísérletekben főleg gyengébb minőségű szálak, illetve nagyobb megterhelések esetén). Ezekre előre fel kell készítenünk a tanulókat, közösen meg kell magyaráznunk a hibák okait, említenünk kell a csökkentés lehetőségeit. A komolyabb hibaszámításokra ezen az évfolyamon még általában nincs lehetőség. 2

Egyszerû kvalitatív kísérletek 1. Forog vagy nem? B bögre B víz B ételfesték B étolaj A kísérlet leírása: Töltsd meg a bögrét félig vízzel! Önts a tetejére óvatosan étolajat úgy, hogy az olaj vékony réteget képezzen a víz felszínén! Cseppents néhány csepp ételfestéket az olaj tetejére! Fogd meg a bögre peremét, majd egy hirtelen mozdulattal fordíts a bögrén kb. negyed fordulatot! Mi történik az ételfestékcseppekkel? Írd le tapasztalataidat! Magyarázd meg a jelenséget! Tapasztalatom: Magyarázat: A mindennapokban hol találkozhatunk hasonló jelenséggel? 3

Egyszerû kvalitatív kísérletek 2. Szívószál-rakéta B műanyag üdítőspalack B gyurma B egy vékonyabb és egy vastagabb szívószál Bp uha anyag a balesetek elkerülése végett (pl. vatta, vagy törékeny anyagok csomagolásához használt, levegőbuborékkal töltött műanyag fólia) A kísérlet leírása: Egy könnyen összenyomható, üres üdítősüveg szájába dugd bele a vékonyabb szívószálat, és gyurmával rögzítsd az üveg szájához! Fontos, hogy levegő csak a szívószálon keresztül távozhasson az üvegből. A vastagabb szívószál egyik végét gyurmával zárd el, majd borítsd be valamilyen puha anyaggal, hogy a repülő szívószál ne sérthessen meg senkit! Az üvegből kiálló szívószálra húzd rá a vastagabb szívószálat! Egy hirtelen mozdulattal nyomd össze az üdítősüveg oldalát úgy, hogy a lerepülő szívószál ne tehessen kárt semmiben! Mit tapasztalsz? Mi a magyarázat? Tapasztalatom: Magyarázat: Hol használják az adott jelenséget a mindennapokban? 4

Egyszerû kvalitatív kísérletek 3. Itt a golyó hol a golyó? B kémcső B dugó B só B egy nehezebb golyó A kísérlet leírása: A kémcsövet háromnegyed részéig töltsd meg sóval! A kémcsőbe ezután tegyél egy vasgolyót! Zárd le a kémcsövet (pl. dugóval)! Mozgasd el a golyót a kémcső egyik végéből a másikba anélkül, hogy valamilyen segédeszközt használnál, vagy kinyitnád a kémcsövet! Írd le azokat a módszereket, amelyekkel sikerült! Mi lehet a magyarázat? Sikeres módszerek: 1. módszer: Miért működik? 2. módszer: Miért működik? 5

Egyszerû kvalitatív kísérletek 4. Szögek egyensúlyozása B egy fadarab, melyből egy nagy szög áll ki B 11 db nagyméretű szög A kísérlet leírása: Próbáld meg mind a 11 szöget rápakolni a fadarabba bevert szögre úgy, hogy semmilyen más segédeszközt nem használsz, illetve a szögek nem érhetnek sem a fadarabhoz, sem az asztalhoz! Kitartással biztosan sikerül! Rajzold le, hogy milyen elrendezéseket találtál! Mi a kísérlet fizikai magyarázata? 6

Egyszerû kvalitatív kísérletek 5. Arkhimédész törvényének vizsgálata az Arkhimédészi hengerpárral B Arkhimédészi hengerpár B dinamométer B 2 db főzőpohár vízzel A kísérlet leírása: Akaszd a hengerpárt dinamóméterre és jegyezd fel a mutatott erőértéket. Engedd a hengerpár tömör hengerét a vízzel töltött főzőpohárba. Mit tapasztalsz? Ezután óvatosan töltsd tele a felső, üres edénykét (hengert) vízzel, miközben a tömör henger most is merüljön teljesen a vízbe. Mit mutat a dinamométer? Értelmezd a tapasztalatodat! 7

Egyszerû kvalitatív kísérletek 6. A folyadék felületének vizsgálata B vízzel töltött főzőpohár B alumínium pénzérme B zsilett-penge B gemkapocs A kísérlet leírása: A főzőpohárban lévő víz felszínére óvatosan helyezz alumínium pénzérmét vagy zsilett-pengét (segítségül felhasználhatod a gemkapcsot)! Mit tapasztalsz? Magyarázd meg a tapasztalatodat! 8

Egyszerû kvalitatív kísérletek 7. Felületi feszültség vizsgálata drótkeretekkel B drótkeret fonállal B drótkeretek mozgatható oldallal B különböző sodronyalakok B mosogatószeres víz nagyobb üvegkádban A kísérlet leírása: a) A fonállal ellátott keretet mártsd a mosogatószeres oldatba, majd szúrd ki a fonálhurok közepén a hártyát! Mit tapasztalsz? b) A mozgatható oldallal ellátott drótkeretet mártsd a mosogatószeres oldatba. Az oldal kihúzásával növeld meg a hártya felületét, majd engedd el a mozgatható oldalt! Mit tapasztalsz? c) M ártsd a mosogatószeres oldatba az egyes sodronyalakokat! Milyen hártya-felületek alakulnak ki? 9

Egyszerû kvalitatív kísérletek 8. Buborékban uralkodó túlnyomás vizsgálata, két buborék paradoxon B mosogatószeres víz főzőpohárban B meghajlított üvegcső (vagy kis üvegtölcsér) B gyertya alakú cső Bh árom-állású csappal ellátott B állvány A kísérlet leírása: a) Fújj buborékot a meghajlított üvegcső (vagy kis üvegtölcsér) végére! A cső másik végét tartsd egy gyertya lángjához közel! Mit tapasztalsz? Mi a magyarázat? alakú csövet fogd állványba. Fújj a cső végeire b) A három-állású csappal ellátott egy-egy, különböző méretű buborékot! A csap megfelelő állásába hozatalával kösd össze a két buborékot! Melyik buborék fújja fel a másikat? Mi lehet a magyarázat? 10

Egyszerû kvalitatív kísérletek 9. Grüll-féle eszköz BG rüll-féle eszköz (távtartóval ellátott párhuzamosan elhelyezett plexilapok, amelybe fúrt lyukakon keresztül gombostűk helyezhetők el) B gombostűk B mosogatószeres víz nagyobb üvegkádban A kísérlet leírása: Helyezz 3-4 gombostűt a Grüll-féle eszköz lyukaiba! Mártsd az eszközt mosogatószeres oldatba! Mit tapasztalsz? Mi mutatható ki a kialakuló hártya felületének nagyságáról? 11

Egyszerû kvalitatív kísérletek 10. Aerodinamikai paradoxon B műanyagpipa (vagy meghajlított vastagabb műanyag szívószál) B polisztirol labda B üvegtölcsér B pingpong labda A kísérlet leírása: a) A műanyagpipa (vagy a meghajlított vastagabb szívószál) fölött helyezd el a polisztirol labdát, majd fújj a pipába! Mit tapasztalsz? b) A lefelé fordított üvegtölcsérben tarts meg egy pingpong labdát! Fújj a tölcsérbe erősen és engedd el a labdát! Mit tapasztalsz a tartós fújás közepette? Mi a magyarázat? 12

11. Hidrodinamikai paradoxon B állvány B üvegtölcsér B két befogott salátáskanál B főzőpohár B víz A kísérlet leírása: Az állványba befogott kanalak közé a tölcséren keresztül önts vizet! Mit tapasztalsz akkor, amikor a víz a kanalak között lefelé áramlik? Mi a magyarázat?

Egyszerû kvalitatív kísérletek Egész órás tanulói mérések 14

Egész órás tanulói mérések 1. Az egyenes vonalú egyenletesen gyorsuló mozgás vizsgálata B hosszú lejtő B golyó vagy kiskocsi B stopper B mérőszalag B kréta B metronóm A kísérlet leírása: A metronómot állítsd be úgy, hogy 1 másodpercenként kattanjon! Tedd a lejtő tetejére a golyót és engedd el! A metronóm kattanásaikor a lejtő oldalán krétával jelöld be, hogy hol található a golyó! (Ha nem elég hosszú, vagy nem állítható elég kis hajlásszögűre a lejtő, akkor elegendő 4 s-ig vizsgálni a jelenséget, vagy rövidebb időtartamokat is vehetsz!) 1. a) Olvasd le, hogy a golyó mekkora utakat tett meg egy-egy másodperc alatt! A mérési eredményeidet foglald táblázatba! A golyó útja az adott másodpercben (cm) az 1. s-ban a 2. s-ban a 3. s-ban a 4. s-ban az 5. s-ban a 6. s-ban b) Fogalmazd meg, hogy milyen az egymást követő egy másodpercnyi időtartamok alatt megtett utak aránya! (Vedd egységnyinek az első másodperc alatt megtett utat! Ehhez viszonyítsd a többit!) A táblázatba írd be az arányokat kifejező számokat! A golyó másodpercenként megtett útjainak aránya az 1. s-ban a 2. s-ban a 3. s-ban a 4. s-ban az 5. s-ban a 6. s-ban 1 15

Mozgástan Erôtan 2. Húzd alá a megfelelő szavakat! Mivel a golyó az egymást követő ugyanakkora időtartamok alatt egyre kisebb/ugyanakkora/egyre nagyobb utakat tett meg, ezért a mozgása lassuló/egyenletes/gyorsuló mozgás. 3. számold ki vagy mérd meg, hogy a golyó a lejtőn a legfelső jelöléstől mérve 1 s, 2 s, 3 s stb. alatt mekkora utat tett meg összesen! A golyó által megtett összes út (cm) 0 1 s 0 2 s 0 3 s 0 4 s 0 5 s 0 6 s 4. Ábrázold a golyó által megtett összes utat az idő függvényében! 5. Milyen grafikont kaptál? 6. számold ki a golyó gyorsulását! Mérd meg a lejtő hosszát! A lejtő... cm hosszú. A golyót tedd a lejtő tetejére! Stopperrel mérd meg, hogy mennyi idő alatt gurul le a golyó a lejtő aljára! Ismételd meg a mérést háromszor! A lejtőn való legurulás ideje (s) 1. mérés 2. mérés 3. mérés Átlag 7. A négyzetes úttörvény segítségével (a lejtő hosszának felhasználásával) számold ki a golyó gyorsulását! A golyó gyorsulása.. m s 2. 16

Egész órás tanulói mérések 2. Az egyenletes körmozgás kinematikai vizsgálata B lemezjátszó (vagy kis fordulatszámú villanymotor megfelelő feltéttel) B kisméretű test (például lapos radírdarabka) B stopper B mérőszalag B alkoholos filctoll B metronóm A kísérlet leírása: A metronómot állítsd be úgy, hogy 0,5 másodpercenként kattanjon! Tedd a kis testet a lemezjátszó korongjának a szélére! Indítsd el a lemezjátszót! A metronóm kattanásaikor a lemezjátszón (közvetlenül a forgó korong mellett) jelöld be, hogy hol található a test! (Figyelj rá, hogy a jelöléseidet ne keverd össze, amikor már legalább egyszer körbefordult a korong!) 1. a) A lemezjátszó kikapcsolása után mérd le a korong kerülete mentén a fél másodperc alatt befutott ívhosszakat! A mérési eredményeidet foglald táblázatba! Az egymást követő fél másodpercek alatt befutott ívhosszak (cm) Az időtartam sorszáma 1. 2. 3. 4. 5. Ívhossz Ívhosszak átlaga b) Számold ki és rögzítsd a táblázatban, hogy mekkorák az egymást követő fél másodpercnyi időtartamok alatt megtett szögelfordulások! A körpálya sugara:..cm. 17

Mozgástan Erôtan Az egymást követő fél másodpercek alatt megtett szögelfordulások (rad) Az időtartam sorszáma Szögelfordulás 1. 2. 3. 4. 5. Szögelfordulások átlaga 2. Húzd alá a megfelelő szavakat! Mivel a test az egymást követő ugyanakkora időtartamok alatt egyre kisebb/ugyanakkora/egyre nagyobb ívhosszakat (utakat) és szögelfordulásokat tett meg, ezért a mozgása lassuló/egyenletes/gyorsuló körmozgás. Tehát ez a mozgás általános értelemben gyorsuló (változó)/nem gyorsuló (nem változó) mozgás. 3. Számold ki vagy mérd meg, hogy a test a kerület mentén a legelső jelöléstől mérve 0,5 s; 1 s; 1, 5 s; 2 s; 2,5 s alatt mekkora utat tett meg összesen! Számold ki a szögelfordulásokat is! Eredményeidet rögzítsd a táblázatban! A test által megtett összes út (cm) és szögelfordulás (rad) Időtartam 0 0,5 s 0 1 s 0 1,5 s 0 2 s 0 2,5 s Összes út (cm) Összes szögelfordulás (rad) 18

Egész órás tanulói mérések 4. ábrázold a test által megtett összes utat, illetve a szögelfordulást az idő függvényében! 5. Milyen grafikonokat kaptál? 6. Az előző mért és számolt adatok felhasználásával számold ki a test kerületi és szögsebességét! 19

Mozgástan Erôtan 7. Az előző mért és számolt adatok felhasználásával számold ki a test keringési idejét és fordulatszámát! 8. Az előző mért és számolt adatok felhasználásával számold ki a test gyorsulását! 20

Egész órás tanulói mérések 3. A rugalmas erő B doboz B gumiszál (pl. befőttesgumi szétvágva) B vonalzó B egyforma tömegű testek (pl. üveggolyók, csavaranyák) A kísérlet leírása: A dobozhoz erősítsd hozzá a gumiszálat! Az asztallal párhuzamosan tartva a gumiszálat, óvatosan kezdd el húzni a dobozt! Egy darabig csak a gumiszál hossza változik, majd a húzóerőt tovább növelve, a doboz egyszer csak elmozdul. Vonalzóval mérd meg a gumiszál hosszát abban a pillanatban amikor még éppen nem mozdult el! Ezután tegyél egy golyót a dobozba, és ismételd meg az előző kísérletet! Óvatosan növelve a húzóerőt, mérd meg a gumiszál hosszát abban a pillanatban, amikor még éppen nem mozdult el a doboz! A golyók számát növelve ismételgesd a kísérletet! Mit tapasztalsz? 1. Tapasztalatom: 2. Töltsd ki az alábbi táblázatot! (A gumiszál hosszváltozását úgy kaphatod meg, hogy az adott gumiszálhosszból kivonod az üres doboz húzásakor mért gumiszálhosszat!) Golyók száma a dobozban (db) 0 A gumiszál hossza (cm) A gumiszál hosszváltozása (cm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 21

Erôtan 3. Ábrázold a gumiszál hosszváltozását a golyók számának függvényében! 4. Milyen lett a függvény képe? 5. Mire következtethetünk ebből? 22

Egész órás tanulói mérések 4. A nyújtás, rugalmas feszültség, Hooke-törvénye Bk b. 2-3 m hosszú, vékony acélhuzal (citerahúr) B fatalp tükörskálával B a fatalpra állított mutatóval (hurkapálca) ellátott zsilettpenge B az asztal széléhez rögzített csiga B falba erősített kampó B 100 g-os akasztós súlyok B mérőszalag B mikrométercsavar S M Z A mérés leírása: Megfelelő méretű asztal fölött az acélhuzal egyik végét rögzítsd a falba erősített kampóhoz! A másik végét csigán átvetve terheld meg a huzalt úgy, hogy az feszes legyen. Megnyúlásmérőként alkalmazz (a huzal alá helyezhető fatalpra állított) mutatóval (M) ellátott zsilettpengét (Z). A megnyúlásmérőt helyezd a huzal alá úgy, hogy a mutató az S tükörskála 0 osztályzata előtt álljon. Terheld fokozatosan 100 g-os súlyok felakasztásával a huzalt. Olvasd le a mutató végének elmozdulását (s), illetve számítsd ki az egyes terhelésekhez tartozó megnyúlásokat. Mérd meg a huzal eredeti hosszát, mérd meg mikrométercsavarral a huzal átmérőjét, számold ki keresztmetszetét! s b a 'l A l megnyúlásokat az ábra alapján hasonló háromszögeket fel l s = használva a következő módon nyerheted:, azaz a a+b a l = s, ahol a a zsilettpenge magassága, b a mutató hossza. a+b F A huzal keresztmetszetének felhasználásával számold ki a σ = A l mechanikai feszültségeket, valamint az ε = relatív megnyúlál0 sokat! 23

Erôtan Mérési eredményeidet és a kiszámított adatokat foglald táblázatba! l0 (mm) A = r2 π r (mm) F terhelőerő (N) s (mm) (mm2) σ= l (mm) F N A mm 2 ε= l l0 1 2 3 4 5 l Készítsd el az erő (F) megnyúlás ( l ), és a relatív megnyúlás (ε ) = mechanikai F l0 σ = feszültség ( ) grafikonokat! A V 'l (mm) 0 F (N) 5 0 Milyen grafikonokat kaptál? Értelmezd a grafikonokat! Mit bizonyítanak a grafikonok? 24 H

Egész órás tanulói mérések Tapasztalatom: Magyarázat: 1 F l0, ahol E az ún. rugalmassági állandó. Ezt az össze E A l 1 F 1 = = σ, azaz σ = ε E. Ennek alapján függést átrendezve kapjuk, hogy ε = l0 E A E az ε σ grafikon meredekségéből határozd meg az E rugalmassági állandó értékét! A Hooke-féle törvény: l = N A rugalmassági állandó értéke: E =.. 2. mm 25

Erôtan 5. Mennyire csúszik a cipőd talpa? B különböző talpú cipők B néhány gémkapocs B gumiszál (pl. befőttesgumi szétvágva) B vonalzó B konyhai mérleg B rizs B nejlonzacskó A következő kísérletben azt vizsgáljuk, hogy melyik cipőtalp tapad a legjobban a padlón. 1. Tippeld meg, hogy az adott cipők közül melyik tapad a legjobban, és melyik a legkevésbé! Szerintem a cipő tapad majd a legjobban a padlón, a. cipő a legkevésbé. 2. Mérd meg a cipők tömegét! A legnehezebb cipő tömege. g. Változtasd a cipők tömegét úgy, hogy körülbelül egyformák legyenek! Ezt például úgy teheted meg, hogy a legnehezebb cipőt kivéve, tegyél a cipőkbe kis nejlonzacskókat. A zacskókba önts annyi rizst, hogy az adott cipő tömege megegyezzen a legnehezebb cipő tömegével! 3. Mérd meg a nyújtatlan gumiszál hosszát! A gumiszál hossza kezdetben:.. cm. 26

Egész órás tanulói mérések 4. A cipőkre akassz egy-egy gemkapcsot úgy, hogy a gemkapocsba beleakasztva egy gumiszálat, a cipőt vízszintes irányban el tudd húzni! Az asztallal párhuzamosan tartva a gumiszálat, óvatosan kezdd el húzni a cipőt az asztalon! Egy darabig csak a gumiszál hossza változik, majd a húzóerőt tovább növelve, a cipő egyszer csak elmozdul. (Ha nagyon könnyen elmozdul a cipő, akkor tegyél bele valamilyen nehezéket, például egy dobozos üdítőt!) Vonalzóval mérd meg a gumiszál hosszát abban a pillanatban, amikor még éppen nem mozdult el! Ismételd meg a kísérletet a többi cipővel is! Mit tapasztalsz? Tapasztalatom: 5. A kísérletet ismételd meg még kétszer, majd számolj átlagot! Mérési eredményeim: PADLÓ A cipő fajtája (vagy azonosítója) A gumiszál hosszváltozása (cm) 1. mérés 2. mérés 3. mérés Átlag A B C D A mérések alapján a. cipő talpa tapad a legjobban, a. cipő talpa a legkevésbé. 27

Erôtan 6. Ismételd meg a kísérletet úgy, hogy más felületen próbálod meg a cipőket megmozdítani! Ilyen felület lehet például egy kiterített újságpapír vagy egy törülköző felülete. Töltsd ki ismét a táblázatot! TÖRÜLKÖZŐ A cipő fajtája (vagy azonosítója) A gumiszál hosszváltozása (cm) 1. mérés 2. mérés 3. mérés Átlag A B C D A felületen a.. cipő tapadt a legjobban, és a..cipő a legkevésbé. 7. Számold ki az egyik cipő tapadási együtthatóját mindkét felületen! Ehhez vizsgáld meg, hogy mekkora a gumiszál megnyúlása, amikor óvatosan felemeljük vele a cipőt! 28

Egész órás tanulói mérések 6. A megnyújtott gumiszál energiájának mérése Bh osszú, sima felületű asztal (vagy akár a padló is lehet, ha elég tiszta és sima) Bk is fa vagy fémhasáb (az adott asztal felületéhez tartozó ismert súrlódási együtthatóval) Bg umiszalag, legalább L = 20-30 cm hosszú (az adott hasáb mozgásba hozásához elegendően erős) B r ögzítő szerkezet (a gumiszalag végeit az asztal felületén egymástól kb. 3-4 cm-re kell rögzíteni) B mérőszalag B kréta A feladat leírása: A rögzítő szerkezetet állítsd be úgy, hogy a gumiszalag végeit az asztal felületén egymástól kb. 3-4 cm-re rögzítse, és a hasáb könnyen tudjon mozogni a rögzítések között! Ebben az elrendezésben a megnyújtott gumiszalaggal (mint egy csúzlival) az asztal felületén indítsd meg a kis hasábot! Jelöld meg a gumiszalag nyújtatlan állapotánál és megnyújtott állapotánál is a hasáb helyét! Majd a kilövés után a megállási helyét is! Végezz három mérést, ugyanolyan kiindulási helyzetből indítva a hasábot! 1. Fogalmazd meg, hogy milyen energiaátalakulások mentek végbe a rendszerben, és ezek között milyen kapcsolat van! 2. Mérd meg a jelek távolságát az asztalon! A távolságok ismeretében határozd meg a kettős ( félbehajtott ) gumiszalag megnyúlásának és a hasáb útjának a hosszát! L = s1.=... s2.=... s3.=... 29

Munka, Erôtan energia, teljesítmény 3. Számold ki a súrlódási erő munkáját mind a három esetben! Ws1. = Ws2. =.. Ws3. =.. 4. Számold ki a megnyújtott gumiszalag energiáját mind a három esetben! Er.1. = Er.átlag = Er.2. = Er.3. = 5. Határozd meg a kettős gumiszalag együttes rugóállandóját! D =. 6. Elemezd, hogy miért kellett egymáshoz minél közelebb rögzíteni a gumiszalag végeit! 30

Egész órás tanulói mérések 7. A lépcsőn futás teljesítményének meghatározása B e gy erős építésű lépcső (kb. háromszintnyi magasságig) B stopper B mérőszalag B vonalzó B szobamérleg B e gy lelkes fiatal (Te!), akinek meghatározzuk a lépcsőn futás közbeni teljesítményét A kísérlet leírása: A lépcső aljáról induló diák felszalad a háromszintnyi magasságig. Az idő, a magasság és a testtömeg mérése alapján határozzuk meg a teljesítményét! 1. Elemezd, hogy mire fordítódik a lépcsőn felszaladó ember munkája, határozd meg a nagyságát megadó összefüggéseket! (A szükséges elhanyagolásokat tedd meg: súrlódás, közegellenállás!) 2. Mérd meg a futásra vállalkozó tanuló tömegét! (A mérést szobamérleggel végezd!) m =... 3. Határozd meg a szintkülönbséget kétféle módszerrel: a) Egy lépcső magassága: A lépcsők száma: A teljes magasság: h1=... x =... hösszes=... b) A teljes magasság (szintkülönbség) meghatározása mérőszalaggal: hösszes egyben=... 31

Munka, Erôtan energia, teljesítmény Elemezd, hogy az előző két, teljes magasságot adó módszer közül melyik a pontosabb! 4. A z előző adatok, összefüggések felhasználásával határozd meg a végzett munka nagyságát! W= 5. Mérd meg a futás idejét (kondíciótól függően kis szünetekkel három mérést végezz)! t2.= t3.= t1.= 6. Számold ki a teljesítményt! P1.=.. P2.=.. P3.=.. 7. Add meg az átlagos teljesítményt wattban és lóerőben is! 32

Egész órás tanulói mérések 8. Szilárd test sűrűségének mérése Arkhimédész törvénye alapján (a Bakusinszkij-féle módszerrel) B 1 db állvány B1 db állandó keresztmet- szetű fém- vagy fapálca (lehet pl. hurkapálca is) B2 db közepes méretű kavics B cérna vagy fonal B vonalzó B főzőpohár B víz a a b G1 G1 G2 c Ffel G2 A kísérlet leírása: a) A pálcát kétkarú mérleg módjára a közepén függeszd fel az állványra! Cérna (fonal) segítségével függeszd fel a két (m1, illetve m2 tömegű) kavicsot, az egyiket az egyik, a másikat a másik oldalra! Az egyik kavicsot mozgasd el addig, amíg a pálca vízszintes egyensúlyi helyzetet vesz fel! Jelöld meg a kavicsok helyzetét! A középtől mért távolságok legyenek a és b. A pálca egyensúlyának feltétele: M = 0 (és F = 0 ). Tehát az ábra alapján: G1 a = G2 b, azaz m1 g a = m2 g b. Merítsd az egyik (pl. a G2 súlyú) kavicsot a vízzel töltött pohárba! Az egyensúly megbomlik. Mozgasd el ezt a kavicsot mindaddig, amíg a pálca újból vízszintes egyensúlyi helyzetet vesz fel! Jelöld meg a kavics új helyzetét! A középtől mért távolságot jelölje c! Az új egyensúlyi helyzetre felírt összefüggés: G1 a = (G2 Ffel ) c, ahol Ffel a kavicsra ható felhajtóerő. A felhajtóerő nagysága: Ffel = V ρ víz g. Tehát m1 g a = (m2 g V ρ víz g ) c. Az összefüggések felhasználásával: m1 g a m2 g b. = m1 g a (m2 g V ρ víz g ) c m c b Innen a test térfogata: V = 2. ρ víz c 33

Folyadékok és gázok mechanikája A test sűrűsége: ρ 2 = m2 m2 c kg = = ρ víz, ahol ρ víz = 103 3 a víz sűrűsége. m2 c b c b V m ρ víz c Változtasd az m1 tömegű test középtől mért a távolságát, és a mérési eljárást ismételd meg ekkor is. Mérési eredményeidet foglald táblázatba! a (cm) b (cm) c (cm) ρ2 = c kg ρ víz 3 c b m 1. 2. 3. 4. ( ρ2 )átlag A felírt összefüggés alapján a mért adatokból határozd meg a kavics sűrűségét! b) Miként tudnád az m1 tömegű test sűrűségét meghatározni? 34

Egész órás tanulói mérések 9. Kontinuitási egyenlet, folyadékok áramlása B1 db műanyag palack és üveg- vagy műanyagból készült (megfelelő hosszúságú) cső B3 db, a palack oldalába helyezhető, különböző belső átmérőjű kifolyócső B víz B vonalzó B stopperóra B tartóállvány B edény l v2 h A kísérlet leírása: Nagyobb méretű, párhuzamos falú, műanyag palackból kis munkával elkészíthető az ún. Mariotte-féle palack (lásd az ábrát). s A Mariotte-féle palack biztosítja, hogy az oldalába helyezett kifolyócsövön a kifolyás sebessége (jó közelítéssel) állandó legyen. A kontinuitási egyenlet kimondja, hogy az áramlási cső keresztmetszetének és a folyadék sebességének szorzata állandó: A1 v1 = A2 v2. A nagyobb átmérőjű (keresztmetszetű) cső maga a Mariotte-féle palack (A1), a kisebb keresztmetszetű cső a kifolyócső (A2). A v1 sebesség a palackban levő folyadék felszínének süllyedéséből, hosszúság és idő l mérésével határozható meg: v1 =. A palackot egy tartóállvány segítségével a felfogó t edényke fölött, alkalmas magasságban helyezd el. A kiáramló folyadék v2 sebessége az ábra alapján a vízszintes hajításnál megismert összefüggések felhasználásával határozg g ható meg. Mivel fennáll, hogy s = v2 t és h = t 2, így v2 = s. 2 2 h A kontinuitási egyenlet igazolásához mérd meg a palack és a kifolyócsövek (belső) átmérőit, számold ki a keresztmetszeteket, határozd meg a megfelelő adatok mérésével a folyadék áramlási sebességeit! 35

Folyadékok és gázok mechanikája A mérési adatokat foglald táblázatba! Az áramlási cső sugara Az áramlási cső keresztmetszete R1 (cm) A1 (cm2) R2 (cm) A2 (cm2) cm A1 v1 s l (cm) t (s) v1 = ---- l cm s (cm) h (cm) t s ------- cm A2 v2 s Tapasztalatom: Mire következtethetsz az Magyarázat: 36 A1 v1 hányados értékéből? A2 v2 v2 = s g cm 2 h s ------------------------- A1 v1 A2 v2

Egész órás tanulói mérések 10. Folyadék felületi feszültségének mérése B 1 db osztott pipetta B 2 db főzőpohár B tolómérő B víz B alkohol F F G1 A kísérlet leírása: Szívj fel az osztott (hiteles beosztással ellátott) pipettába vizet. A pipetta végének befogásával a vizet egyenletesen csepegtesd ki. (Ez kis gyakorlás után sikerülni fog.). Számold meg, hogy 1 cm3 vízből hány csepp alakul ki. Mérd meg tolómérő segítségével a pipetta alsó végének külső átmérőjét (d). A cseppre az α felületi feszültség miatt a pipetta kerülete mentén felfelé mutató erő hat, amelynek a nagysága a felületi feszültség definíciója alapján F = α d π. A csepp akkor szakad le a pipettáról, amikor a csepp G1 súlya eléri a felületi feszültségből származó F erőt, azaz F = G1, α d π = G1, ahonnan a G felületi feszültség értéke α = 1. d π Végezd el a szükséges méréseket (legalább háromszor), mérési adataidat foglald táblázatba, és határozd meg a felületi feszültség értékét. d (mm) kg 3 m víz V (cm3) Z (cseppszám) ρ 1 1000 alkohol Folyadék A mérést végezd el alkohollal is! 1 800 1. 2. 3. átlag 1 csepp térfogata: V V1 = Z átlag (cm3) 1 csepp súlya: G1=V1 ρ g (N) α= G1 d π N m 37

Folyadékok és gázok mechanikája Tapasztalatom: Magyarázat: 38

Egész órás tanulói mérések 11. A felfelé ható nyomás függése a folyadékoszlop magasságától B f olyadékos manométer (Kisméretű tölcsérből és gumikesztyűből, gumicsőből és U alakú csőből (közlekedőedényből) elkészíthető.) B magasabb üvegedény vízzel töltve Bv onalzó Ha rendelkezésre áll, akkor a kísérleti eszközkészletből is vehetjük a szükséges eszközöket. l h A kísérlet leírása: A vízzel töltött edénybe rögzítsd függőlegesen a vonalzót! A vonalzó mentén nyomd a manométert a vízbe, különböző mélységekbe! A közlekedőedényben levő vízszintkülönbség adja azt a mennyiséget, ami a felfelé ható nyomással arányos ( p = ρ víz g l ), tehát p ~ l. Mérési adataidat foglalt táblázatba! h (cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 l (cm) 39

Folyadékok és gázok mechanikája Ábrázold h függvényében l-t! l (cm) h (cm) 0 Tapasztalatom: Magyarázat: 40 10

Egész órás tanulói mérések 12. Fagolyó sűrűségének mérése B1 db 5 6 cm átmérőjű, keményfából készült fagolyó B1 db 0,5 literes üdítős műanyagpalack, amelynek a középső része állandó keresztmetszetű hengernek tekinthető (A palack felső, csavaros nyakrészét a hengeres rész kezdetéig óvatosan le kell vágni!) B víz B vonalzó B hústű h1 h0 h2 A kg (A víz sűrűsége: ρvíz = 1000 3. ) m A kísérlet leírása: A feladat szövegének megfelelően elkészített, levágott nyakú műanyagflakonba különböző magasságig tölts vizet, és mérd le vonalzóval a vízszint h0 magasságát. Ezután helyezd óvatosan a fagolyót a flakonba. A golyó úszik a vízben. Mérd meg most is a flakonban levő víz szintjét, amit jelölj h1-gyel. Utána egy hegyes tűvel a fagolyót nyomd addig a vízbe, hogy azt a víz teljesen ellepje. Az ebben az esetben fellépő vízszint-magasságot jelöld h2-vel. A méréseket öt különböző, h0 kezdeti vízszint-magasság mellett végezd el. A mérési adatokat foglald táblázatba! Vízszintmagas1. mérés 2. mérés ság (cm) 3. mérés 4. mérés 5. mérés h0 h1 h2 h1 h0 h2 h0 (h h ) kg ρgolyó = 31 0 ρ víz (h2 h0 ) m 41

Folyadékok és gázok mechanikája A fagolyó sűrűségének meghatározásához az alábbi meggondolásokat követhetjük. A fagolyó úszásának feltétele az, hogy a golyóra ható nehézségi erő és a golyóra ható felhajtóerő egyenlő legyen: Ffel = G, azaz Vbe ρ víz g = Vgolyó ρ golyó g, ahol Vbe a golyó vízbe merülő részének térfogata, azaz a golyó által kiszorított víz térfogata. Az ábra alapján Vbe = A (h1 h0 ) és Vgolyó = A (h2 h0 ), ahol A a flakon állandó keresztmetszete. Ezen összefüggésekből A (h1 h0 ) ρ víz = A (h2 h0 ) ρ golyó, ahonnan a fagolyó (h1 h0 ) ρ víz. sűrűsége ρ golyó = (h2 h0 ) Tapasztalatom: Magyarázat: 42