liny lub popychając kolegę, działasz jakąś siłą. Siła to działanie na inną rzecz, takie jak przy jej popychaniu lub pociąganiu. W podanych przykładach objawem działania sił jest wywoływany przez nie ruch. Są jednak siły, których skutków tak wyraźnie nie widać. Czy zastanawiałeś się, dlaczego się nie przewracasz, chodząc po podłodze? Albo: dlaczego nie możesz rzucić piłeczką pingpongową tak daleko jak baseballową, mimo że ta pierwsza jest lżejsza? A czemu, kiedy się potkniesz, upadasz na podłogę, a nie na sufit?
W tym rozdziale znajdziesz odpowiedzi na takie pytania, wykonując proste doświadczenia z przedmiotami takimi jak proca i zeszyty szkolne, a także obserwując ruch czegoś, co nazywam „wędrującą fasolką”. Nie wiesz, co to takiego? Dowiesz się czytając dalej.
Podczas doświadczeń z tego rozdziału pamiętaj, że siła wiąże
się z masą i przyspieszeniem.
Oznacza to, że obiekty o większej masie i poruszające się szybciej mogą działać większymi siłami. Nie zapominaj przy tym o bezpieczeństwie własnym i innych osób, kiedy będziesz czymś strzelał lub rzucał, eksperymentował z ruchem wahadłowym lub sprężystością, upuszczał, popychał lub pociągał przedmioty, wprowadzał je w ruch obrotowy, naciskał i utrzymywał w nietrwałej równowadze.
Zapisuj wszystkie obserwacje, zwłaszcza gdy w doświadczeniu będziesz zmieniał jakieś parametry. Dobrym zwyczajem jest powtarzanie doświadczeń dla pewności, że ich wyniki nie zmieniają się z powodu błędów twoich lub związanych z użytymi przedmiotami. Jeśli wyniki nie będą zgodne z oczekiwaniem, poszukaj przyczyny i powtórz doświadczenie, traktując to jako okazję do nauki. Na tym polegają badania naukowe!
Papierowa siła
Jaka siła potrafi złączyć dwa zeszyty?
Poziom tRudności: łatwe
czaS tRWania: 10 minut
m ate R iały
[ 2 zeszyty o podobnej liczbie stron
c zynności
1. Połóż zeszyty na płaskiej powierzchni i otwórz obydwa na ostatnich stronach. Zsuń tylne okładki, nakładając je na siebie.
2. Przewróć w obu zeszytach ostatnie kartki i nałóż je na siebie. W ten sam sposób odwracaj kolejne kartki na przemian z obu stron, aż do odsłonięcia wierzchnich okładek.
3. Poproś koleżankę, kolegę lub kogoś z rodziny o uchwycenie grzbietu jednego zeszytu i spróbuj zeszyty rozdzielić.
Próba dodatkowa! Sprawdź, ile zeszytowych stron trzeba w ten sposób przełożyć, aby uzyskać opisany efekt. Zrób to samo z książkami i małymi notesami. Wypróbuj różne rodzaje papieru, takie jak w czasopismach i folderach. Jak i dlaczego: Na pierwszy rzut oka kartka papieru wygląda gładko, ale pod mikroskopem zobaczyłbyś włókna i rowki między nimi, które przy złożeniu powierzchni zahaczają o siebie. Zjawisko takie nazywa się mikrospasowaniem. Jego efektem jest tarcie przylegających kartek utrudniające przesuwanie ich po sobie. W tym doświadczeniu siła przyłożona przy próbie rozdzielenia zeszytów była mniejsza od łącznego oporu tarcia powierzchni wszystkich kartek, nie wystarczała więc do rozdzielenia zeszytów.
Pomponikowa proca
Jak daleko można strzelać pomponikami, korzystając z energii naciągniętych pasków gumowych?
Poziom tRudności: średnie
czaS tRWania: 30 minut
m ate R iały
[ Rurka tekturowa po ręczniku papierowym
[ Nożyczki
[ Duże pomponiki (lub duże wałeczki pianki cukrowej)
[ Taśma klejąca
[ Dziurkacz
[ Ołówek lub pałeczka do ryżu
[ 2 cienkie gumki recepturki
c zynności
1. Przetnij rurkę tekturową w połowie długości. Jedną połówkę rozetnij wzdłuż.
2. Tę połówkę zwiń, tworząc rurkę o mniejszej średnicy dającą się włożyć do drugiej połowy. Sprawdź, czy pomponiki mieszczą się w szerszej rurce, ale nie wsuwają się w węższą. Sklej węższą rurkę wzdłuż taśmą, żeby się nie rozwijała.
3. Wytnij dziurkaczem dwa naprzeciwległe otwory w odległości
ok. 1,5 cm od końca węższej rurki.
4. Ostrożnie przełóż ołówek przez otwory, ustawiając rurkę w połowie jego długości, nie rozrywając przy tym tektury.
5. Na jednym końcu szerszej rurki zrób dwa przecięcia długości
ok. 1 cm odległe od siebie o ok. 1 cm (szerokość palca dłoni). Na tym samym końcu rurki wykonaj 2 identyczne przecięcia naprzeciw pierwszych, co daje łącznie 4 przecięcia.
6. Ostrożnie wsuń jedną z gumek w jedną parę przecięć i zabezpiecz ją taśmą klejącą. Powtórz to samo po drugiej stronie rurki z drugą gumką.
7. Włóż węższą rurkę do szerszej tak, by ołówek znalazł się na przeciwnym końcu niż gumki. Rozciągając gumki, załóż je na wystające części ołówka.
CIĄG DALSZY >
8. Załaduj procę, wkładając pomponik do szerszej rurki i opierając go o koniec węższej. Napręż gumki, odciągając ołówek. Wystrzel pomponik, zwalniając naciąg gumek.
Próba dodatkowa! Urządźcie z kolegą zawody strzeleckie, ustawiając cele i uzgadniając system punktacji za szybkość i celność.
proca , CIĄG DALSZY
Jak i dlaczego: Proca to urządzenie wprawiające w ruch przedmioty za pomocą energii zgromadzonej w napiętych elastycznych wstęgach gumowych. W chwili strzału potencjalna energia napiętej gumy zamienia się w energię kinetyczną wystrzeliwanego pocisku. Aby pomponik wyleciał z procy z największą prędkością i przebył w powietrzu największą odległość, trzeba rozciągnąć gumki jak najdalej, nie powodując ich zerwania. W ten sposób gromadzimy w nich maksymalną energię potencjalną, nadając pomponikowi maksymalną energię kinetyczną.
Pomponikowa
niespadające kluczyki
Jak z zamkniętymi oczami powstrzymać kluczyki od upadku na podłogę?
Poziom tRudności: łatwe
czaS tRWania: 10 minut
m ate R iały
[ 3 metalowe kluczyki
[ 1 metr sznurka
[ Duża podkładka pod nakrętkę
c zynności
1. Do jednego końca sznurka przywiąż mocno 3 kluczyki, a do drugiego podkładkę.
2. Wyciągnij rękę poziomo przed siebie z wyprostowanym palcem wskazującym. Zawieś sznurek na palcu tak, żeby kluczyki wisiały 2–3 cm poniżej palca.
3. Trzymając podkładkę w drugiej dłoni, wyprostuj rękę tak, żeby sznurek tworzył linię poziomą.
4. Zamknij oczy i wypuść podkładkę z dłoni. Czy kluczyki upadły na podłogę? Teraz możesz powtórzyć doświadczenie z otwartymi oczami!
Próba dodatkowa! Powtarzaj doświadczenie, zmieniając kąt między sznurkiem i poziomem. Zmierz masę kluczyków i podkładki, a następnie oblicz ich proporcję. W tym celu wystarczy dokładnie zważyć te przedmioty. W układzie metrycznym jednostki siły i masy są tak zdefiniowane, że wartości masy ciał (w gramach masy g) są liczbowo równe wartościom siły (w gramach siły G), jaką Ziemia je przyciąga. Masę ciała można też obliczyć ze wzoru: masa = gęstość × objętość. Poszukaj innych przedmiotów, których masy pozostają w takim samym stosunku, i użyj ich w doświadczeniu. Udało się?
Niespadające kluczyki, CIĄG DALSZY
Jak i dlaczego: Zwisające kluczyki są
wahadłem nieruchomym, dla którego palec jest punktem zawieszenia. Wahadłem staje się również podkładka na sznurku w chwili wypuszczenia jej z dłoni. Wahadła w obszarze przyciągania ziemskiego zwykle poruszają się coraz wolniej na skutek oporów tarcia. W tym doświadczeniu drugie wahadło zwiększa jednak swoją prędkość, czemu towarzyszy
owijanie się sznurka wokół palca. Dzieje się tak, ponieważ od chwili uruchomienia wahadła z podkładką sznurek owija się wokół palca, skracając je w każdej chwili.
Zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu w ruchu obrotowym wahadło to przyspiesza swój ruch i w końcu tarcie między zwiniętym sznurkiem i palcem równoważy ciężar kluczyków, nie pozwalając im upaść na podłogę.
wędrująca fasolka
Dlaczego wędrująca fasolka ciągle podskakuje?
Poziom tRudności: łatwe
czaS tRWania: 10 minut m ate R iały
[ Folia aluminiowa
[ Nożyczki
[ Linijka z podziałką
[ Pisak (średnicy nieco większej od małej szklanej kulki)
[ Mała szklana kulka
[ Nieduże pudełko po butach z przykrywką
c zynności
1. Używając linijki i nożyczek, wytnij z folii aluminiowej prostokąt o wymiarach 12 × 6 cm.
2. Połóż pisak na krótszym boku prostokąta i owiń go folią, tworząc rurkę długości 6 cm.
3. Zsuń nieznacznie rurkę foliową z pisaka na jednym końcu i zagnij folię tak, by została dokładnie zamknięta.
4. Ostrożnie zsuń całą rurkę z pisaka i wrzuć do niej szklaną kulkę. Zamknij otwarty koniec rurki tak, żeby kulka z niej nie wypadała, ale by mogła się w niej przetaczać.
5. Włóż rurkę do pudełka, zamknij je przykrywką i przesuwaj z boku na bok przez 45–60 sekund. Sprawdź, czy końce rurki stały się półokrągłe. Jeśli tak, to udało ci się stworzyć „wędrującą fasolkę”!
6. Spróbuj delikatnie potoczyć fasolkę po dnie pudełka lub na dłoni obserwując jej ruchy. Pokaż zjawisko domownikom lub kolegom, prosząc o wytłumaczenie ruchów fasolki.
CIĄG DALSZY >
Wędrująca
fasolka, CIĄG DALSZY
Próba dodatkowa! Spróbuj przetaczać fasolkę po różnych powierzchniach i sprawdź, które najlepiej się nadają. Powtórz doświadczenie z większą kulką i zobacz, czy jej wielkość ma wpływ na ruch fasolki.
Jak i dlaczego: Foliowa rurka z kulką w środku wygląda jak żywa: podczas ruchu wznosi się na przemian na swoich końcach. Dlaczego tak się dzieje? Otóż, kulka jest znacznie cięższa od aluminiowej rurki i, puszczona w ruch, toczy się siłą własnej bezwładności (tzw. inercji).
Najpierw przetacza się w rurce, ale trafiając na jej półokrągłe zakończenie, powoduje jej obrót o 180° i znów się w niej przetacza. Cykl ten powtarza się, dopóki nie zatrzyma go jakaś siła zewnętrzna.
Zgodnie z zasadami dynamiki, poruszająca się masa zachowuje kierunek i prędkość ruchu, opierając się zmianom.
Oczywiście doświadczenie to wymaga dostatecznie szorstkiej, przyczepnej powierzchni. Na powierzchni zbyt gładkiej fasolka będzie się ślizgała zamiast „podskakiwać”.
newtonowska dysza
Jak zagięcie słomki wpływa na ruch balonika?
Poziom tRudności: łatwe
czaS tRWania: 15 minut
m ate R iały
[ Balonik
[ Nożyczki
[ Giętka słomka do picia
[ Taśma klejąca
[ Szpilka
[ Ołówek z gumką
c zynności
1. Nadmuchaj lekko balonik kilkoma wydechami tak, by później można go było mocniej napompować.
2. Odetnij nożyczkami gumową opaskę wokół otworu balonika.
3. Włóż dłuższy koniec słomki do otworu balonika i dokładnie owiń połączenie taśmą klejącą. Sprawdź szczelność połączenia, dmuchając w drugi koniec słomki.
4. Znajdź środek ciężkości słomki z balonikiem, kładąc ją na palcu i przesuwając do stanu równowagi.
W znalezionym miejscu przekłuj słomkę szpilką na wylot.
5. Wbij ostrze szpilki w płaski koniec gumki ołówka i umocuj ołówek pionowo na płaskiej powierzchni.
6. Nadmuchaj balonik przez słomkę i zatkaj jej koniec palcem.
7. Zegnij słomkę pod kątem prostym i otwórz jej otwór.
CIĄG DALSZY >
Newtonowska dysza, CIĄG DALSZY
Próba dodatkowa! Spróbuj użyć dwóch słomek. Czy zmienia to prędkość ruchu balonika? Co się stanie, gdy każdą z dwóch słomek zegniesz w przeciwnych kierunkach?
Jak i dlaczego: Sławny uczony Izaak Newton stwierdził, że każdemu działaniu odpowiada przeciwdziałanie (reakcja) równe co do wartości i przeciwnie skierowane. Lot każdej rakiety odbywa się na tej zasadzie. W silniku rakietowym spalane jest paliwo, a powstające przy tym gorące gazy z dużą prędkością wydostają się przez dyszę wylotową pod wpływem ogromnego ciśnienia, które, rozchodząc się we wszystkich kierunkach, wywiera parcie na rakietę, pchając ją w przeciwnym kierunku. W naszym doświadczeniu powietrze wewnątrz balonika, pod wpływem zwiększonego ciśnienia, powoduje jego wypływ przez słomkę pod kątem prostym do poziomu. Taki kierunek jego wypływu wywołuje reakcję obracającą słomkę wraz z balonikiem w kierunku przeciwnym.
