Film samouczek
Analiza zjawiska odrzutu na przykładzie wystrzału
Obejrzyj film samouczek prezentujący nieco pogłębione spojrzenie na zjawisko odrzutu. Nie ogranicza się ono do prostego bilansu pędu w wyidealizowanym dwuciałowym układzie „karabin‑pocisk”, lecz wskazuje dodatkowe składniki takiego układu. Ujęcie problemu staje się dzięki temu bardziej realistyczne, choć przez to nieco bardziej skomplikowane.
Zapoznaj się z filmem samouczkiem prezentującym nieco pogłębione spojrzenie na zjawisko odrzutu. Nie ogranicza się ono do prostego bilansu pędu w wyidealizowanym dwuciałowym układzie „karabin‑pocisk”, lecz wskazuje dodatkowe składniki takiego układu. Ujęcie problemu staje się dzięki temu bardziej realistyczne, choć przez to nieco bardziej skomplikowane.
Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/Do3ywnwRR
Zapoznaj się z alternatywną ścieżką samouczka.
Na torze powietrznym mogą poruszać się, praktycznie bez oporów ruchu, dwa wózki. Ich masy spełniają związek . Celem pokazu jest przedstawienie modelu wystrzału i zjawiska odrzutu.
Wskaż opis lub opisy stanu początkowego, które trafnie modelują zjawisko odrzutu przy typowym wystrzale z karabinu.
Wskaż także przypisanie wózkom właściwej roli w modelu. Możliwe odpowiedzi: 1. Wózki spoczywają względem toru; między nimi jest ściśnięta sprężyna., 2. Wózki przemieszczają się względem toru z tymi samymi prędkościami; między nimi jest ściśnięta sprężyna., 3. Wózki zostały pchnięte ku sobie, z jednakowymi co do wartości pędami. Ich zderzenie zostanie zamortyzowane sprężyną., 4. Wózki zostały pchnięte ku sobie, z jednakowymi co do wartości pędami. Ich zderzenie zostanie zamortyzowane kulką z plasteliny., 5. Wózek drugi przemieszcza się z niezerowym pędem względem toru; wózek pierwszy goni go z pędem o tej samej wartości. Ich zderzenie zostanie zamortyzowane sprężyną., 6. Wózek drugi przemieszcza się z niezerowym pędem względem toru; wózek pierwszy goni go z pędem o tej samej wartości. Ich zderzenie zostanie zamortyzowane kulką z plasteliny., 7. Rolę pocisku spełnia wózek pierwszy, zaś rolę broni drugi., 8. Rolę pocisku spełnia wózek drugi, zaś rolę broni pierwszy., 9. Każdy z wózków mógłby spełniać zarówno rolę karabinu jak i pocisku.
Zaproponuj takie przeprowadzenie pokazu opisanego w poprzednim poleceniu, by wykazać, że energie kinetyczne tych wózków spełniają związek .
Zapoznaj się z pozbawionym komentarza, krótkim filmem, pokazującym zapis wystrzału kulki z „działa” w laboratoryjnych warunkach. Choć użyte urządzenie bardziej zasługuje na określenie „broń mechaniczna” niż „broń palna”, to odnajdziesz w filmie wiele elementów analogicznych do tych, które występują w wystrzale.
Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/Do3ywnwRR
Zapoznaj się z alternatywną ścieżką samouczka.
Obejrzyj film kilka razy. Zwróć uwagę, że ten sam wystrzał oglądasz w dwóch planach: bliższym i dalszym. Przeprowadź każdy kolejny przegląd w trybie odtwarzania coraz wolniejszym; jeśli Twoja przeglądarka to umożliwia, wykonaj także przegląd najciekawszego fragmentu klatka po klatce.
Wyszukuj coraz drobniejsze szczegóły widoczne podczas wystrzału. Przyjrzyj się ruchowi kulki oraz działa po wystrzale. Zwróć uwagę na otworki w torze powietrznym, którymi pompowane jest powietrze - są one ułożone w jednakowych odległościach od siebie. Do czego się to może przydać podczas analizy filmu?
Zapoznaj się z filmem kilka razy. Zwróć uwagę, że ten sam wystrzał jest w dwóch planach: bliższym i dalszym. Przeprowadź każdy kolejny przegląd w trybie odtwarzania coraz wolniejszym; jeśli Twoja przeglądarka to umożliwia, wykonaj także przegląd najciekawszego fragmentu klatka po klatce.
Wyszukuj coraz drobniejsze szczegóły widoczne podczas wystrzału. Zwróć uwagę na ruch kulki oraz działa po wystrzale. Zwróć uwagę także na otworki w torze powietrznym, którymi pompowane jest powietrze - są one ułożone w jednakowych odległościach od siebie. Do czego się to może przydać podczas analizy filmu?
Opisz w kilku zdaniach układ eksperymentalny widoczny na filmie. W opisie wskaż, między innymi, element pełniący rolę ładunku miotającego. Jak zorganizowany jest „zapłon” tego ładunku, czyli wyzwolenie energii wewnętrznej? Czy dostrzeżesz odpowiednik gazów prochowych?
Tam, gdzie nie masz pewności, śmiało stawiaj hipotezy.
W filmie samouczku mowa jest o możliwości wywołania odkształcenia broni (najczęściej lufy). Wskaż efekt widoczny na filmie, będący tego odpowiednikiem. Podaj argument przemawiający za tym, że energia związana z tym odkształceniem nie jest zamieniana na energię kinetyczną.
Podejmij próbę zbadania w jakim stopniu oglądany wystrzał jawi się zgodny z przewidywaniami zasady zachowania pędu.
Wykorzystaj w tym celu film oraz dodatkowe informacje o układzie, podane niżej.
Jedyny warunek: Twoja przeglądarka musi pozwalać na przesuwanie filmu klatka po klatce.
Odległości
Efektywna długość lufy, jaką przebywa kulka s = 8 cm.
Odległość między otworkami w torze powietrznym d = 3 cm.
Podziałka z liczbami, odstępy co 10 cm (widoczna na pełnym ekranie, pod torem na planie szerokim).
Masy
Masa kulki m = 15 g.
Masa wózka M = 1,75 kg.
Masa sprężynki mIndeks dolny ss = 2 g.
Czasy
Czasy zmierzysz we własnym zakresie. Wykorzystasz film w roli stopera. Oto krótki instruktaż.
Możesz sobie wyobrazić, że odtwarzacz dzieli film na pojedyncze zdjęcia (nazwijmy je klatkami filmu). Są one wyświetlane w określonym tempie, na przykład, 24 klatki na sekundę. Wykonaj następujące czynności.
1. Ustaw tempo odtwarzania filmu na „po klatce”.
2. Wyszukaj klatkę, przy której licznik czasu filmu zmienia się i przechodzi do następnej sekundy. Przewijaj film po klatce aż licznik czasu zmieni się o kolejną sekundę. W trakcie przewijania zliczaj klatki; załóżmy, że wynik zliczania to 24 klatki na jedną sekundę. W ten sposób dowiesz się, że odstęp czasu pomiędzy klatkami jest równy, na przykład, 1/24 sekundy.
Odstęp ten możesz interpretować jako niepewność graniczną pomiaru czasu.
3. Ustaw film na klatce, przy której następuje początek wybranego procesu - na przykład wystrzał. Zanotuj czas tIndeks dolny 11 odpowiadający tej klatce.
4. Przewiń film do klatki, w której następuje koniec procesu, którego czas trwania chcesz rozpoznać. Zanotuj czas tIndeks dolny 22 odpowiadający tej klatce, z dokładnością do jednej klatki.
6. Czas trwania procesu to różnica zanotowanych czasów: t = tIndeks dolny 22 - tIndeks dolny 11.
Pomiary i ich niepewność
Informacje o parametrach układu oraz wielkości, które zmierzysz (czasy oraz, pośrednio, prędkości) potraktuj jak dane do zadań rachunkowych.
Nie musisz przeprowadzać analizy niepewności pomiarowej. Przyczyną jest bardzo niepewne określanie położeń obiektów na ekranie i, co za tym idzie, prędkości i pędów tych obiektów.
Zmierz prędkość odrzutu vIndeks dolny MM wózka z działem. Oblicz wartość jego pędu pIndeks dolny MM.
Zmierz prędkość vIndeks dolny mm pocisku. Oblicz wartość jego pędu pIndeks dolny mm.
Oblicz względną różnicę pomiędzy tymi wartościami, zgodnie z wyrażeniem
Uzyskany wynik możesz interpretować jako „dokładność”, z jaką potwierdzone zostało spełnienie zasady zachowania pędu w tym eksperymencie.
Zmierz prędkość vIndeks dolny ss sprężyny wylatującej z lufy i oblicz jej pęd pIndeks dolny ss. Czy uwzględnienie tego pędu zmniejszy zauważalnie wartość parametru obliczonego w poprzednim poleceniu?