Film zawiera nagrania doświadczeń obrazujących przejawy działania siły bezwładności.
Pierwsze doświadczenie dotyczy wyciągania obrusu spod stojących na stole naczyń.
Drugie - suszenia prania podczas wirowania wskutek działania siły odśrodkowej.
Jako trzecie przedstawiono doświadczenie polegające na umieszczeniu naczynia wypełnionego olejem na obracającej się płaszczyźnie - może być to np. talerz gramofonu.
RKVlcKXhvBkMJ
Zapoznaj się z audiodeskrypcją filmu.
Zapoznaj się z audiodeskrypcją filmu.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Zapoznaj się z audiodeskrypcją filmu.
1
Polecenie 1
W pierwszym doświadczeniu wykorzystano ruch przyspieszony prostoliniowy obrusa do demonstracji efektu wywołanego bezwładnością. Co sądzisz o możliwości wykorzystania układu nieinercjalnego wirującego do zademonstrowania takiego samego efektu? Zapisz pomysł na przeprowadzenie takiego pokazu za pomocą urządzenia podobnego do platformy obrotowej wykorzystanej w doświadczeniu trzecim.
uzupełnij treść
Zwróć uwagę na dwa kluczowe elementy pokazu: 1. Kształt ciała; rozróżnij pomiędzy klockiem (może się przesuwać) a kulką czy walcem (może się toczyć). 2. Stan początkowy platformy. Może ona spoczywać i być stopniowo rozpędzana albo może być już rozkręcona przed położeniem na niej badanego ciała.
Możliwości zorganizowania takiego pokazu jest wiele. Jedna z nich mogłaby polegać na umieszczeniu klocka, kulki i walca na nieruchomej platformie, mniej więcej w jednakowych odległościach od osi obrotu. Walec powinien zostać umieszczony w taki sposób, by promień platformy był symetralną rzutu osi walca na powierzchnię platformy. Platformę można rozkręcić niezbyt gwałtownie. Różnice w zachowaniu się tych trzech ciał pokazują efekt bezwładności, z uwzględnieniem działania siły tarcia lub praktycznie w jej nieobecności.
1
Polecenie 2
W drugim doświadczeniu opisano przebieg wyciskania wody z modelowego prania za pomocą wirówki. Przedstaw kilkuzdaniową wypowiedź, w której: 1. Rozstrzygniesz, czy opis przedstawia punkt widzenia obserwatora w inercjalnym układzie odniesienia, związanym z nieruchomą ścianą wirówki, czy też obserwatora w nieinercjalnym układzie odniesienia, związanym z obracającym się bębnem wirówki; 2. Uzasadnisz swoje wskazanie; 3. Przedstawisz opis tego samego zjawiska z punktu widzenia tego drugiego obserwatora.
uzupełnij treść
Do punktów 1 i 2. Zwróć uwagę, że w omawianej sekwencji mowa jest o sile odśrodkowej.
Do punktu 3. Woda niemal dosłownie przykleja się do włókien tkaniny. Ten proces nazywamy wsiąkaniem wody lub nasiąkaniem tkaniny; zachodzi on na poziomie mikroskopowym. Przyczyną tego przyklejania są tzw. siły przylegania wody do jej otoczenia. Są one objawem oddziaływania cząsteczek powierzchni wody z cząsteczkami powierzchni włókna. Usuwanie tak przyklejonej wody może polegać na jej odparowaniu - wtedy mówimy, że tkanina wysycha. Może też polegać na odrywaniu kropelek wody od włókna. Do tego potrzebna jest siła o wartości większej bądź równej pewnej wartości minimalnej.
Do punktów 1 i 2. Skoro w opisie zjawiska przywołujemy działanie siły pozornej (tutaj: siły odśrodkowej), to obserwator dokonujący takiego opisu musi spoczywać w nieinercjalnym układzie odniesienia (tutaj: w układzie wirującym).
Do punktu 3. Obserwator spoczywający względem obudowy wirownicy stwierdzi, że tkanina nasiąknięta wodą porusza się po okręgu pod wpływem siły dośrodkowej, jaką jest siła reakcji ścianek bębna. Działa ona jednak wyłącznie na tkaninę. Włókna tkaniny porywają ze sobą kropelki wody, działając na nie siłą przylegania. Ta właśnie siła pełni rolę siły dośrodkowej z punktu widzenia wody. W miarę zwiększania prędkości kątowej bębna wartość tej siły musi wzrastać. Ponieważ jednak ma ona ograniczoną wartość, to przy odpowiednio dużej prędkości kątowej woda odrywa się od tkaniny. Trafia na ścianę bębna i odrywa się od niej lub spływa po niej, trafiając wreszcie do naczynia.
Polecenie 3
W trzecim doświadczeniu naczynie z olejem było ułożone centralnie na osi obrotu platformy. Ale naczynie to można było ułożyć w innym położeniu, choć wtedy należałoby je przymocować do platformy - zastanów się, dlaczego. Przyjrzyj się poniższemu rysunkowi. Ilustracje w górnym wierszu pokazują (schematycznie, w wersji „widok z góry”) kilka alternatywnych ułożeń naczynia.
R1ZsKddnf9SCo
Rysunek przedstawia różne kształty powierzchni oleju umieszczonego w obracającym sie zbiorniku ustawionego niecentrycznie
Każdy obserwowany kształt powierzchni oleju (dolny rząd) odpowiada jakiemuś niecentralnemu ułożeniu naczynia na platformie obrotowej (górny rząd).
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
W dolnym wierszu pokazano możliwe wyglądy powierzchni oleju w naczyniu. Dopasuj te wyglądy do ułożeń.
RrhtR9VxDxLpE
1 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e 2 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e 3 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e 4 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e 5 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e
1 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e 2 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e 3 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e 4 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e 5 Możliwe odpowiedzi: 1. d, 2. e, 3. e, 4. c, 5. e
Zgodnie z wnioskiem sformułowanym w filmie, nachylenie powierzchni oleju w zadanym punkcie jest tym większe, im większa odległość tego punktu od osi obrotu. Czy potrafisz tę zasadę zastosować do ułożeń 4 i 5?
R1C3G6KlqUV3k
Rysunek przedstawia różne kształty powierzchni oleju umieszczonego w obracającym sie zbiorniku ustawionego niecentrycznie
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Polecenie 3
R2CVMZutzYtrJ
Zaznacz odpowiedź poprawną: W obracających się układach rolę siły reakcji równoważącej siłę bezwładności pełni siła: Możliwe odpowiedzi: 1. Odśrodkowa, 2. Dośrodkowa, 3. Grawitacji
