Pomyśl, jak zmieni się prędkość kulki, kiedy zderza się z drugą o dużo większej masie, a jak w przypadku, kiedy zderza się z drugą, o masie podobnej.

Jądro ołowiu ma ponad 200 nukleonów tj. protonów i neutronów, a cząsteczka wody składa się z atomu tlenu i dwóch atomów wodoru. W jądrze tlenu jest 16 nukleonów, a w jądrze wodoru jeden proton. W centralnym zderzeniu małej kuleczki, jaką jest neutron, z „ciężkim” jądrem ołowiu neutron odbije się i poleci w przeciwnym kierunku z prawie taką samą prędkością, podczas gdy w zderzeniu z protonem straci prawie całą swoją prędkość. Dlatego do spowalniania neutronów używa się materiałów o małej liczbie nukleonów w jądrach atomowych.

Metoda pomiarowa polega na zmianie kąta nachylenia równi pochyłej.

1. Metoda pomiarowa. Współczynnik tarcia statycznego to stosunek maksymalnej siły tarcia, przy której przedmioty jeszcze nie przesuwają się względem siebie, do siły nacisku prostopadłej do płaszczyzny rozgraniczającej obie powierzchnie.

RefhwQs4WaJXl

Na ilustracji pokazano równię pochyłą narysowaną w postaci szarego trójkąta prostokątnego, którego jedna przyprostokątna jest pozioma, a druga pionowa i znajdują się po prawej stronie rysunku. Wzdłuż przyprostokątnych narysowane są osie układu współrzędnych w postaci czarnych strzałek. Oś opisana małą literą y skierowana jest w górę, a oś opisana małą literą x skierowana jest poziomo w prawo. Kąt nachylenia równi względem kierunku poziomego alfa zaznaczony jest w prawym wierzchołku równi. Na równi znajduje się przedmiot w postaci niebieskiego kwadratu leżący na pochyłym boku równi. Ze środka kwadratu, wzdłuż pochyłego boku równi, wychodzi krótka czarna strzałka symbolizująca wektor siły stycznej do boku równi opisana wielką literą F z indeksem dolnym mała litera t. Z niebieskiego kwadratu wychodzi druga czarna strzałka, dłuższa od pierwszej, skierowana pionowo w dół. Strzałka ta symbolizuje wektor siły grawitacji opisany jako iloczyn masy mała litera m i przyspieszenia grawitacyjnego mała litera g. Ze środka niebieskiego prostokąta wychodzi trzecia strzałka prostopadła do pochyłego boku równi. Strzałka ta symbolizuje drugą ze składowych siły ciężkości przedmiotu i opisano ją wielką literą F ze strzałką u góry dolny indeks mała litera n. Siła styczna i nacisk są składowymi wektora siły grawitacji. Czerwoną strzałką, zaczepioną w środku podstawy kwadratu stykającej się z równią, oznaczono siłę tarcia, jak również symbolem duża litera T ze strzałką u góry.

Na równi pochyłej jest to określone przez maksymalną wartość kąta $\alpha$, dla której przedmiot jeszcze z równi się nie zsuwa. Ilustruje to rysunek. Zależności są następujące:

Wartość siły tarcia statycznego $T$ jest równa wartości siły zsuwającej $F_s$ aż do osiągnięcia maksymalnej wartości $T$.

Siła zsuwająca ma wartość $F_s=mg\sin \alpha$, gdzie $\alpha$ jest kątem nachylenia równi względem poziomu, $m$ - masą leżącego na równi przedmiotu, a $g$ jest przyspieszeniem ziemskim.

Wartość siły nacisku to $F_n=mg\cos \alpha$

Stosunek wartości tych sił wynosi wobec tego

Wystarczy unosić jedną stronę równi, zwiększając kąt $\alpha$. Stosunek $F_s/F_n$ w chwili, kiedy przedmiot zacznie się zsuwać, to - zgodnie z definicją - współczynnik tarcia statycznego.

Jednak to nie kąt jest potrzebny, tylko jego tangens, tj. stosunek boków pionowego do poziomego powstałego trójkąta. Wystarczy je zmierzyć miarką milimetrową.

2. Układ pomiarowy

Rysunek prezentuje propozycję układu pomiarowego. Długość $x$ może być ustalona i zmierzona jednokrotnie, a długość $y$ zmieniana jest przez podnoszenie dźwigni i odczytywana na miarce milimetrowej.

R1E9ylsDWBxgM

Na ilustracji przedstawiono schemat układu pomiarowego w postaci równi pochyłej. Na poziomej powierzchni umieszczono dwa pręty pokazane w postaci jasnoniebieskich prostokątów. Jeden z nich, ustawiono pionowo po lewej stronie ilustracji. Drugi jest pochylony i przymocowany do pierwszego. Pochyły pręt dotykający do podłoża znajduje się po prawej stronie pręta pionowego i jest do niego zamocowany. Na równi pokazano schematycznie narysowany przedmiot w postaci szarego kwadratu umieszczonego na pochyłym pręcie.

3. Metoda pomiaru

Kładziemy przedmiot wykonany z wybranego materiału na podłożu z drugiego wybranego materiału. Unosimy część ruchomą i odczytujemy wysokość $y$ z miarki milimetrowej.

1. Powodem różnicy w świeceniu latarki jest opór wewnętrzny bateryjki.

2. Schemat elektryczny eksperymentu pokazuje rysunek.

Rq6fWf6V6N0RP3

Na ilustracji pokazano obwód elektryczny narysowany w postaci czarnego prostokąta. Prostokąt podzielony jest na dwie części za pomocą pionowej czarnej linii. Linia łączy dłuższe boki prostokąta. Na jego prawym boku pokazano źródło siły elektromotorycznej oznaczone wielką literą E i rezystor w postaci szarego wąskiego prostokąta, umieszczony nad źródłem. Rezystor oznaczony jest wielką literą R z indeksem dolnym mała litera w, co symbolizuje opór wewnętrzny źródła. Na czarnej linii dzielącej prostokąt na dwie części – prawą i lewą – narysowano woltomierz w postaci niebieskiego kółka z wielką literą U w środku. Po prawej stronie kółka opisano go wielką literą U z indeksem dolnym mała litera z. Na górnej krawędzi prostokąta, po prawej od linii dzielącej narysowany jest amperomierz w postaci niebieskiego kółka z wielką literą I w środku. Poniżej podpisano go wielką literą I. Na prawym boku prostokąta narysowany jest rezystor w postaci szarego prostokąta, oznaczony wielką literą R z indeksem dolnym mała litera z. Na dolnym boku prostokąta po prawej stronie od linii dzielącej go na prawą i lewą część narysowany jest klucz w postaci hipotetycznego przerwania obwodu elektrycznego.

Wykonujemy dwa pomiary: jeden przy otwartym wyłączniku, drugi przy zamkniętym.

Kiedy wyłącznik jest otwarty, woltomierz, który ma ogromny opór wewnętrzny, wskazuje praktycznie siłę elektromotoryczną bateryjki. Kiedy wyłącznik jest zamknięty, woltomierz mierzy spadek napięcia wskutek oporu elementu  zewnętrznego, którym jest żarówka.

3. Mamy zatem $E=I\cdot R_z+I\cdot R_w$, ale przy zamkniętym wyłączniku woltomierz mierzy tylko $U_z=I\cdot R_z$. Jeśli spadek napięcia na oporze wewnętrznym jest znaczny, to $U_z$ jest małe i żarówka świeci słabo.

1. Jest to możliwe w 8 krokach

2. Podaję, z którego do którego naczynia przelewam i ilość wody w naczyniach po przelaniu.

8‑8,

1. 8 -> 3; 3‑3, 8‑5, 5‑0

2. 3 -> 5; 5‑3, 8‑5, 3‑0

3. 8 -> 3; 8‑2, 3‑3, 5‑3

4. 3 -> 5; 8‑2, 3‑1, 5‑5

5. 5 -> 8; 8‑7, 3‑1, 5‑0

6. 3 -> 5: 8‑7, 3‑0, 5‑1

7. 8 -> 3; 8‑4, 3‑3, 5‑1

8. 3 -> 5; 8‑4, 5‑4, 3‑0

Zadanie wykonane, hipoteza była poprawna.

Rozważ, co będzie, jeśli do anody podłączysz minus, a do katody plus.

Światło padające na katodę będzie z niej wybijać elektrony o energii większej w przypadku światła zielonego niż czerwonego. Pomysł typu „jajka Kolumba” polega na podłączeniu minusa zasilania do anody, a plusa do katody. Wtedy anoda nie będzie przyciągać, tylko odpychać emitowane z katody elektrony. Te, które są emitowane wskutek oświetlenia światłem zielonym, będą wymagały wyższego napięcia hamującego, aby w obwodzie przestał płynąć prąd, co dowodzi słuszności wyjaśnienia Einsteina.

Można do kul podłączyć giętkie przewody elektryczne, które z drugiej strony podłączone będą do źródła zasilania oraz oscyloskopu lub kondensatora. Czas trwania zderzenia można zmierzyć oscyloskopem lub poprzez pomiar rozładowania kondensatora wskutek przepływu prądu w momencie zderzenia. „Jajkiem Kolumba” jest tu podłączenie do kul giętkich przewodów elektrycznych. Reszta jest już tylko technicznym rozwiązaniem.