Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

RHF9rLyMcT3DE1

Ćwiczenie 1

Jaki czynnik utrudnia badanie w szkolnej pracowni podstawowych praw rządzących ruchem?

Nawet w profesjonalnych laboratoriach przyrządy pomiarowe nie są wystarczająco dokładne.
Ponieważ w praktyce ruch każdego ciała jest zakłócany przez siły tarcia i oporu, na które eksperymentator ma ograniczony wpływ, trudno zapewnić warunki, w których kontroluje on wszystkie siły działające na ciało.
Obracająca się Ziemia nie jest inercjalnym układem odniesienia, w związku z czym na wszystkie poruszające się przedmioty działa siła Coriolisa.
Przeprowadzanie doświadczeń z fizyki wymaga specjalnych pozwoleń.

RHuQVBBdt62Xm1

Ćwiczenie 2

Wstaw odpowiedni element, aby otrzymać poprawne stwierdzenie.

Ława optyczna, Wahadło Foucalt'a, Tor powietrzny, Kołyska Newtona

.................................... jest urządzeniem umożliwiającym wyeliminowanie wpływu tarcia przy badaniu zderzeń w pracowni fizycznej.

R1dArqEmtNlBx1

Ćwiczenie 3

Wybierz poprawne dokończenie zdania.

Krążek na stole do Air Hockey'a możemy traktować jak ciało, na które działają siły równoważące się, ponieważ:

tarcie jest zaniedbywalnie małe, a siła ciężkości jest równoważona przez nadmuch stołu.
masa krążka jest niewielka w porównaniu z masą stołu.
tarcie jest równoważone przez opór wydmuchiwanego powietrza a siła ciężkości nie ma znaczenia.
krążek znajduje się w stanie swobodnego spadku.

R1YvuLAj9zObm1

Ćwiczenie 4

Uzupełnij tekst wstawiając odpowiednie elementy.

skalarną, jest większa, wektorową, jest równa

Pęd jest wielkością ........................... Z zasady zachowania pędu wynika, że przy zderzeniu dwóch ciał suma pędów ciał przed zderzeniem .......................... sumie ich pędów po zderzeniu.

RdF8HUqHF8xSa1

Ćwiczenie 5

Jedna kula bilardowa uderza w drugą, spoczywającą, z prędkością 2 $\frac{m}{s}$ . Obie kule mają jednakowe masy. Przyjmij, że zderzenie jest sprężyste i wybierz poprawną odpowiedź.

Pierwsza kula odbije się i potoczy wstecz, druga kula pozostanie bez ruchu.
Pierwsza kula zatrzyma się, druga potoczy się z prędkością 1 $\frac{m}{s}$ .
Pierwsza kula zwolni do prędkości 1 $\frac{m}{s}$ , druga potoczy się naprzód.
Pierwsza kula zatrzyma się, druga potoczy się z prędkością 2 $\frac{m}{s}$ .

Ćwiczenie 6

Uczniowie mają wykonać w pracowni fizycznej doświadczenie, w którym zweryfikują zasadę zachowania pędu w zderzeniu niesprężystym ciał o stosunku mas 1 : 2 (zob. doświadczenie 3 w tekście). Do dyspozycji mają tor powietrzny z dwoma wózkami, które można obciążać odważnikami. Do wózków można również przyczepić rzepy tak, że po zetknięciu wózki łączą się mocno ze sobą. Tor wyposażony jest w dwa detektory z fotokomórką połączone z czasomierzami. Układ detektor‑czasomierz mierzy czas, w którym wózek przesuwa się obok detektora (patrz rysunek).

RKg9SSUw5Y21t

Rysunek a. Wózek przedstawiony w postaci zielonego prostokąta porusza się po poziomym torze powietrznym w prawo, na co wskazuje czarna pozioma strzałka. Nad wózkiem znajduje się czarny detektor. Na rysunku czoło wózka znajduje się zaraz pod detektorem. Rysunek b. Wózek przedstawiony w postaci zielonego prostokąta porusza się po poziomym torze powietrznym w prawo, na co wskazuje czarna pozioma strzałka. Nad wózkiem znajduje się czarny detektor. Na rysunku środek wózka znajduje się zaraz pod detektorem. Rysunek c. Wózek przedstawiony w postaci zielonego prostokąta porusza się po poziomym torze powietrznym w prawo, na co wskazuje czarna pozioma strzałka. Nad wózkiem znajduje się czarny detektor. Na rysunku koniec wózka znajduje się zaraz pod detektorem. — Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

a) Czoło wózka znajduje się w miejscu umieszczenia detektora - czasomierz rozpoczyna pomiar czasu.

b) Wózek mija detektor - czasomierz odmierza czas.

c) Koniec wózka znajduje się w miejscu umieszczenia detektora - czasomierz zatrzymuje się i można odczytać czas, w którym wózek mijał detektor.

R1KlIfkOVq8is

Ułóż w odpowiedniej kolejności kroki, które powinni wykonać uczniowie, by prawidłowo przeprowadzić eksperyment.

Wprawić w ruch pierwszy wózek, dbając o to, by drugi pozostawał nieruchomy.
Zaobserwować, czy zderzenie i złączenie wózków przebiegło tak, jak zaplanowano.
Zmierzyć masy obu wózków za pomocą wagi.
Ustawić wózki w odpowiednich miejscach na torze powietrznym: pierwszy blisko jednego z końców, drugi mniej więcej pośrodku. Ustawić w odpowiednich miejscach toru detektory i wyzerować czasomierze.
Wykonać odpowiednie obliczenia, pamiętając, że połączone wózki miały dwa razy większą długość i należy wziąć to pod uwagę przy porównywaniu czasów.
Obciążyć wózki odważnikami, by uzyskać założony stosunek mas, przymocować do wózków rzepy (zakładamy, że masa rzepów jest zaniedbywalna).
Zatrzymać wózki na torze, by po ewentualnym odbiciu od końca toru ich dalszy ruch nie zaburzył wskazań czasomierzy.
Włączyć nadmuch toru.
Odczytać wskazania czasomierzy i wyłączyć nadmuch toru.

Aby sprawdzić zasadę zachowania pędu w opisanym zderzeniu, nie jest konieczne obliczanie na podstawie zmierzonych czasów prędkości wózków. Zakładamy, że oba wózki mają tę samą długość $L$ , a zmierzone czasy to odpowiednio $t_{1}$ i $t_{12}$ . Prędkość pierwszego wózka przed zderzeniem jest równa $\frac{L}{t_{1}}$ , zaś prędkość połączonych wózków po zderzeniu to $\frac{2 L}{t_{12}}$ . Można zatem zapisać zasadę zachowania pędu jako:

$m_{1} \frac{L}{t_{1}} = (m_{1} + m_{2}) \frac{2 L}{t_{12}}$

a następnie dokonać kilku przekształceń, by otrzymać:

$\frac{t_{1}}{t_{12}} = \frac{m_{1}}{2 (m_{1} + m_{2})}$

Dzięki takiemu podejściu eliminujemy konieczność dokonywania pomiaru długości wózków i obliczania ich prędkości.

Ćwiczenie 7

R14i5BGVJhks2

\frac{cm}{s}

. Przyjmując, że masy wózków były wyznaczone dokładnie, ale pomiary prędkości wykonano z dokładnością do 5

\frac{cm}{s}

, oceń, czy wyniki uczniów są zgodne z zasadą zachowania pędu. Wyniki uczniów są zgodne z zasadą zachowania pędu TAK/NIE

W pewnej pracowni fizycznej wózki na torze powietrznym mają masę 500 g i można je dodatkowo obciążać odważnikami. Uczniowie przeprowadzili eksperyment, w którym nieobciążony wózek uderza w spoczywający wózek obciążony dodatkową masą 300 g. Odpowiedni zderzak z plasteliny sprawił, że podczas zderzenia wózki skleiły się ze sobą. Uczniowie zmierzyli prędkość wózka przed zderzeniem oraz prędkość połączonych wózków po zderzeniu i otrzymali wyniki odpowiednio 78 $\frac{cm}{s}$ oraz 35 $\frac{cm}{s}$ . Przyjmując, że masy wózków były wyznaczone dokładnie, ale pomiary prędkości wykonano z dokładnością do 5 $\frac{cm}{s}$ , oceń, czy wyniki uczniów są zgodne z zasadą zachowania pędu.

Wyniki uczniów są zgodne z zasadą zachowania pędu {#TAK}/{NIE}

Zasada zachowania pędu mówi, że całkowity pęd przed zderzeniem $p_{p}$ jest równy całkowitemu pędowi $p_{k}$ po zderzeniu:

p_{p} = p_{k}

W badanym przypadku $p_{p} = m_{1} v_{1}$ oraz $p_{k} = (m_{1} + m_{2}) v_{12}$ (symbol „12” odnosi się do połączonych wózków po zderzeniu).

Po podstawieniu danych liczbowych obie te wielkości powinny być równe (ale pamiętaj o niepewności pomiaru!).

Po podstawieniu danych pęd przed zderzeniem równy jest:

$p_{p} = 500 g \cdot 78 \frac{c m}{s} = 39000 g \cdot \frac{c m}{s}$

zaś pęd po zderzeniu:

$p_{k} = (500 g + 800 g) \cdot 35 \frac{c m}{s} = 1300 g \cdot 35 \frac{c m}{s} = 45500 g \cdot \frac{c m}{s}$

Niepewności $Δp$ wyznaczenia pędu biorą się z niedokładnego pomiaru prędkości:

$Δ p_{p} = m_{1} Δ v_{1} = 500 g \cdot 5 \frac{c m}{s} = 2500 g \cdot \frac{c m}{s}$

$Δ p_{k} = (m_{1} + m_{2}) \cdot Δ v_{12} = 1300 g \cdot 5 \frac{c m}{s} = 6500 g \cdot \frac{c m}{s}$

Uwzględniając niepewności powinniśmy zapisać pędy przed i po zderzeniu następująco:

$p_{p} = (39000 \pm 2500) g \cdot \frac{c m}{s}$

$p_{k} = (45500 \pm 6500) g \cdot \frac{c m}{s}$

Można więc stwierdzić, że wyniki otrzymane przez uczniów są zgodne z zasadą zachowania pędu.

Uwaga! Zauważ, że gdyby prędkości były równe odpowiednio 78 $\frac{cm}{s}$ oraz 30 $\frac{cm}{s}$ , to równość $m_{1} v_{1} = (m_{1} + m_{2}) v_{12}$ byłaby spełniona dokładnie, a takie prędkości jak najbardziej mieszczą się w podanych granicach niepewności pomiaru.

Ćwiczenie 8

Uczniowie w pracowni fizycznej postanowili wykonać doświadczenie ilustrujące zderzenie sprężyste ciał o stosunku mas 1 : 2, w którym lżejsze ciało uderza w spoczywające cięższe ciało. Za pomocą odpowiednich wzorów obliczyli spodziewane prędkości ciał po zderzeniu. Następnie na torze powietrznym ustawili dwa wózki. Oba z nich obciążyli odważnikami. Pierwszy - jednym, o masie 100 g, drugi - dwoma o masie 100 g każdy. Do wózków uczniowie przymocowali sprężyste zderzaki. Pierwszy wózek wprawili w ruch, podczas gdy drugi wózek spoczywał mniej więcej w połowie długości toru. Wózki zderzyły się sprężyście. Za pomocą układu detektorów i czasomierzy uczniom udało się dokonać pomiarów prędkości wózków po zderzeniu, jednak wyniki ich zaskoczyły. Spodziewali się, że pierwszy wózek odbije się z prędkością ok. $\frac{1}{3}$ prędkości początkowej, a drugi pojedzie naprzód z prędkością ok. $\frac{2}{3}$ prędkości początkowej pierwszego wózka. Tymczasem pierwszy wózek niemal się zatrzymał, podczas gdy drugi pojechał naprzód z prędkością zbliżoną do początkowej prędkości pierwszego. Czy potrafisz wskazać błąd, który popełnili uczniowie?

Symulacja interaktywna

Dla nauczyciela