قانون دوم نیوتون - رابطه بین جرم شتاب در واگن های متحرک
چكیده
به کمک این آزمایش ساده، لذت کشف قانون دوم را به بچه ها هدیه کنید.
اهداف
دانش آموزان می توانند رابطه بین جرم، نیرو و شتاب را برای واگن متحرکی که خودشان می سازند، به دست آورند. آنها ابتدا سیستم واگن را به طور کیفی ارزیابی می کنند، سپس داده های آزمایش را جمع می کنند، بعد داده ها را در یک نمودار نشان می دهند و به وسیله این نمودار، رابطه ای به دست می آورند.
وسایل لازم
- ترازوی فنری خانگی
- دو اتومبیل اسباب بازی با وزن های متفاوت ( یک وانت و یک اتوموبیل معمولی)
- واگن های اسباب بازی
- نخی به طول 1.8 متر
- جرم های 100 گرمی
- جرمهای یک کیلوگرمی
- ماشین حساب
- میز
- نخ
- قرقره
- کرونومتر
- کاغذ میلی متری
روش تدریس
ابتدا رابطه بین نیرو، جرم و شتاب را با دانش آموزان مرور کنید. برای این کار با این سوال شروع کنید:
سوال : اگر من یک ماشین را با نیروی ثابت بکشم و سپس یک وانت را با همان نیرو بکشم، کدام یک پر شتاب تر خواهد بود؟ اجازه دهید امتحان کنیم.
به دو دانش آموز بگویید تا با استفاده از یک ترازوی فنری خانگی، یک ماشین کوچک را هل بدهند. سپس به آنها بگویید که یک وانت اسباب بازی را طوری بکشند که درجه نیروسنج تغییر نکند. دانش آموزان به طور کیفی می فهمند که نسبت شتابها چگونه است. معلم باید بدون آنکه دانش آموزان بفهمند به وسیله فرمول، شتاب را در هر دو مورد حساب کند.از دانش آموزان بخواهید که فرمول خودشان را درباره رابطه بین جرم و شتاب برای اشیاء مختلف به دست آورند. حالا از دانش آموزان بخواهید تا آزمایش زیر را انجام دهند:
با روش زیر واگنهای متحرک خود را سر هم کنید و مطمئن شوید که واگن با قرقره برخورد نمی کند. نخ را به واگن متصل کنید، از قرقره بگذرانید و یک جرم 100 گرمی به قرقره آویزان کنید. یک تکه چوب روی میز و در مقابل قرقره بگذارید تا از برخورد واگن با قرقره جلوگیری کند. واگن را آنقدر روی میز بکشید تا وزنه آویزان دقیقا زیر قرقره قرار گیرد. مکان واگن را با ماژیک علامت گذاری کنید. اجازه دهید واگن یک متر در خط مستقیم به سمت قرقره جلو برود. مکان جدید واگن را دوباره علامت گذاری کنید. مطمئن شوید زمانی که واگن در مکان یک متری است وزنه آویزان زمین را لمس نکند.
واگن شما باید بتواند قبل از آنکه وزنه آویزان به زمین برسد، یک متر کامل را طی کند. بگذارید واگن حرکت کند.
به وسیله کرونومترتان، زمانی را که طول می کشد تا واگن خالی دقیقا یک متر جلو برود، اندازه گیری کنید. این اندازه گیری را سه بار تکرار کنید.
روی زمان هایی را که اندازه گیری کردید، متوسط گیری کنید و به وسیله فرمول شتاب = یک تقسیم بر( زمان به توان 2) شتاب متوسط را اندازه گیری کنید.
جدول داده های زیر را کامل کنید برای کشیدن اطلاعاتتان روی یک صفحه آماده شوید. درباره مقدار شتاب واگنها متوجه چه چیزی شده اید؟
وزنه آویزان
واگن + جرم
زمان 1
زمان 2
زمان 3
زمان متوسط
شتاب
100 گرم واگن خالی 100 گرم واگن + 1 کیلوگرم 100 گرم واگن + 2 کیلوگرم 100 گرم واگن + 3 کیلوگرم 100 گرم واگن + 4 کیلوگرم
عد از اینکه گروه های مختلف جدولشان را کامل کردند؛ باید یک نمودار از رابطه شتاب به جرم واگن در یک کاغذ میلیمتری 5*5 رسم کنند.
به نمودار گروهها نگاه کنید و دنبال شباهت ها و تفاوت ها بگردید و تغییرات لازم را انجام دهید.
از بچه ها بپرسید: از روی جدول در باره رابطه جرم و شتاب چه می توانید بگویید؟
از بچه ها بپرسید:آ یا نمودار و جدول رابطه مشابهی را بین جرم و شتاب نشان می دهند؟
از بچه ها بپرسید: نمودار و جدول مسائلی را که در مورد رابطه جرم و شتاب در ذهنتان داشتید، تقویت کردند یا تضعیف؟
بحث:حالا به بچه ها بگویید: خوب، قانون دوم نیوتون می گوید که نیروی کل وارد بر یک شئ مساوی است با جرم شئ ضربدر شتاب کل آن شئ یا F=m*a
چون ما نیرو کل وارد بر جسم را که همان جرم اویزان است را ثابت گرفتیم، اگر جرم را زیاد کنیم چه اتفاقی برای شتاب می افتد؟
اگر ما جرم جسم را کم کنیم چه اتفاقی برای شتاب یک جسم می افتد؟
ارزشیابی
شتابی که ماشین معمولی و وانت داشتند را به دانش آموزان بدهید و نیرویی را که نیرو سنج نشان می داد را به یادشان بیاورید. سپس از آنها بخواهید که جرم ماشین و وانت را به دست آورند. بعد از آنکه نتایج جمع آوری شد، می توان خطا در اندازه گیری را محاسبه کرد. سپس باید دانش آموزان بتوانند نیروی اصطکاک را محاسبه کنند تا بتوانند جرم واقعی جسم را به دست آورند.
مترجم:میثم امیری نائینی
