Dane Informacyjne Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 2 w Gostyniu ID grupy: 98/55_MF_G1 Kompetencja: Matematyczno- fizyczna Temat projektowy: „ Eppur si muove!” A jednak się porusza! Semestr/rok szkolny: II / 2010/11

Plan prezentacji Opis i parametry ruchu. Rodzaje ruchu. Spór pomiędzy Arystotelesem a Galileuszem. Przyspieszenie. Doświadczenia związane z ruchem. Pomiary wspomagane komputerowo. Wyniki i wnioski. Ciekawostki . Autorzy. Źródła.

Motto „Istota filozofii przyrody polega na tym, by na podstawie zjawiska ruchu zbadać siły przyrody, a na podstawie tych sił wyjaśnić inne zjawiska.” Izaak Newton

Ruch Ruch - zmiana położenia ciała względem przyjętego układu odniesienia. Względność ruchu - określenie czy dane ciało jest w ruchu, czy w spoczynku, w zależności od wyboru układu odniesienia.

Opis i parametry ruchu Tor ruchu – linia, którą zakreśla ciało wykonując ruch. Droga – długość toru między dwoma jego punktami. Jeżeli coś zmienia położenie to najlepiej określić jego przesunięcie w metrach (m). Jest to podstawowa jednostka drogi w układzie SI. We wzorach, do określania drogi używa się s (mała litera s). Opisując ruch możemy także powiedzieć o czasie, który nastąpił podczas zmiany położenia ciała względem punktu odniesienia. Podstawową jednostką czasu według SI jest sekunda (s). We wzorach czas oznaczamy za pomocą t (mała litera t).

Opis i parametry ruchu Prędkość - przebytą przez ciało drogę w stosunku do czasu jaki upłynął nazywamy prędkością (jeśli mamy na myśli wielkość wektorową) lub szybkością (gdy mamy na myśli wielkość skalarną – najczęściej używana). We wzorach szybkość oznaczana jest jako v (mała litera v), w przypadku wielkości wektorowej , podstawową jednostką jest (metr na sekundę). Aby przeliczyć szybkość z metrów na sekundę wystarczy wartość szybkości (liczbę) pomnożyć przez 3,6 i otrzymany wynik zapisać w kilometrach na godzinę. Szybkość z kilometrów na godzinę zamieniamy na szybkość wyrażoną w metrach na sekundę dzieląc wartość szybkości przez 3,6 i zapisując wynik w metrach na sekundę. Można zapamiętać też, że 10 m/s = 36 km/h 20 m/s = 72 km/h 30 m/s = 108 km/h

Rodzaje ruchów w przyrodzie Ze względu na kształt toru (ślad jaki zostawia po sobie poruszający się obiekt) ruch może być: prostoliniowy (wzdłuż prostej) krzywoliniowy (np. ruch po okręgu) Ze względu na prędkość: jednostajny (prędkość nie zmienia się) jednostajnie zmienny: przyspieszony lub opóźniony (prędkość zmienia się o stałą wartość) niejednostajnie zmienny (prędkość zmienia się o różne wartości)

Opis ruchu: ruchem jednostajnym prostoliniowym porusza się ciało, które porusza się ze stała prędkością po linii prostej. wzory: -ruch jednostajnie przyśpieszony – prędkość zmienia się (rośnie) o stałą wartość w równych odcinkach czasu ruch jednostajnie opóźniony - prędkość zmienia się (spada) o stałą wartość w równych odcinkach czasu

Ruch jednostajnie prostoliniowy Wykresy Przykłady: powrót

Ruch jednostajnie przyśpieszony wykresy Przykład - spadająca kula powrót

Ruch jednostajnie opóźniony wykresy przykład powrót

Spór pomiędzy Arystotelesem a Galileuszem Badaniem swobodnie spadających ciał już w starożytności zajmował się Arystoteles . Arystoteles twierdził, że ciało spada na ziemię tym szybciej, im jest cięższe. Aż do późnych lat XVI wieku było to bardzo popularne mniemanie. Dopiero Galileusz przeciwstawił się temu twierdzeniu, stawiając na szali cały swój autorytet i stanowisko dziekana katedry matematyki na Uniwersytecie w Pizie. Galileusz postanowił to jednak sprawdzić; przeprowadził szereg doświadczeń i szybko stwierdził, że Arystoteles się mylił.

Spór pomiędzy Arystotelesem a Galileuszem cd. W rzeczywistości ciała ciężkie i lekkie spadałyby z taką samą szybkością, gdyby nie fakt, iż opór powietrza hamuje ich spadek Galileusz stwierdził , że: droga spadającego ciała jest wprost proporcjonalna do kwadratu czasu Przyspieszenie spadających ciał nie zależy od ich masy (jeśli pominie się opory powietrza) Wszystkie ciała w próżni , w pobliżu ziemi spadają z jednakowym przyspieszeniem g, zwanym przyspieszeniem ziemskim.

Galileusz (1564-1642) – wielki uczony odkrywca Krzywa Wieża w Pizie, z której Galileusz zrzucając ciała o różnej masie udowodnił, że spadają one w jednakowym czasie.

Doświadczenie „Galileusz’’ Układ pomiarowy: 5 ciężarków, mocny sznurek, okno pracowni fizycznej na wysokości 4 m. Ciężarki mocujemy w różnych miejscach sznurka: pierwszy na samym końcu, a następny w odległościach odpowiadających drogom przebytym w kolejnych sekundach w ruchu jednostajnie przyspieszonym. Jeśli więc drugi będzie w odległości 10 cm, to trzeci w odległości odległej o 40cm licząc od pierwszego itd.

Wyniki i wnioski z doświadczenia Wszystkie ciężarki zaczynają spadać w tym samym czasie, więc 2,3,4 ciężarek spada 2,3,4 razy dłużej. Drugi spadając 2 razy dłużej pokonuje drogę 4 razy dłuższą. Trzeci spadając 3 razy dłużej pokonuje drogę 9 razy dłuższą… Jest to ruch jednostajnie przyspieszony. Ciężarki spadają z jednakowym przyspieszeniem.

Przyspieszenie Przyspieszenie – wektorowa wielkość fizyczna wyrażająca zmianę prędkości w czasie. Oznacza się je małą literą „a”.

Doświadczenia

Pomiar przyspieszenia ziemskiego ze spadku piłki z okna pracowni przy użyciu stopera Opis: Kulkę 4 razy puściliśmy swobodnie z wysokości 5,72 m i mierzyliśmy czas spadania stoperem, następnie ze wzoru na drogę w ruchu jednostajnie przysp. wyznaczamy wartość przyspieszenia: wysokość (m) czas spadania małej piłki (s) przyspieszenie w m/s2 średnia przyspieszenia [m/s2] 5,72 1,07 9,992139051 8,266151609 1,10 9,454545455 1,2 7,944444444   1,42 5,673477485 wartość przyspieszenia w tym doświadczeniu obarczona jest dużym błędem ze względu na pomiar czasu (m.in. brak synchronizacji – jedna osoba rzucała kulki, a druga mierzyła czas).

Doświadczenia - sztafeta powrót

Sztafeta – wyznaczanie prędkości średniej Pomiar: Trzech uczniów biegnie w sztafecie pokonując ten sam dystans z różną prędkością. Wyznaczamy prędkość średnią sztafety. Lp. imię Droga (m) Czas (s) Prędkość (m/s) 1. Arek 80 25,45 3,14 2. Damian 22,78 3,51 3. Patryk 28,78 2,78 sztafeta 240 77,01 V śr =

Doświadczenie Obliczamy przyspieszenie ziemskie. Piłka o masie 66,1g spadała 0,86s ze średnią prędkością 8m/s z wysokości 7m. a= V/ t a= 8m/s / 0,86s= 9,3m/s2

Badanie ruchu jednostajnego, prostoliniowego Układ pomiarowy: Rurka z cieczą i pęcherzykiem powietrza, plamka świetlna przesuwająca się na ekranie oscylografu,stoper,.

Badanie ruchu jednostajnego, prostoliniowego – wyniki pomiaru Czas t [s] Droga przebyta od początku ruchu x=s [cm] Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 Wartość średnia 1 5cm 4cm 3,5cm 4,17cm 2 9cm 7,5cm 8cm 3 13cm 11,5cm 11cm 11,8cm 4 17cm 15,5cm 16cm 5 21cm 20cm 20,3cm

Badanie ruchu jednostajnego, prostoliniowego – wyniki pomiaru Czas t [s] Droga przebyta w kolejnych jednostkach czasu ∆x [cm] Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 Wartość średnia 1 5cm 4cm 3,5cm 4,17cm 2 3,83cm 3 4 4,5cm 5 4,3cm

Badanie ruchu jednostajnego, prostoliniowego Wnioski Ruch pęcherzyka powietrza jest ruchem jednostajnym prostoliniowym. Wynika to z faktu, że w jednakowych odstępach czasu pokonywane są jednakowe odcinki drogi.

Badanie ruchu jednostajnie przyspieszonego – ruch kulki w rynience zadanie – zeszyt ćwiczeń Wnioski: kulka w jednakowych odstępach czasu pokonuje różne drogi szybkość kulki w każdej sekundzie wzrasta o stałą wartość.

Pomiar parametrów ruchu ciała na równi pochyłej Droga s [m] Czas t [s] tśr [s] t2 [s2] 1 2 3 0,1 1,5 0,9 1,13 1,28 0,2 1,6 1,7 1,60 2,56 0,3 2,5 2,6 2,36 5,57 0,4 3,1 3,5 3,07 9,42 S ~ t2 S = at2

Doświadczenie z torem powietrznym

Doświadczenie wspomagane komputerowo Układ pomiarowy: Zestaw komputerowy Interfejs pomiarowy Coachlab II Program Coach5 Ultradźwiękowy czujnik ruchu

RUCH UCZNIA – Wykresy i pomiar 1

RUCH UCZNIA – Wykresy I POMIAR 2

RUCH UCZNIA – WYKRESY I POMIAR 3

Pomiary przyspieszenia ziemskiego. Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego przy pomocy komputerowej techniki pomiaru czasu spadania kulki z małej wysokości. a) opis doświadczenia: układ: spadkownica z kulką, połączona z komputerem, w którym odpowiedni program dokonywał pomiarów i obliczeń, b) wyniki: Przyspieszenie ziemskie „średnie” wynosi: g = 9,8044684m/s2

wyniki Wysok. h[m] czas średni tśr[s ] czast1[s] czast2[s] Przysp. ziem g[m/s2] 0,450 0,301739 0,301622 0,301856 9,885061 0,430 0,295545 0,295532 0,295558 9,845805 0,410 0,287894 0,287879 0,287908 9,893470 0,390 0,280816 0,280722 0,280909 9,891244 0,370 0,274485 0,275171 0,273799 9,821877 0,350 0,273945 0,273968 0,273922 9,327364 0,330 0,259256 0,258733 0,259779 9,819431 0,310 0,256901 0,250946 0,250856 9,848881 0,290 0,242732 0,242584 0,242881 9,844053 0,270 0,233994 0,234058 0,233809 9,867498 Wniosek- wartość wyznaczonego przyspieszenia jest tu obarczona mniejszym błędem.

RÓWNIA Pochyła – dośw. Krzysia S= 1,85m t = podane w tabelce Wzór: a=2s/t2

POMIARY CZASU RÓWNIA POCHYŁA 9,53 8,25 7,66 9,01 7,91 8,31 6,89 7,18 9,02 9,58

RÓWNANIA- bez strumienia powietrza a = 2*1,85/9,532 a= 0,04m/s2 a = 2*1,85/8,252 a=0,05m/s2 a= 2*1,85/7,662 a=0,06m/s2 a= 2* 1,85/9,012 a=0,04m/s2 a= 2*1,85/7,912 a=0,06m/s2 a= 2* 1,85/8,312 a=0,05m/s2 a= 2*1,85/6,892 a=0,07m/s2 a= 2*1,85/7,182 a=0,07m/s2 a= 2*1,85/9,022 a=0,04m/s2 a= 2*1,85/9,582 a=0,04m/s2

ciekawostki Przykład tarczy papierowej z tachografu Tachograf– urządzenie pomiarowe, łączące w sobie funkcje prędkościomierza i zegara. Tachograf rejestruje w funkcji czasu: przejechaną przez pojazd drogę, jego chwilową prędkość, jak również tzw. aktywność kierowcy, czyli okresy jego pracy, dyżuru przy pojeździe czy odpoczynku Ze względu na bezpieczeństwo na drogach, wiele państw wprowadziło ograniczenia czasu pracy kierowców pewnych pojazdów, takich jak np. autobusy (wszystkie pojazdy zdolne do przewozu od 9 pasażerów wzwyż), czy ciężarówki (cięższe od 3,5 t DMC; samochody dostawcze) Przykład tarczy papierowej z tachografu

Prędkości w przyrodzie i technice pies 19,4 m/s zając 64,8 km/h kłus konia 2 m/s cwał konia 7 m/s najszybszy koń 20 m/s strzała z łuku 50 m/s najszybszy dwupłatowiec 144 m/s piechur 1,3 m/s najszybsze ryby 129,6 km/h gepard 104,4 km/h jaskółka 108 km/h biegnący słoń 43,2 km/h sprinterka na 100 m (Marion Jones) 9,302 m/s

Autorzy Hubert Ceranka Hubert Klupś Patryk Kaczmarek Damian Nowański Jakub Smektała Katarzyna Ratajczak Mikołaj Nowaczyk Arkadiusz Tarnowski Krzysztof Pospiech Mariusz Walczewski

Źródła Literatura [1] Pomiary fizyczne za pomocą komputera, H. Szydłowski, Wyd. UAM, Poznań, 1999. [2] J. Turło, A. Karbowski, Z. Turło, Fizyka z komputerem, Top Kurier, Toruń, 1996. [3] Doświadczenia fizyczne wspomagane komputerowo, Pracownia Dydaktyki Fizyki IF UMK, red. J. Turło, 1995. [4] P.G. Hewitt „Fizyka wokół nas” [5] H. Backe „Z fizyką za pan brat” [6] S. Pople, P. Whitehead „Vademecum ucznia. Fizyka” [7] Mikrokomputer w doświadczeniach fizycznych” skrypt pod red. H. Szydłowskiego UAM Poznań .

Bezpłatne zasoby internetowe (Linki do stron internetowych) http://pl.wikipedia.org/wiki/Ruch_(fizyka) http://fizyka.org/?teoria,3,2 http://www.fizyka24.eu/ruch-i-opis-ruchu/ http://pl.wikibooks.org/wiki/Fizyka_dla_liceum/Ruch http://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/