Εικονικό πείραμα: Ομαλή κυκλική κίνηση

---

Το εικονικό πείραμα αποτελείται από:

• Ένα σώμα που είναι δεμένο σε νήμα του οποίου το άλλο άκρο συγκρατείται από ένα χέρι. Το σώμα περιστρέφεται εξαιτίας του χεριού σε οριζόντιο κύκλο.
• Ένα χρονόμετρο.
• Έναν χάρακα 60cm.
• Τα πλήκτρα "έναρξη", "παύση", και "επαναφορά" για την εκτέλεση του πειράματος.
• Τα πλήκτρα "αυξομείωσης ταχύτητας" που μεταβάλλουν το μέτρο της ταχύτητας υ και από τα πλήκτρα "αυξομείωσης ακτίνας" που μεταβάλλουν την ακτίνα περιστροφής R. Ταυτόχρονα εμφανίζονται και οι αντίστοιχοι δρομείς, οι οποίοι επίσης μεταβάλλουν την ταχύτητα και την ακτίνα περιστροφής.
• Το πλήκτρο "τυχαία" για την επιλογή τυχαίας ταχύτητας υ και ακτίνας R.
• Το πλήκτρο "επίπεδο" για την εμφάνιση του οριζόντιου επιπέδου της κυκλικής τροχιάς.

Με το εικονικό πείραμα μπορείς:

• Mε το πλήκτρο "τυχαία", να επιλέξεις τυχαίες τιμές για την ταχύτητα υ και για την ακτίνας R.
  Με το πλήκτρο "δρομείς", εμφανίζονται "πλήκτρα αυξομείωσης" και "δρομείς υ και R" με τα οποία μπορείς να αυξομειώσεις τις τιμές αυτών των μεγεθών χωρίς να εμφανίζονται οι τιμές τους.
• Να μετρήσεις την ακτίνα R με τον χάρακα.
• Να μετρήσεις την περίοδο περιφοράς T με το χρονόμετρο.
• Να υπολογίσεις την συχνότητα περιφοράς f και την ταχύτητα υ.

Οδηγίες εκτέλεσης του εικονικού πειράματος

• Επίλεξε το πλήκτρο "τυχαία". Τότε το πρόγραμμα θα δώσει μία τυχαία ταχύτητα στο σώμα και μία τυχαία ακτίνα.
• Με τον χάρακα μέτρησε την ακτίνα R της κυκλικής τροχιάς που είναι η απόσταση από το κέντρο της τροχιάς (διακεκομμένη) έως το κέντρο του σώματος που περιστρέφεται.
• Επίλεξε το πλήκτρο "έναρξη". Το σώμα αρχίζει να περιστρέφεται και με το χρονόμετρο μέτρησε το χρόνο που διαρκούν οι 10 περιστροφές.
• Υπολόγισε την περίοδο T, που είναι ο χρόνος που διαρκεί μία περιστροφή.
• Υπολόγισε την συχνότητα f της κυκλικής κίνησης.
• Με τις τιμές που έχεις μετρήσει και υπολογίσει, υπολόγισε τη (γραμμική) ταχύτητα περιστροφής του σώματος.
• Επανάλαβε τη προηγούμενη διαδικασία, αλλά πριν ξεκινήσεις τις μετρήσεις, επίλεξε το πλήκτρο "δρομείς". Τότε μπορείς να μεταβάλλεις τα μεγέθη υ και R από τους αντίστοιχους δρομείς ή από τα αντίστοιχα πλήκτρα αυξομέιωσης. Βέβαια, δεν εμφανίζονται οι τιμές αυτών των μεγεθών.
  Ακολούθησε την ίδια σειρά και μέτρησε την ακτίνα περιστροφής R, την περίοδο T, τη συχνότητα f και την γραμμική ταχύτητα υ.

Το εικονικό πείραμα λειτουργεί και με το πληκτρολόγιο ως εξής:

• Όταν ανοίγει η προσομοίωση, γίνεται πλοήγηση με το πλήκτρο "TAB" στην "καρτέλα συντελεστών" και στην "οθόνη βοήθειας". Τα πλήκτρα ενεργοποιούνται με το "Enter", και η πλοήγηση στις καρτέλες γίνεται ξανά με το "TAB".
• Έπειτα η πλοήγηση συνεχίζεται μόνο στην προσομοίωση ως εξής:
• Με το πλήκτρο "TAB" επιλέγεις τα πλήκτρα της προσομοίωσης ("επαναφορά", "έναρξη", "παύση", "λίγο μπροστά", "λίγο πίσω", "τυχαία", "δρομείς", "αύξηση ταχύτητας υ", "μείωση ταχύτητας υ", "αύξηση ακτίνας R", "μείωση ακτίνας R", "επίπεδο"), τον "χάρακα", και τα πλήκτρα του template ("ανανέωση", "προβολή πλήρους οθόνης").
• Τα πλήκτρα της προσομοίωσης, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
• Τον χάρακα, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", τον μετακινείς με τα βέλη του πληκτρολογίου. Αν ταυτόχρονα με τα βέλη έχεις "πατημένο" το πλήκτρο "Shift", η μετακίνηση γίνεται με μικρότερο βήμα.
• Τα πλήκτρα του template, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
• Η σειρά ενεργοποίησης των πλήκτρων/αντικειμένων στην προσομοίωση είναι η εξής:
  "προβολή πλήρους οθόνης" → "χάρακας" → "τυχαία" → "έναρξη" → "παύση" → "λίγο μπροστά" → "λίγο πίσω" → "δρομείς" → "αύξηση ταχύτητας υ" → "μείωση ταχύτητας υ" → "αύξηση ακτίνας R" → "μείωση ακτίνας R" → "επίπεδο" → "επαναφορά" → "ανανέωση template", και επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ – ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ: ΟΜΑΛΗ ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ

Ομάδα 2-3 μαθητών:
Υπεύθυνος καθηγητής:
Ημερομηνία:

Εισαγωγή

Το περιβάλλον του εικονικού πειράματος παρουσιάζεται στην εικόνα 1 και αποτελείται από:

• Ένα σώμα που είναι δεμένο σε νήμα του οποίου το άλλο άκρο συγκρατείται από ένα χέρι. Το σώμα περιστρέφεται εξαιτίας του χεριού σε οριζόντιο κύκλο.
• Ένα χρονόμετρο.
• Έναν χάρακα 60cm.

Επίσης, υπάρχουν τα πλήκτρα:

• Για επιλογή της ταχύτητας υ και της ακτίνας R τυχαία ή με πλήκτρα αυξομείωσης και δρομείς, χωρίς να φαίνονται οι τιμές.
• Για την έναρξη και την εξέλιξη του πειράματος.
• Για την εμφάνιση του οριζόντιου επιπέδου της κίνησης.

Σκοπός του εικονικού πειράματος

• Να μετρήσεις την περίοδο μίας ομαλής κυκλικής κίνησης.
• Να υπολογίσεις την συχνότητα και το μέτρο της ταχύτητας αυτής της κίνησης.

Εικονικό Πείραμα

Α. Μέτρηση της περιόδου T και της συχνότητας f

Μπορείς να εκτελέσεις τις παρακάτω ενέργειες:

• Να αφήσεις τις προεπιλεγμένες τιμές στην ακτίνα R και στην ταχύτητα υ ή να μεταβάλλεις τις τιμές τους επιλέγοντας το πλήκτρο "με δρομείς" (δεν εμφανίζονται οι τιμές των R και υ).
• Με τον χάρακα να μετρήσεις την ακτίνα R της κυκλικής κίνησης.
• Να ξεκινήσεις το εικονικό πείραμα και με το χρονόμετρο να μετρήσεις τον χρόνο που διαρκούν οι 10 περιστροφές.
• Να υπολογίσεις πόσο διαρκεί η 1 περιστροφή. Αυτός ο χρόνος είναι η περίοδος T της κίνησης.
• Να υπολογίσεις τη συχνότητα της κίνησης f.
• Να συμπληρώσεις τον Πίνακα 1.

Β. Μέτρηση του μέτρου της ταχύτητας υ

• Για το πείραμα που εκτέλεσες, υπολόγισε τη ταχύτητα:
  

  υ = …………………………………………………………………………………

Γ. Μέτρηση της περιόδου T, της συχνότητας f, και της ταχύτητας υ

• Να επαναλάβεις το προηγούμενο πείραμα αλλά να επιλέξεις το πλήκτρο «τυχαία», και το πρόγραμμα θα καθορίσει την ακτίνα R και την ταχύτητα υ του σώματος.
• Να μετρήσεις το χρόνο που διαρκούν οι 10 περιστροφές.
• Να υπολογίσεις την περίοδο T και την συχνότητα f της κίνησης.
• Να συμπληρώσεις τον Πίνακα 2.



• Υπολόγισε την ταχύτητα υ: ……………………………………………………………

Δ. Άσκηση

Έστω ότι ένας άνθρωπος κινείται με την ταχύτητα που υπολόγισες (στο 1ο ή στο 2ο πείραμα), κατά μήκος μίας κυκλικής διαδρομής ακτίνας R=10m, σε μία πλατεία.

Σε πόσο χρόνο θα διανύσει την κυκλική διαδρομή;