Εικονικό πείραμα: Έργο και Κινητική ενέργεια

Το περιβάλλον του εικονικού πειράματος αποτελείται από:

• Ένα σώμα-τουβλάκι μάζας 0,2 Kg που πάνω του μπορεί να πάρει άλλα δύο τουβλάκια επίσης των 0,2 Kg, και μπορεί να κινείται πάνω σε μία οριζόντια επιφάνεια που δεν εμφανίζει τριβές.
• Ένα δυναμόμετρο που υπάρχει ανάμεσα στο τουβλάκι και το χέρι.
• Έναν μετρητή ταχύτητας που είναι προσαρτημένος πάνω από το τουβλάκι.
• Ένα μέτρο που δείχνει την μετατόπιση.
• Τα πλήκτρα "έναρξη", "παύση" και "επαναφορά", για την εκτέλεση του εικονικού πειράματος.
• Τα πλήκτρα αυξομείωσης μάζας που μεταβάλλουν τη μάζα (δηλαδή τα τουβλάκια) και τα πλήκτρα αυξομείωσης δύναμης που μεταβάλλουν την δύναμη που ασκείται στα τουβλάκια με το δυναμόμετρο.

Με το εικονικό πείραμα μπορείς:

• Να τοποθετήσεις τουβλάκια (1 έως 3) και να ασκήσεις μία δύναμη σε αυτά μέσω του δυναμόμετρου.
• Να παρατηρήσεις την κίνηση και να καταγράψεις την ένδειξη της ταχύτητας από τον μετρητή ταχύτητας και της μετατόπισης.
• Να επαναλάβεις το πείραμα με διαφορετικές τιμές μάζας και δύναμης.
• Να διερευνήσεις τη σχέση του έργου της δύναμης W_F και της κινητικής ενέργειας K που αποκτά η διάταξη, εξαιτίας της δύναμης F.

Οδηγίες εκτέλεσης του εικονικού πειράματος

• Επίλεξε από τα πλήκτρα μεταβολής δύναμης μία δύναμη F.
• Επίλεξε από τα πλήκτρα μεταβολής μάζας μία μάζα m.
• Επίλεξε το πλήκτρο "έναρξη" και παρατήρησε την κίνηση.
• Επανάλαβε την ίδια κίνηση και καθώς εξελίσσεται, επίλεξε το πλήκτρο "παύση". Η κίνηση "παγώνει". Κατάγραψε την τιμή της ταχύτητας υ και της μετατόπισης Δx.
• Υπολόγισε για τη χρονική στιγμή της παύσης την κινητική ενέργεια K που απόκτησε το σώμα και το έργο της δύναμης W_F. Σύγκρινε αυτά τα δύο μεγέθη.
• Επανάλαβε την προηγούμενη διαδικασία, αφού επιλέξεις διαφορετικές τιμές για τη δύναμη F και για τη μάζα m. Σύγκρινε αυτά τα δύο μεγέθη.
• Κατάγραψε τα συμπεράσματά σου.

Η προσομοίωση 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 ("αύξηση δύναμης", "μείωση δύναμης", "αύξηση μάζας", "μείωση μάζας", "έναρξη", "παύση", "επαναφορά") 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.
• 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" → "αύξηση δύναμης" → "μείωση δύναμης" → "αύξηση μάζας" → "μείωση μάζας" → "έναρξη" → "παύση" → "επαναφορά" → "ανανέωση template", και επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ – ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ: ΕΡΓΟ ΚΑΙ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Ομάδα 2-3 μαθητών:
Υπεύθυνος καθηγητής:
Ημερομηνία:

Εισαγωγή

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

• Ένα σώμα–τουβλάκι μάζας 0,2 Kg το οποίο μπορεί πάνω του να πάρει άλλα δύο ίδια τουβλάκια και να κινείται πάνω σε μία οριζόντια επιφάνεια χωρίς τριβή.
• Ένα δυναμόμετρο που υπάρχει ανάμεσα στο τουβλάκι και στο χέρι.
• Έναν μετρητή ταχύτητας που ακολουθεί την κίνηση που εκτελεί το τουβλάκι και καταγράφει συνεχώς την ταχύτητά του.

• Έναν μετρητή μετατόπισης.
• Τα "πλήκτρα αυξομείωσης" που καθορίζουν την δύναμη που ασκείται στο τουβλάκι από το δυναμόμετρο και τη συνολική μάζα από τα τουβλάκια που χρησιμοποιούνται.
• Τα πλήκτρα "έναρξη", "παύση", και "επαναφορά" για την εκτέλεση του εικονικού πειράματος.

Σκοπός του εικονικού πειράματος

Για ένα σώμα που βρίσκεται πάνω σε μία επιφάνεια με την οποία δεν εμφανίζει τριβές και του ασκείται μία οριζόντια δύναμη F, να προσδιορίσεις:

• Το έργο W_F της δύναμης F, όταν το μετατοπίζει κατά Δx.
• Την κινητική ενέργεια K που αποκτάει το σώμα σε αυτή τη θέση.
• Τη σχέση που συνδέει το έργο W_F και της κινητικής ενέργειας K που απόκτησε το σώμα εξαιτίας της δύναμης F.

Εικονικό Πείραμα

Υπόθεση/Ερώτημα

Η κινητική ενέργεια K που αποκτάει ένα αρχικά ακίνητο σώμα που βρίσκεται πάνω σε μία οριζόντια επιφάνεια με την οποία δεν εμφανίζει τριβές, οφείλεται στο έργο W_F της οριζόντιας δύναμης F που ασκείται σε αυτό;                NAI          OXI
(Επίλεξε ΝΑΙ/ΟΧΙ πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας).

Δραστηριότητες

Στο εικονικό πείραμα μπορείς να εκτελέσεις τις παρακάτω ενέργειες:

Μέρος Α

Α1. Υπολογισμός έργου W_F

• Να ξεκινήσεις την προσομοίωση με το πλήκτρο "έναρξη" και να την σταματήσεις με το πλήκτρο "παύση" σε μία τυχαία θέση.
• Να καταγράψεις τις τιμές των μεγεθών:
  
  

  Δύναμη F = …………………………………

  Μετατόπιση Δx = ……………………………

• Να υπολογίσεις το έργο της δύναμης F:
  
  

  Έργο δύναμης: W_F = ………..............................................................................................................……………

A2. Υπολογισμός κινητικής ενέργειας K

• Για την ίδια θέση να καταγράψεις τις τιμές:
  
  

  Ταχύτητα υ = ……………………………………

  Μάζα m = …………………………………

• Να υπολογίσεις την κινητική ενέργεια που απόκτησε το τουβλάκι:
  
  

  K = …………………….........................................................................................................……………

A3. Έλεγχος έργου – κινητικής ενέργειας.

Από τους υπολογισμούς που έκανες, διαπίστωσες ότι: (επίλεξε τη σωστή πρόταση)

        A. W_F > K                 Β. W_F = K                 Γ. W_F < K

Μέρος B

Να επαναλάβεις την ίδια διαδικασία, για μία διαφορετική δύναμη και το «σώμα» να αποτελείται από 2 ή 3 τουβλάκια.

B1:

Δύναμη F = …………………………………

Μετατόπιση Δx = ……………………………

Έργο δύναμης: W_F = ……….................................................................................................................………………

B2:

Ταχύτητα υ = ……………………………………

Μάζα m = …………………………………

K = …………………….....................................................................................................................……………

B3. Έλεγχος έργου – κινητικής ενέργειας.

Από τους υπολογισμούς που έκανες, διαπίστωσες ότι: (επίλεξε τη σωστή πρόταση)

        A. W_F > K                 Β. W_F = K                 Γ. W_F < K

Τελικό συμπέρασμα

Από την προηγούμενη επεξεργασία, αποτύπωσε τα συμπεράσματά σου για το έργο και την κινητική ενέργεια, χρησιμοποιώντας τις επόμενες λέξεις/εκφράσεις:

μόνο μία δύναμη F, έργο δύναμης W_F, κινητική ενέργεια K, Δx, ακίνητο σώμα, ταχύτητα υ.