Εικονικό πείραμα: Ισορροπία

---

Στο εικονικό πείραμα παρουσιάζονται τρεις διατάξεις.

Η 1η διάταξη αποτελείται από ένα χέρι που μέσω ενός νήματος σηκώνει κατακόρυφα το σώμα 1.

Η 2η διάταξη αποτελείται από το σώμα 2, που βρίσκεται στο έδαφος και μπορεί να μετακινείται με το ποντίκι, προς ένα κατακόρυφο ελατήριο του οποίου το πάνω άκρο είναι συνδεδεμένο σε σταθερό σημείο.
Όταν το σώμα 2 μετακινηθεί κοντά στο ελατήριο, συνδέεται στο κάτω άκρο του ελατηρίου.

Η 3η διάταξη αποτελείται από το σώμα 3, που είναι δεμένο με δύο νήματα.
Το πρώτο νήμα είναι κατακόρυφο και το άλλο άκρο του είναι συνδεδεμένο σε σταθερό σημείο. Το δεύτερο νήμα είναι οριζόντιο και το άλλο άκρο του συνδέεται σε ένα χέρι, το οποίο μπορεί να μετακινείται και να εκτρέπει το σώμα από την κατακόρυφη θέση του.

Επίσης, υπάρχουν πλήκτρα για την εμφάνιση των διανυσμάτων των δυνάμεων που ασκούνται στα σώματα των τριών περιπτώσεων, πλήκτρα αυξομείωσης του βάρους των τριών σωμάτων και ένας χάρακας για τη μέτρηση του μήκους αυτών των δυνάμεων. Αν θεωρηθεί ότι το μήκος διανύσματος δύναμης 1cm αντιστοιχεί σε δύναμη 1Ν, μπορεί να υπολογιστεί το μέτρο όλων των δυνάμεων.
Ο χάρακας έχει το "κόκκινο σημείο" με το οποίο μετακινείται και το "γκρι σημείο" με το οποίο περιστρέφεται.

Με το εικονικό πείραμα, μπορείς:

• Να μετακινήσεις τα 3 σώματα των 3 περιπτώσεων και να δεις τις δυνάμεις που δέχονται.
• Να μετρήσεις αυτές τις δυνάμεις με τον χάρακα, να βρεις τα μήκη τους σε cm και έπειτα να υπολογίσεις τα μέτρα τους σε N, αφού το 1cm αντιστοιχεί σε δύναμη 1N.

Οδηγίες εκτέλεσης της προσομοίωσης

• Επίλεξε το πλήκτρο "τυχαία". Τότε το πρόγραμμα δίνει τυχαίες τιμές (από 2 έως 5Ν με βήμα 0,1Ν) στα βάρη των σωμάτων 1, 2 και 3.
• Στην 1η διάταξη, επίλεξε το πλήκτρο "δυνάμεις διάταξης 1" και παρατήρησε τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα 1. Μέτρησε το μήκος τους με τον χάρακα και υπολόγισε τα μέτρα τους, γνωρίζοντας ότι το μήκος 1cm αντιστοιχεί σε δύναμη 1N.
• Μετακίνησε το χέρι στη διάταξη 1, προς τα πάνω, και παρατήρησε τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα 1. Με τη βοήθεια του χάρακα, υπολόγισε τα μέτρα τους.
• Πόση είναι η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκείται στο σώμα 1, όταν βρίσκεται στο έδαφος και όταν κρέμεται από το νήμα;
• Στη 2η διάταξη, επίλεξε το πλήκτρο "δυνάμεις διάταξης 2" και παρατήρησε τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα 2. Με τη βοήθεια του χάρακα, υπολόγισε τα μέτρα τους.
• Μετακίνησε το σώμα 2 στο κατακόρυφο ελατήριο και παρατήρησε τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό. Με τη βοήθεια του χάρακα, υπολόγισε τα μέτρα τους.
• Πόση είναι η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκείται στο σώμα 2, όταν βρίσκεται στο έδαφος και όταν κρέμεται από το ελατήριο;
• Στη 3η διάταξη, επίλεξε το πλήκτρο "δυνάμεις διάταξης 3" και παρατήρησε τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα 3, όταν βρίσκεται στην κατακόρυφη θέση. Με τη βοήθεια του χάρακα, υπολόγισε τα μέτρα τους.
• Μετακίνησε το χέρι της διάταξης 3 προς τα δεξιά και παρατήρησε τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα 3. Με τη βοήθεια του χάρακα, υπολόγισε τα μέτρα τους.
• Επίλεξε το πλήκτρο "συνισταμένη w3-T32" και μέτρησε τη συνισταμένη των δυνάμεων w₃ και T₃₂.
• Πόση είναι η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκείται στο σώμα 3 όταν βρίσκεται στην κατακόρυφη θέση και όταν έχει εκτραπεί από αυτήν;

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 χέρια της προσομοίωσης ("χέρι 1", "χέρι 3"), το σώμα 2, τα πλήκτρα της προσομοίωσης ("τυχαία", "δυνάμεις διάταξης 1", "αύξηση w₁", "μείωση w₁", "δυνάμεις διάταξης 2", "αύξηση w₂", "μείωση w₂", "δυνάμεις διάταξης 3", "αύξηση w₃", "μείωση w₃", "συνισταμένη w3-T32"), τα σημεία του χάρακα ("κόκκινο σημείο", "γκρι σημείο") και τα πλήκτρα του template ("ανανέωση", "προβολή πλήρους οθόνης").
• Τα χέρια της προσομοίωσης, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", τα μετακινείς με τα βέλη του πληκτρολογίου.
• Το σώμα 2, αφού το επιλέξεις με το "TAB", το μετακινείς με τα βέλη του πληκτρολογίου.
• Τα πλήκτρα της προσομοίωσης, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου ή τα βέλη 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" → "τυχαία" → "δυνάμεις διάταξης 1" → "χέρι 1" → "δυνάμεις διάταξης 2" → "σώμα 2" → "δυνάμεις διάταξης 3" → "χέρι 3" → "αύξηση w₁" → "μείωση w₁" → "αύξηση w₂" → "μείωση w₂" → "αύξηση w₃" → "μείωση w₃" → "κόκκινο σημείο" → "γκρι σημείο" → "συνισταμένη w3-T32" → "ανανέωση template" και επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ – ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ: ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Ομάδα 2-3 μαθητών:
Υπεύθυνος καθηγητής:
Ημερομηνία:

Εισαγωγή

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

• Τρία σώματα τα οποία είναι τρεις σφαίρες διαφορετικού βάρους και βρίσκονται σε 3 διαφορετικές διατάξεις:

  1η διάταξη: Χέρι – νήμα – σώμα 1.

  2η διάταξη: Ελατήριο – σώμα 2.

  3η διάταξη: Νήμα στερεωμένο – σώμα 3 – νήμα – χέρι.

• Έναν χάρακα που έχει 2 σημεία στα άκρα του. Με το "κόκκινο σημείο" μεταφέρεται και με το "γκρι σημείο" περιστρέφεται.
• Τα πλήκτρα "δυνάμεις διάταξης 1", "δυνάμεις διάταξης 2" και "δυνάμεις διάταξης 3". Σε κάθε διάταξη εμφανίζουν τις δυνάμεις που ασκούνται στο αντίστοιχο σώμα.
• Το πλήκτρο "τυχαία" που αλλάζει τυχαία το βάρος των τριών σωμάτων (από 2N έως 5N).
• Τα "πλήκτρα αυξομείωσης βάρους" που αλλάζουν το βάρος των τριών σωμάτων (από 2N έως 5N με βήμα 0,1N) και εμφανίζονται όταν το πλήκτρο "τυχαία" δεν είναι ενεργοποιημένο.

Σκοπός του εικονικού πειράματος

Για το σώμα που υπάρχει σε κάθε διάταξη:

• Να παρατηρήσεις τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό.
• Να μετρήσεις το μήκος των διανυσμάτων των δυνάμεων με τον χάρακα και να υπολογίσεις τα μέτρα τους, αν γνωρίζεις ότι το μήκος διανύσματος δύναμης 1cm αντιστοιχεί σε δύναμη 1N.
• Να υπολογίσεις τη συνισταμένη των δυνάμεων που του ασκούνται.

Εικονικό Πείραμα