Εικονικό πείραμα: Από τι εξαρτάται η κινητική ενέργεια

---

Το περιβάλλον του εικονικού πειράματος αποτελείται από:

• Ένα εργαστηριακό πυροβόλο που έχει την ικανότητα να ρίχνει σφαίρες με ταχύτητες υ₀, 2υ₀ και 3υ₀.
• Μία σφαίρα που η μάζα της παίρνει τιμές m, 2m και 3m.
• Ένα σταθερό φελιζόλ που βρίσκεται λίγο μετά το πυροβόλο.
• Έναν χάρακα 15cm.
• Τα πλήκτρα "εκτόξευση" και "επαναφορά", για την εκτέλεση του εικονικού πειράματος.
• Τους δρομείς που καθορίζουν την ταχύτητα εκτόξευσης και τη μάζα της σφαίρας.

Σημείωση: Η σφαίρα κινείται με ταχύτητα υ και εισέρχεται σε ένα σταθερό κομμάτι φελιζόλ. Σε αυτή την κίνηση, δέχεται μια δύναμη F, η οποία είναι αντίθετη της υ μέχρι τη στιγμή που σταματάει. Η δύναμη F αφαιρεί ενέργεια από το σώμα, ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της W_F.
Η σφαίρα αρχικά είχε κινητική ενέργεια K, η οποία χάνεται εξαιτίας της F.
Αν για λόγους απλότητας η δύναμη F θεωρηθεί σταθερή, το έργο της θα είναι W_F = - F · Δx .
Άρα, η αρχική κινητική ενέργεια της σφαίρας θα είναι K = F · Δx , που σημαίνει ότι είναι ανάλογη του Δx.
Αν μετρηθεί η απόσταση Δx που κινήθηκε η σφαίρα μέσα στο φελιζόλ, προσδιορίζεται με κάποιο τρόπο η αρχική της κινητική ενέργεια K. Αν διπλασιαστεί η απόσταση Δx, θα διπλασιαστεί και η αρχική της κινητική ενέργεια K, αν τριπλασιαστεί το Δx θα τριπλασιαστεί και το K κ.λπ.

Με το εικονικό πείραμα μπορείς:

• Να τοποθετήσεις την σφαίρα στο πυροβόλο που να έχει μάζα m ή 2m ή 3m και να επιλέξεις την επιθυμητή ταχύτητα εκτόξευσης υ₀ ή 2υ₀ ή 3υ₀.
• Να παρατηρήσεις την κίνηση της σφαίρας (επιβραδυνόμενη) μέσα στο φελιζόλ.
• Να μετρήσεις με τον χάρακα πόσο κινήθηκε η μύτη της σφαίρας μέσα στο φελιζόλ.
• Να επαναλάβεις την εκτόξευση με διαφορετικές τιμές στη μάζα της σφαίρας και στην ταχύτητα εκτόξευσης.
• Να διερευνήσεις τη σχέση της κινητικής ενέργειας Κ της σφαίρας με την ταχύτητά της και την μάζα της.

Οδηγίες εκτέλεσης του εικονικού πειράματος

• Επίλεξε στο "δρομέα ταχύτητας" την ταχύτητα της σφαίρας ίση με υ₀.
• Επίλεξε στο "δρομέα μάζας" την μάζα της σφαίρας ίση με m.
• Επίλεξε το πλήκτρο "εκτόξευση". Το πυροβόλο εκτοξεύει τη σφαίρα και αυτή εισχωρεί μέσα στο φελιζόλ.
• Με τον "χάρακα" μέτρησε την απόσταση που κινήθηκε η σφαίρα μέσα στο φελιζόλ.
• Αν γνωρίζεις ότι η κινητική ενέργεια της σφαίρας είναι ανάλογη της απόστασης που κινήθηκε μέσα στο φελιζόλ, μπορείς να εξάγεις κάποια συμπεράσματα για την κινητική ενέργεια της σφαίρας.
• Επανάλαβε την προηγούμενη διαδικασία, διπλασιάζοντας και έπειτα τριπλασιάζοντας την ταχύτητα εκτόξευσης, διατηρώντας σταθερή τη μάζα της σφαίρας. Πώς συνδέεται η ταχύτητα εκτόξευσης με την απόσταση που κινήθηκε η σφαίρα μέσα στο φελιζόλ και άρα με την κινητική ενέργεια;
• Επανάλαβε την προηγούμενη διαδικασία διπλασιάζοντας και έπειτα τριπλασιάζοντας την μάζα της σφαίρας, διατηρώντας σταθερή τη ταχύτητα εκτόξευσης. Πώς συνδέεται η μάζα της σφαίρας με την απόσταση που κινήθηκε η σφαίρα μέσα στο φελιζόλ και άρα με την κινητική ενέργεια;

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 τους δρομείς ("δρομέας μάζας", "δρομέας ταχύτητας"), τα πλήκτρα της προσομοίωσης ("επαναφορά", "εκτόξευση"), τον "χάρακα" και τα πλήκτρα του template ("ανανέωση", "προβολή πλήρους οθόνης").
• Τους δρομείς, αφού τους επιλέξεις με το "TAB", αλλάζεις τιμή με τα βέλη του πληκτρολογίου.
• Τα πλήκτρα της προσομοίωσης, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
• Τον χάρακα, αφού τον 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" → "δρομέας ταχύτητας" → "δρομέας μάζας" → "εκτόξευση" → "χάρακας" → "επαναφορά" → "ανανέωση template", και επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ – ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ: Κινητική ενέργεια

Ομάδα 2-3 μαθητών:
Υπεύθυνος καθηγητής:
Ημερομηνία:

Εισαγωγή

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

• Ένα εργαστηριακό πυροβόλο που μπορεί να εκτοξεύει σφαίρες:
  • Mε μάζα m, 2m και 3m.
  • Mε ταχύτητα υ₀, 2υ₀ και 3υ₀.
• Ένα στερεωμένο φελιζόλ στο οποίο εισχωρούν οι σφαίρες.
• Έναν χάρακα για τη μέτρηση της απόστασης που φτάνει η σφαίρα μέσα στο φελιζόλ.

• Τον "δρομέα ταχύτητας" που καθορίζει την ταχύτητα εκτόξευσης της σφαίρας.
• Τον "δρομέα μάζας" που καθορίζει τη μάζα της σφαίρας.
• Τα πλήκτρα για την εκτόξευση και επαναφορά της σφαίρας.

Σημείωση: Η σφαίρα κινείται με ταχύτητα υ και εισέρχεται σε ένα σταθερό κομμάτι φελιζόλ. Σε αυτή την κίνηση, δέχεται μια δύναμη F, η οποία είναι αντίθετη της υ μέχρι τη στιγμή που σταματάει. Η δύναμη F αφαιρεί ενέργεια από το σώμα, ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της W_F.
Η σφαίρα αρχικά είχε κινητική ενέργεια K, η οποία χάνεται εξαιτίας της F.
Αν για λόγους απλότητας η δύναμη F θεωρηθεί σταθερή, το έργο της θα είναι W_F = - F · Δx .
Άρα, η αρχική κινητική ενέργεια της σφαίρας θα είναι K = F · Δx , που σημαίνει ότι είναι ανάλογη του Δx.
Αν μετρηθεί η απόσταση Δx που κινήθηκε η σφαίρα μέσα στο φελιζόλ, προσδιορίζεται με κάποιο τρόπο η αρχική της κινητική ενέργεια K. Αν διπλασιαστεί η απόσταση Δx, θα διπλασιαστεί και η αρχική της κινητική ενέργεια K, αν τριπλασιαστεί το Δx θα τριπλασιαστεί και το K κ.λπ.

Σκοπός του εικονικού περάματος

• Να προσδιορίσεις τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η κινητική ενέργεια ενός σώματος.

Εικονικό Πείραμα

Μέρος Α. Κινητική ενέργεια και ταχύτητα

Υπόθεση/Ερώτημα

Η κινητική ενέργεια K που έχει ένα σώμα είναι ανάλογη της ταχύτητας υ που έχει το σώμα;                NAI          OXI
(Επίλεξε ΝΑΙ/ΟΧΙ πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας).

Δραστηριότητες

Μέρος Β. Κινητική ενέργεια και μάζα

Υπόθεση/Ερώτημα

Η κινητική ενέργεια K που έχει ένα σώμα είναι ανάλογη της μάζας m που έχει το σώμα;                NAI          OXI
(Επίλεξε ΝΑΙ/ΟΧΙ πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας).

Δραστηριότητες

Συμπέρασμα