Εικονικό πείραμα - Προσδιορισμός της σκληρότητας ελατηρίων

Επίλεξε το εικονίδιο πάνω δεξιά για να ανοίξεις - εκτυπώσεις το φύλλο εργασίας.

Επίλεξε το εικονίδιο για να συμβουλευτείς την οθόνη βοήθειας.

Οθόνη Βοήθειας

Εικονικό πείραμα - Προσδιορισμός της σκληρότητας ελατηρίων


Στο εικονικό πείραμα εμφανίζεται ένα κατακόρυφο ελατήριο με το πάνω άκρο του στερεωμένο και το κάτω άκρο του ελεύθερο, 5 βαρίδια 0,5Ν το καθένα και ένας χάρακας. Το ελατήριο επιλέγεται από τα 5 ελατήρια διαφορετικής σκληρότητας. Τα βαρίδια μπορούν να προστεθούν στο άκρο του ελατηρίου και με τον χάρακα μπορεί να μετρηθεί η επιμήκυνση του ελατηρίου.

Στο εικονικό πείραμα μπορείς:

  • Να επιλέξεις ένα ελατήριο από τα πέντε που δίνονται.
  • Να τοποθετήσεις τα 5 βαρίδια σταδιακά στο άκρο του και να μετρήσεις την επιμήκυνσή του.

Οδηγίες εκτέλεσης του εικονικού πειράματος

  • Επίλεξε το πλήκτρο "1" ή το "2" ή το "3" ή το "4" ή το "5", και αντίστοιχα επιλέγεται το ελατήριο 1, το ελατήριο 2, το ελατήριο 3, το ελατήριο 4 ή το ελατήριο 5.
  • Πρόσθεσε στο άκρο του ελατηρίου το ένα βαρίδιο, με το πλήκτρο "+", και μέτρησε την επιμήκυνσή του.
  • Πρόσθεσε στο άκρο του ελατηρίου ακόμη ένα βαρίδιο και μέτρησε τη συνολική του επιμήκυνση.
  • Επανάλαβε το ίδιο για το τρίτο, το τέταρτο και το πέμπτο βαρίδιο.
  • Το βάρος των βαριδίων που βρίσκονται κάθε φορά στο άκρο του ελατηρίου, είναι ίσο με τη δύναμη F που ασκείται στο άκρο του. Κατάγραψε τις τιμές της δύναμης F και της επιμήκυνσης x του ελατηρίου σε έναν πίνακα τιμών.
  • Σχεδίασε τα σημεία που προκύπτουν από τις τιμές του πίνακα τιμών σε ένα σύστημα αξόνων δύναμης-επιμήκυνσης. Σχεδίασε την κατάλληλη ευθεία που να περνά από επάνω (ή σχεδόν πάνω) από αυτά τα σημεία.
  • Υπολόγισε την κλίση της ευθείας, που είναι και η σταθερά του ελατηρίου.
  • Επανάλαβε την ίδια διαδικασία για ένα διαφορετικό ελατήριο, κατάγραψε τις τιμές, σχεδίασε τα σημεία στο ίδιο σύστημα αξόνων, σχεδίασε την κατάλληλη ευθεία επίσης στο ίδιο σύστημα αξόνων και υπολόγισε την κλίση της.

Η προσομοίωση λειτουργεί και με το πληκτρολόγιο ως εξής:

  • Όταν ανοίγει η προσομοίωση, γίνεται πλοήγηση με το πλήκτρο "TAB" στη "καρτέλα συντελεστών", στην "οθόνη βοήθειας" και στο "φύλλο εργασίας". 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 ("1", "2", "3", "4", "5", "+", "-", "επαναφορά"), 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 τον επιλέξεις με το "TAB", τον μετακινείς με 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" → "1" → "2" → "3" → "4" → "5" → "+" → "-" → "χάρακας" → "επαναφορά" → "ανανέωση template" και επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά.

Κλείσιμο

Καρτέλα Συντελεστών

Κλείσιμο

Φύλλο Εργασίας

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ - ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΕΛΑΤΗΡΙΩΝ

Ομάδα 2-3 μαθητών:
Υπεύθυνος καθηγητής:
Ημερομηνία:

Εισαγωγή

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

  • Ένα κατακόρυφο ελατήριο, από τα πέντε που υπάρχουν, του οποίου το πάνω άκρο του είναι στερεωμένο.
  • Πέντε βαρίδια 0,5N το καθένα.
  • Έναν χάρακα.
  • Το πλήκτρο «επαναφορά» που επαναφέρει τα βαρίδια στο δοχείο.
  • Τα πλήκτρα «+», «-» που προσθέτουν ή αφαιρούν βαρίδια στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου.
Εικόνα 1
Εικόνα 1: Περιβάλλον του εικονικού πειράματος για τον προσδιορισμό της σκληρότητας ελατηρίων.

Σκοπός του εικονικού πειράματος

    Ο σκοπός είναι για 2 ελατήρια του εικονικού πειράματος:
  • Να σχεδιάσεις τα γραφήματα δύναμης (που ασκείται στο άκρο του κάθε ελατηρίου) - επιμήκυνσης.
  • Να προσδιορίσεις τις σταθερές τους.

Εικονικό Πείραμα

Στο περιβάλλον του εικονικού πειράματος, κάνε τα εξής:

  • Επίλεξε ένα ελατήριο από τα πλήκτρα "1", "2", "3", "4", "5".
  • Με το πλήκτρο "+", πρόσθεσε το πρώτο βαρίδιο στο άκρο του ελατηρίου και μέτρησε με τον χάρακα την επιμήκυνσή του.
    Σημείωση: Όταν ένα σώμα τοποθετηθεί στο άκρο του κατακόρυφου ελατηρίου, ασκεί μία δύναμη στο άκρο του που είναι ίση με το βάρος του σώματος.
  • Γράψε στον Πίνακα 1 την τιμή της δύναμης F που ασκείται στο άκρο του ελατηρίου και την τιμή της επιμήκυνσης x.
  • Πρόσθεσε ακόμη ένα βαρίδιο και μέτρησε την επιμήκυνση του ελατηρίου. Στον Πίνακα 1 γράψε την τιμή της δύναμης F που ασκείται στο άκρο του ελατηρίου και την αντίστοιχη τιμή της επιμήκυνσης x.
  • Πρόσθεσε σταδιακά και τα υπόλοιπα βαρίδια, μέτρησε τις αντίστοιχες επιμηκύνσεις και συμπλήρωσε τον Πίνακα 1.

Πίνακας 1

Επεξεργασία μετρήσεων

  • Τα ζευγάρια των τιμών δύναμης-επιμήκυνσης του Πίνακα 1 αντιστοιχούν σε σημεία στο σύστημα αξόνων F-x. Σχεδίασε αυτά τα σημεία στο σύστημα αξόνων της εικόνας 2.
Σύστημα αξόνων F-x
Εικόνα 2: Σύστημα αξόνων F-x
  • Τα σημεία που σχεδίασες βρίσκονται πάνω ή σχεδόν πάνω σε ευθεία;

  • Αν ναι, σχεδίασε την ευθεία και υπολόγισε την κλίση της:

    Σημείωση: Για να υπολογίσεις την κλίση της ευθείας σε ένα γράφημα, μπορείς να κάνεις τα εξής:
  • Επίλεξε δύο σημεία Α και Β της ευθείας, τα οποία βρίσκονται σε διασταυρώσεις του πλέγματος.
  • Από τα σημεία Α και Β, σχεδίασε με διακεκομμένες, ευθείες παράλληλες στους άξονες του γραφήματος. Αυτές οι ευθείες τέμνονται στο σημείο Γ.
  • Δημιουργείται ένα ορθογώνιο τρίγωνο ΑΒΓ με υποτείνουσα την πλευρά ΑΒ. Οι κάθετες πλευρές του τριγώνου μετριούνται με τη βοήθεια των αξόνων του γραφήματος και η κάθε μία έχει τις μονάδες του αντίστοιχου άξονα.
  • Η κλίση της ευθείας είναι η εφαπτομένη της γωνίας θ που σχηματίζει η ευθεία με τον οριζόντιο άξονα.
    Η γωνία θ υπάρχει και στο τρίγωνο ΑΒΓ. Η εφαπτομένη της υπολογίζεται από τις κάθετες πλευρές του τριγώνου με τη σχέση:

εφθ = απέναντι κάθετη προσκείμενη κάθετη

  • Επανάλαβε την ίδια διαδικασία για ένα άλλο ελατήριο και κατάγραψε τις τιμές στον Πίνακα 2.

  • Πίνακας 2

  • Σχεδίασε τα σημεία που προκύπτουν από τα ζεύγη τιμών δύναμης-επιμήκυνσης στο σύστημα αξόνων της εικόνας 2, σχεδίασε την αντίστοιχη ευθεία και υπολόγισε την κλίση της:

Συμπεράσματα

Απάντησε στις παρακάτω ερωτήσεις:

  • Για κάθε ελατήριο, η δύναμη που του ασκείται είναι ανάλογη της επιμήκυνσης;

  • Η κλίση της ευθείας στο γράφημα F-x, ποιο μέγεθος είναι;

  • Οι σταθερές των ελατηρίων θα έχουν τιμές:

  • Η ευθεία του γραφήματος F-x του ελατηρίου με τη μεγαλύτερη σταθερά, σε σχέση με το ελατήριο με τη μικρότερη σταθερά, θα έχει:

    Α. Μεγαλύτερη κλίση Β. Ίδια κλίση Γ. Μικρότερη κλίση

    Επίλεξε τη σωστή πρόταση.

Εκτύπωση

Κλείσιμο