fizyka - Dromader
Transkrypt
fizyka - Dromader
fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 1 C M Y CM MY CY CMY K MOJE LABORATORIUM FIZYKA si∏y i ruch maszyny proste magnetyzm i elektrycznoÊç woda, powietrze i gazy Êwiat∏o i dêwi´k Prosimy osoby nadzorujàce dzieci przy przeprowadzaniu eksperymentów o zapisanie w poni˝szej ramce numeru telefonu do doraênej pomocy lekarskiej, z którego mo˝na b´dzie skorzystaç w razie koniecznoÊci Doraêna pomoc lekarska nr tel.: .............................................................................. Uwaga! Niektóre elementy zestawu majà ostre kraw´dzie. Zestaw przeznaczony jest dla dzieci od 10 roku ˝ycia. Trzymaç zestaw poza zasi´giem dzieci do 3 roku ˝ycia. Wskazane zapoznanie si´ z instrukcjà przez osoby doros∏e i w razie potrzeby nadzór przy wykonywaniu doÊwiadczeƒ. Do zasilania u˝ywaç tylko baterii AA (LR6) 1,5V. U˝ycie innych êróde∏ zasilania mo˝e byç niebezpieczne. Nie stosowaç akumulatorów. Nie mieszaç roz∏adowanych i na∏adowanych baterii. Nie ∏adowaç baterii. Nie mieszaç ró˝nych typów baterii (alkalicznych z cynkowo-w´glowymi). Uwaga! Dzieci m∏odsze ni˝ 8 lat mogà zad∏awiç si´ nienapompowanym lub przebitym balonem. Konieczny jest nadzór osób doros∏ych. Nienapompowane balony nale˝y trzymaç poza zasi´giem ma∏ych dzieci. W przypadku przebicia natychmiast wyrzuciç! Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 2 C M Y CM MY CY CMY K SPIS ELEMENTÓW: SPIS ELEMENTÓW 1. konsola 2. podstawa wagi 3. szalki x 2 (waga) 4. instrukcja do zestawu 5. du˝e ko∏a x 2 6. ma∏e ko∏a x 2 7. odwa˝nik 1/2g (waga) 8. odwa˝nik 1g (waga) 9. odwa˝nik 2g (waga) 10. odwa˝nik 3g (waga) 11. odwa˝nik 5g (waga) 12. rami´ (waga) 13. element przed∏u˝ajàcy (waga) 14. wskazówka (waga) 15. zlewka 16. kulki 17. uchwyt do probówki x 2 18. zakraplacz 19. kó∏ka x 2 (waga) 20. pierÊcieƒ gumowy 21. wà˝ 22. kartka ze wzorami 23. tekturka z kolorowymi dyskami 24. nabiegunniki 25. rurka z tworzywa sztucznego x 3 26. pr´t stalowy 27. naklejka z podzia∏kami 28. podwozie 29. balony 30. podgrzewacz stearynowy 31. cylinder strzykawki 32. t∏ok strzykawki 33. korek bez otworu 34. korek z jednym otworem 35. korek z dwoma otworami 36. lejek 37. p∏ytka 38. papier Êcierny 39. lusterko 40. probówki 41. zaczep wagi spr´˝ynowej 42. podstawa strzykawki 43. drut emaliowany 44. wata stalowa 45. szpilka i zatyczka (waga) 46. spinacze biurowe 47. arkusz gumy 48. krzy˝ak 49. zatyczka 50. ma∏e nakr´tki x 3 51. du˝e nakr´tki x 3 (waga) 52. no˝yk do rurek 53. Êruby x 3 54. wkr´ty monta˝owe 55. uchwyty kàtowe 56. wspornik 57. niç 58. szpilki z tworzywa sztucznego 59. oÊ 60. gumki recepturki 61. spr´˝yna 62. magnes UWAGA! Niektóre elementy mogà si´ nieco ró˝niç od przedstawionych na rysunkach. 1 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 3 C M Y CM MY CY CMY K SPIS TREÂCI: Drodzy Rodzice i Nauczyciele! ................................................................................................................................ 3 WST¢P ...................................................................................................................................................................... 3 OSTRZE˚ENIA ......................................................................................................................................................... 3 SYSTEM METRYCZNY ............................................................................................................................................. 4 JEDNOSTKI MIAR .................................................................................................................................................... 4 INSTRUKCJE MONTA˚U ......................................................................................................................................... 5 Konsola ..................................................................................................................................................................... 5 Waga ........................................................................................................................................................................ 5 Zlewka z podzia∏kà ................................................................................................................................................... 6 Cylinder miarowy (menzurka ................................................................................................................................... 6 Waga spr´˝ynowa .................................................................................................................................................... 6 Zakraplacz ................................................................................................................................................................ 6 Wózek ....................................................................................................................................................................... 7 Podgrzewacz stearynowy ........................................................................................................................................ 7 Poduszkowiec .......................................................................................................................................................... 7 Strzykawka ............................................................................................................................................................... 8 Wsuwanie rurki do otworu w korku ......................................................................................................................... 8 Podgrzewanie i studzenie probówek ....................................................................................................................... 8 Zdejmowanie izolacji z przewodów ......................................................................................................................... 8 Zasobnik bateryjny ................................................................................................................................................ 8-9 Ci´cie rurek .............................................................................................................................................................. 9 Gi´cie rurek .............................................................................................................................................................. 9 Robimy pipet´ (dysz´) ........................................................................................................................................... 10 POWIETRZE I INNE GAZY (doÊwiadczenia 1 do 47) ............................................................................................ 10 WODA I INNE CIECZE (doÊwiadczenia 48 do 81) .............................................................................................. 24 SI¸Y I RUCH (doÊwiadczenia 82 do 121) .............................................................................................................. 32 MASZYNY PROSTE (doÊwiadczenia 122 do 143) ................................................................................................ 44 DèWI¢K (doÊwiadczenia 144 do 159) ................................................................................................................... 52 ÂWIAT¸O I WZROK (doÊwiadczenia 160 do 195) ................................................................................................. 56 CIEP¸O (doÊwiadczenia 196 do 224) ....................................................................................................................74 MAGNETYZM (doÊwiadczenia 225 do 248) .......................................................................................................... 80 ELEKTRYCZNOÂå STATYCZNA (doÊwiadczenia 249 do 256) ............................................................................ 87 Moje Laboratorium - Fizyka • 2 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 4 C M Y CM MY CY CMY K Drodzy Rodzice i Nauczyciele! Zestaw zosta∏ zaprojektowany w celu stymulowania u dzieci i m∏odzie˝y naturalnej ch´ci poznawania Êwiata, eksperymentowania i dociekania istoty zjawisk. Niektóre doÊwiadczenia nale˝y przeprowadzaç pod nadzorem osób doros∏ych. Przeczytaj instrukcj´ przed przystàpieniem do doÊwiadczenia i trzymaj jà w pobli˝u miejsca przeprowadzania eksperymentu. Zapoznaj si´ ze wszystkim ostrze˝eniami i uwagami. Przedyskutuj kwestie dotyczàce bezpieczeƒstwa i przeka˝ dziecku, na co ma zwróciç uwag´. W∏aÊciwe u˝ycie sprz´tu i materia∏ów jest tak˝e cz´Êcià nauki. Pami´taj o indywidualnym dostosowaniu trudnoÊci wykonywania doÊwiadczenia do umiej´tnoÊci i zainteresowaƒ dziecka. WST¢P Zestaw „Moje Laboratorium - Fizyka” przeznaczony jest dla dzieci i m∏odzie˝y ciekawych Êwiata, których fascynuje eksperymentowanie i samodzielne odkrywanie praw fizyki. DoÊwiadczanie zjawisk i samodzielne dochodzenie do rozwiàzaƒ prowadzi do uzyskania bezcennej, praktycznej wiedzy, której nie da si´ porównaç z wiedzà zdobytà teoretycznie.Takich doÊwiadczeƒ si´ po prostu nie zapomina. Nauka naprawd´ mo˝e byç zabawà a nie tylko zapami´tywaniem suchych liczb i faktów, z których niewiele si´ potem pami´ta. Zestaw zawiera sprz´t i szczegó∏owe opisy niezb´dne do wykonania 256 bezpiecznych doÊwiadczeƒ o zró˝nicowanym stopniu trudnoÊci: od bardzo prostych do bardzo skomplikowanych. Stosuj si´ do zaleceƒ i uwag zawartych w niniejszej instrukcji a na pewno uda Ci si´ zakoƒczyç wszystkie eksperymenty powodzeniem. PRZED PRZYSTÑPIENIEM DO DOÂWIADCZE¡ PRZECZYTAJ INSTRUKCJ¢ MONTA˚U NA STRONACH OD 5 DO 10. OSTRZE˚ENIA Wszystkie doÊwiadczenia w których u˝ywa si´ ognia muszà byç wykonywane pod nadzorem osób doros∏ych. DoÊwiadczenia wymagajàce nadzoru osób doros∏ych oznaczono znakiem Uwa˝aç na przedmioty o ostrych kraw´dziach. Trzymaç poza zasi´giem dzieci do 3-go roku ˝ycia. Wskazaç dziecku, na co ma zwróciç uwag´. U˝ywaç tylko baterii 1,5V AA (LR6). Nie u˝ywaç akumulatorów! Nie zwieraç biegunów! Zu˝ytà bateri´ wyjàç z zabawki i zutylizowaç zgodnie z przepisami! Zachowaç w∏aÊciwà polaryzacj´ baterii! Nie ∏adowaç baterii! Nie mieszaç ró˝nych typów baterii lub baterii w na∏adowanych w ró˝nym stopniu NIEBEZPIECZE¡STWO PO¸KNI¢CIA! Dzieci m∏odsze ni˝ 8 lat mogà zad∏awiç si´ nienapompowanym lub przebitym balonem. Konieczny jest nadzór osób doros∏ych. Nienapompowane balony nale˝y trzymaç poza zasi´giem ma∏ych dzieci. W przypadku przebicia natychmiast wyrzuciç! 3 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 5 C M Y CM MY CY CMY K SYSTEM METRYCZNY Wszystkie miary w niniejszej instrukcji podawane sà w metrycznym systemie miar i wag SI. WielkoÊci systemu SI nie muszà byç t∏umaczone na ró˝ne j´zyki – sà uniwersalne. Podstawowà jednostkà d∏ugoÊci w uk∏adzie SI jest jeden metr a jednostkà masy jeden kilogram. Do nazw jednostek podstawowych dodawane sà przedrostki. W ten sposób tworzymy jednostki pochodne (np. przedrostek „kilo” oznaczajàcy 1000, dodany do jednostki podstawowej „metr” daje nam „kilometr” czyli 1000 metrów (1000m). JEDNOSTKI MIAR D∏ugoÊç: 1 metr (m) = 100 cm 1 centymetr (cm) = 10 mm 1 kilometr (km) = 1000 m Poni˝szy rysunek s∏u˝y do przeliczenia cali (ang. inch) na centymetry: cale cm 1 1 2 2 3 4 3 5 6 7 4 8 9 10 11 Powierzchnia: 1 centymetr kwadratowy (cm²) = 100mm² 1metr kwadratowy (m²) = 10 000cm² 1 hektar (ha) = 10 000m² 1 kilometr kwadratowy (km²) = 1000 ha Waga: 1 gram (g) = 1000mg (miligramów) 1 kilogram (kg) = 1000g 1 tona (t) = 1000 kg Obj´toÊç: 1 metr szeÊcienny (m³) = 1000 decymetrów szeÊciennych (dm³) = 1000 litrów 1 litr = 1000 mililitrów (ml) 1 mililitr = 1 cm³ Temperatura: Poni˝sza skala s∏u˝y do przeliczenia stopni Fahrenheita na stopnie Celsjusza. °F -40 -40 °C 0 -20 32 0 40 80 20 98,6 37 40 120 200 160 60 80 212 °F 100°C Moje Laboratorium - Fizyka • 4 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 6 C M Y CM MY CY CMY K INSTRUKCJE MONTA˚U KONSOLA Konsola jest uniwersalnym przyrzàdem, który w Twoim laboratorium pe∏niç b´dzie wiele ró˝nych funkcji. W celu u˝ycia konsoli jako stojaka do probówek, do otworów znajdujàcych si´ w jej korpusie nale˝y w∏o˝yç uchwyt na probówki. Mo˝na wykorzystaç dowolne otwory, co daje mo˝liwoÊç ustawienia probówki pionowo, lub pod kàtem. Zalecamy wykorzystywanie otworów w górnej cz´Êci konsoli. Ka˝dy uchwyt probówki posiada dwa haczyki w kszta∏cie litery L. Przed instalacjà uchwytu oskrob je delikatnie no˝em z ewentualnych nadlewek powsta∏ych w procesie produkcyjnym, aby haczyki lekko wsuwa∏y si´ do otworów w konsoli. Ustaw uchwyt w po∏o˝eniu, w którym d∏u˝sze ramiona haczyków prostopad∏e sà do powierzchni konsoli, wsuƒ haczyki w otwory i delikatnie obróç w dó∏. W przypadku koniecznoÊci u˝ycia podgrzewacza stearynowego pami´taj, ˝e: 1. Konieczny jest nadzór osób doros∏ych. 2. Uchwyt nale˝y w∏o˝yç do konsoli w takim po∏o˝eniu, aby probówka ustawiona by∏a pod kàtem (rysunek). 3. P∏omieƒ podgrzewacza powinien byç jak najbardziej oddalony od konsoli i uchwytu probówki i powinien obejmowaç jej dno. WAGA W Twoim zestawie znajdujà si´ cz´Êci sk∏adowe wagi szalkowej. Waga jest bardzo dok∏adna i jest w stanie wykryç ró˝nic´ ci´˝arów wynoszàca zaledwie 0,5g. Element przed∏u˝ajàcy szpilka zatyczka Szalka Wskazówka baza Podstawa 5 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 7 C M Y CM MY CY CMY K WciÊnij element przed∏u˝ajàcy w szczelin´ znajdujàcà si´ w górnej cz´Êci podstawy wagi. Prze∏ó˝ metalowe kó∏ka przez otwory w szalkach i przez otwory znajdujàce si´ na koƒcach ramienia wagi. Zainstaluj wskazówk´. Rami´ zawieÊ na szpilce zabezpieczonej zatyczkà. Zrównowa˝ ramiona wagi, wkr´cajàc metalowe nakr´tki na gwint znajdujàcy si´ na koƒcach ramienia wagi tak, aby wskazówka wskaza∏a „0”. Waga szalkowa znajduje zastosowanie w wi´kszoÊci doÊwiadczeƒ, w których nale˝y coÊ dok∏adnie odmierzyç. W kilku przypadkach u˝yteczna b´dzie tak˝e waga spr´˝ynowa opisana na tej stronie. ZLEWKA Z PODZIA¸KÑ Zlewka z podzia∏kà s∏u˝y do odmierzania du˝ych iloÊci cieczy. Upewnij si´ zawsze, ˝e zlewka stoi na poziomej powierzchni. CYLINDER MIAROWY (MENZURKA) cm³ 30 WciÊnij cylinder strzykawki w ˝ó∏tà podstaw´ strzykawki. Odmierz za pomocà zlewki z podzia∏kà 30ml wody. Wyrównaj dok∏adnie poziom za pomocà zakraplacza. Przelej wod´ do menzurki. Odklej podzia∏k´ w cm³ od naklejki i przyklej do cylindra menzurki dopasowujàc kresk´ 30cm³ do poziomu wody w menzurce. 25 20 10 Wyskalowa∏eÊ w ten sposób menzurk´ i b´dziesz móg∏ z jej pomocà odmierzaç dok∏adnie ma∏e obj´toÊci cieczy. WAGA SPR¢˚YNOWA Spr´˝yna z jednej strony jest p∏aska a z drugiej posiada prostopadle ustawiony zwój. Dowià˝ cienki sznurek do p∏askiej cz´Êci a zwój prze∏ó˝ przez szczelin´ w zaczepie wagi spr´˝ynowej (rysunek 1). Ca∏oÊç w∏ó˝ do cylindra (rysunek 2). Przywià˝ do koƒca nitki odwa˝nik 5g (rysunek 3). Odklej podzia∏k´ z „gramami” od naklejki i przyklej do cylindra, dopasowujàc kresk´ 5g z dolnym koƒcem spr´˝yny (rysunek 4). Rys.1 Rys.2 Rys.3 5 Rys.4 0 spr´˝yna 5 cylinder naklejka z podzia∏kà 10 15 sznurek 20 25 Wskazania wagi, które odczytywaç b´dziesz z podzia∏ki odpowiadaç b´dà teraz rzeczywistej masie wa˝onych przedmiotów. odwa˝nik 5g odwa˝nik 5g Moje Laboratorium - Fizyka • 6 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 8 C M Y CM MY CY CMY K ZAKRAPLACZ Nasuƒ gumowà cz´Êç zakraplacza na pipet´ z tworzywa sztucznego. ÂciÊnij gumk´ a koniec pipety zanurz w cieczy. Zwolnij nacisk a ciecz wciàgni´ta zostanie do pipety. Wyjmij koniec pipety z cieczy. Naciskajàc lekko na gumk´, mo˝esz dozowaç ciecz po jednej kropli. WÓZEK Za∏ó˝ ma∏e i du˝e ko∏a na wystajàce osie podwozia i zabezpiecz je przed spadaniem za pomocà szpilek z tworzywa sztucznego. du˝e ko∏a podwozie ma∏e ko∏a szpilki z tworzywa sztucznego oÊ PODGZREWACZ STEARYNOWY Wymagany nadzór osób doros∏ych. Wszystkie doÊwiadczenia wymagajàce takiego nadzoru b´dà oznaczone znakiem U˝ywajàc podgrzewacza przestrzegaj nast´pujàcych zasad: 1. Konieczny jest nadzór osób doros∏ych. 2. Usuƒ wszelkie niepotrzebne przedmioty z miejsca pracy. 3. Knot zapalaj zapa∏kà nie wczeÊniej ni˝ jest to konieczne. 4. Po zakoƒczeniu doÊwiadczenia zdmuchnij p∏omieƒ. PODUSZKOWIEC Na∏ó˝ szyjk´ balonu na okràg∏à wypustk´ du˝ego ko∏a. Odwróç ko∏o i nadmuchaj balon. ZaciÊnij szyjk´ balonu a z drugiej strony w∏ó˝ w otwór zatyczk´ z ma∏ym otworem. Po∏ó˝ ca∏oÊç na g∏adkiej powierzchni zatyczkà w dó∏ i zwolnij nacisk na szyjk´ balonu. Puknij lekko palcem w ko∏o. Strumieƒ powietrza wypychanego przez balon wydobywaç si´ b´dzie przez otwór w zatyczce i znacznie zredukuje tarcie pomi´dzy ko∏em a powierzchnià, na której le˝y. Ca∏oÊç poruszaç si´ b´dzie na poduszce powietrznej. 7 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 9 C M Y CM MY CY CMY K STRZYKAWKA W celu zmontowania strzykawki, w∏ó˝ gumowy pierÊcieƒ w rowek znajdujàcy si´ na koƒcu t∏oka. Zwil˝ wodà koƒcówk´ i w∏ó˝ t∏ok do cylindra. Co pewien czas koƒcówk´ t∏oka nale˝y zwil˝aç wodà, aby zapobiec zu˝yciu gumki i zapewniç p∏ynny ruch t∏oka. WSUWANIE RURKI DO OTWORU W KORKU Przed wykonaniem tej operacji, pami´taj o zwil˝eniu zewn´trznych Êcianek rurki. Rurk´ nale˝y wciskaç w otwór w korku ruchem posuwisto-obrotowym. PODGZEWANIE I STUDZENIE PROBÓWEK Podgrzewajàc substancj´ w probówce zawsze pami´taj o nast´pujàcych zasadach: Probówk´ nale˝y trzymaç za jej górnà cz´Êç w uchwycie do probówek, nigdy w r´kach. Nale˝y zwracaç uwag´, aby p∏omieƒ znajdowa∏ si´ jak najdalej uchwytu, poniewa˝ tworzywo sztuczne, z którego jest wykonany uchwyt odkszta∏ca si´ pod wp∏ywem wysokiej temperatury. Nigdy nie trzymaj wylotu probówki w kierunku Twojej twarzy ani innych osób! ZawartoÊç mo˝e nagle zostaç wyrzucona na zewnàtrz! To mo˝e byç niebezpieczne! Nigdy nie podgrzewaj pustej probówki. Mo˝e p´knàç! Po zakoƒczeniu ogrzewania ostudê powoli probówk´ w powietrzu przez ok. 15min. Nie dotykaj jej wczeÊniej. Nigdy nie studê jej przez w∏o˝enie do wody! Nie k∏adê probówki na stole! Zniszczy∏byÊ jego powierzchni´! ZDEJMOWANIE IZOLACJI Z PRZEWODÓW Drut miedziany, który znajduje si´ w Twoim zestawie pokryty jest emalià izolacyjnà. W celu zapewnienia dobrego po∏àczenia elektrycznego, izolacj´ z koƒców drutu nale˝y usunàç. Najwygodniej jest to zrobiç za pomocà ma∏ego arkusika papieru Êciernego (patrz rysunek). ZASOBNIK BATERYJNY uchwyt baterii Zasobnik bateryjny wbudowany jest w konsol´ (rysunek). wyci´cie uchwyt zacisku Moje Laboratorium - Fizyka • 8 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 10 C M Y CM MY CY CMY K nakr´tka szeÊciokàtna Przygotuj zaciski zgodnie z rysunkiem: nakr´tki Êruba uchwyt zacisku Êruba + – + – uchwyt zacisku Wsuƒ baterie do zasobnika jak na rysunku. W celu dopasowania rozstawu zacisków, doreguluj Êrub´ znajdujàcà si´ po prawej stronie i zakontruj jà nakr´tkà. Zwróç uwag´ na w∏aÊciwà polaryzacj´ baterii! U˝ywaj tylko baterii 1,5V typu AA. Nie u˝ywaj akumulatorów! Nie zwieraj zacisków! Zu˝yte baterie wyjmij niezw∏ocznie z zasobnika! Nawiƒ odizolowane koƒcówki drutu na Êruby i dokr´ç nakr´tki. Drut nale˝y nawijaç „w prawo” patrzàc od przodu konsoli. CI¢CIE RUREK W laboratorium cz´sto musimy przygotowaç rurki o ró˝nych kszta∏tach. W Twoim zestawie zamiast rurek szklanych znajdziesz rurki z tworzywa sztucznego, z którymi pracuje si´ znacznie ∏atwiej i bezpieczniej . Tworzywo sztuczne mi´knie w ni˝szej temperaturze ni˝ szk∏o. W celu wygi´cia rurki, musisz jà najpierw podgrzaç. Wykorzystaj w tym celu podgrzewacz stearynowy. Zaznacz miejsce ci´cia pisakiem na rurce. Po∏ó˝ rurk´ na stole, przy∏ó˝ no˝yk do ci´cia szk∏a do zaznaczonego punktu i obróç rurk´ przynajmniej 3 razy naciskajàc na nià no˝ykiem. PowinieneÊ zrobiç wyraêne naci´cie na obwodzie rurki. Weê teraz rurk´ w dwie r´ce i prze∏am w zaznaczonym punkcie. Ostre kraw´dzie przeszlifuj papierem Êciernym. Rurk´ mo˝na tak˝e przeciàç ma∏a pi∏kà. rurka no˝yk 90° GI¢CIE RUREK Trzymajàc rurk´ poziomo ok. 25cm nad p∏omieniem, ostro˝nie podgrzewaj jà nad p∏omieniem, ca∏y czas obracajàc wokó∏ w∏asnej osi. Wygnij do po˝àdanego kszta∏tu, gdy poczujesz, ˝e tworzywo sta∏o si´ wystarczajàco mi´kkie. Nie u˝ywaj du˝ej si∏y! Poczekaj a˝ rurka ostygnie. twirzywo sztuczne 9 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 11 C M Y CM MY CY CMY K ROBIMY PIPET¢ (DYSZ¢) Pipeta (dysza) to rurka, która zw´˝a si´ ku koƒcowi. Trzymajàc rurk´ poziomo, ok. 12cm nad p∏omieniem ostro˝nie podgrzewaj jà, ca∏y czas obracajàc wokó∏ w∏asnej osi. Ogrzewaj na wi´kszej d∏ugoÊci ni˝ przy gi´ciu. Rozciàgaj koƒce rurki, ca∏y czas jà obracajàc, gdy poczujesz, ˝e tworzywo sta∏o si´ mi´kkie. Wyjmij z p∏omienia w momencie, gdy uzyskasz po˝àdany kszta∏t i ostudê. Przetnij jeszcze no˝yczkami w miejscu najwi´kszego przew´˝enia i ju˝ masz gotowe dwie pipety (lub dysze)! pipeta POWIETRZE I INNE GAZY Powietrze niezb´dne do ˝ycia na Ziemi jest bezbarwne, bezwonne i nie ma smaku. Nie mo˝emy go zobaczyç ani zwa˝yç tak, jak mo˝emy to zrobiç np. z kamieniem. Ale mo˝emy zbadaç jego inne ciekawe w∏aÊciwoÊci! POWIETRZE ZAJMUJE OKREÂONÑ OBJ¢TOÂå DoÊwiadczenie 1 Nadmuchaj balon znajdujàcy si´ w Twoim zestawie. W miar´ nape∏niania go powietrzem, jego obj´toÊç zwi´ksza si´. Im wi´cej powietrza wdmuchniesz do Êrodka, tym wi´kszà obj´toÊç zajmie. ÂciÊnij palcami szyjk´ balonu podczas wypuszczania z niego powietrza. Wyraênie czuç b´dziesz opór spr´˝onego powietrza. DoÊwiadczenie 2 Wlej wod´ do ¾ obj´toÊci zlewki. W∏ó˝ do niej odwróconà menzurk´. Chocia˝ menzurka wydaje si´ pusta, woda nie mo˝e si´ dostaç do jej wn´trza, poniewa˝ znajduje si´ w niej powietrze. Poziom wody w zlewce podnosi si´. Powietrze jest gazem i jak ka˝dy gaz przyjmuje kszta∏t naczynia, w którym si´ znajdzie. DoÊwiadczenie 3 Zanurz do zlewki z wodà otwarty z dwóch stron cylinder. Woda wewnàtrz cylindra podniesie si´ do poziomu wody w zlewce, poniewa˝ wyprze znajdujàce si´ w jego wn´trzu powietrze. Poziom wody w zlewce nieznacznie podniesie si´ (obj´toÊç Êcianek cylindra!). Moje Laboratorium - Fizyka • 10 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 12 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 4 Zatkaj górny otwór cylindra i w∏ó˝ jego dolny koniec do zlewki z wodà. Woda nie mo˝e si´ dostaç do wn´trza cylindra, poniewa˝ znajduje si´ w nim powietrze. Poziom wody w zlewce podnosi si´. Odetkaj otwór. Poziom wody w cylindrze podnosi si´ a opada w zlewce. DoÊwiadczenie 5 Przygotuj strzykawk´: wyrównaj papierem Êciernym koƒcówk´ t∏oka i za∏ó˝ na nià gumowy pierÊcieƒ. Zwil˝ go wodà i w∏ó˝ do cylindra. Zanurz wolny koniec cylindra w zlewce z wodà. Powietrze pozostaje w cylindrze. WciÊnij powoli t∏ok. Wypychane powietrze uchodzi do wody w postaci p´cherzyków. Po wyciÊni´ciu z cylindra ca∏ego powietrza, trzymaj koniec cylindra w wodzie i zacznij przesuwaç t∏ok w przeciwnym kierunku. Miejsce powietrza zajmuje woda, która osiàga wy˝szy poziom ni˝ w zlewce. DoÊwiadczenie 6 To doÊwiadczenie nale˝y przeprowadziç w wannie, zlewie, wiadrze lub du˝ym naczyniu. Zanurz w nim zlewk´ i pozwól, aby ca∏kowicie wype∏ni∏a si´ wodà. Trzymajàc zlewk´ jednà r´kà, dnem do góry weê w drugà r´k´ probówk´ i trzymajàc jà otworem do do∏u zanurz w wodzie. Pod wodà ostro˝nie „przelej” powietrze z próbówki do zlewki. P´cherze powietrza przedostajà si´ do wn´trza zlewki i wypierajà z niej cz´Êç wody. Wyglàda tak, jakby nic nie znajdowa∏o si´ w jej górnej cz´Êci, ale my wiemy ju˝, ˝e znajduje si´ tam powietrze. DoÊwiadczenie 7 W∏ó˝ odwróconà, wype∏nionà wodà probówk´ do zlewki wype∏nionej wodà do ¾ wysokoÊci. W∏ó˝ do probówki jeden koniec w´˝a a przez drugi koniec wdmuchuj powietrze do jej wn´trza. Powietrze wypiera wod´ i po pewnym czasie wype∏nia ca∏à obj´toÊç probówki. 11 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 13 C M Y CM MY CY CMY K GDZIE ZNAJDUJE SI¢ POWIETRZE? Najprostszà metodà zbadania, czy w jakimÊ przedmiocie znajduje si´ powietrze jest zanurzenie go w wodzie. T´ metod´ stosuje si´ przy odnajdywaniu miejsca, w którym uszkodzona jest opona samochodowa. DoÊwiadczenie 8 W∏ó˝ ma∏y s∏oik do wody trzymajàc go otworem do do∏u. Pod wodà obróç s∏oik otworem do góry. Ze s∏oika ucieka powietrze. DoÊwiadczenie 9 Wrzuç do zlewki z wodà: bry∏k´ ziemi, kawa∏ek gàbki, kawa∏ek ceg∏y, ró˝ne kamienie. Potrzàsaj zlewkà. W wi´kszoÊci badanych substancji uwi´zione jest powietrze, które wydobywaç si´ b´dzie na powierzchni´ wody. DoÊwiadczenie 10 Czy woda zawiera powietrze? Czysta chemicznie woda nie zawiera powietrza. Woda wyst´pujàca w naturze np. deszczówka, woda w morzach i rzekach a nawet z wodociàgu zawiera jednak pewnà jego iloÊç. Obserwuj wn´trze garnka podczas podgrzewania wody na kuchence. Na Êciankach garnka powstajà p´cherzyki powietrza, poniewa˝ wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalnoÊç powietrza w wodzie spada. WA˚YMY POWIETRZE DoÊwiadczenie 11 Po∏ó˝ na jednej szalce wagi pusty balon i kawa∏ek nitki. Zrównowa˝ go odwa˝nikami po∏o˝onymi na drugiej szalce i nakr´tkami regulacyjnymi znajdujàcymi si´ na koƒcach ramienia wagi. Zdejmij balon z szalki, nadmuchaj i zawià˝ nitkà, która le˝a∏a na szalce. Nadmuchany balon umieÊç ponownie na tej samej szalce. Szalka opada w dó∏. Powietrze jednak ma swojà wag´! Moje Laboratorium - Fizyka • 12 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 14 C M Y CM MY CY CMY K CIÂNIENIE POWIETRZA Dowiedzia∏eÊ si´ ju˝, ˝e powietrze przyjmuje obj´toÊç naczynia, w którym si´ znajduje i ˝e ma swój ci´˝ar. Powietrze wywiera tak˝e ciÊnienie na wszystkie przedmioty, które równe jest jednemu kilogramowi na 1 centymetr kwadratowy. To bardzo du˝o. Wystarczy dodaç, ˝e na powierzchni´ Twojego cia∏a dzia∏a si∏a równa dwudziestu tonom! DoÊwiadczenie 12 3 cm 1,2 cm CiÊnienie jest odwrotnie proporcjonalne do powierzchni. DoÊwiadczenie 13 W∏ó˝ do szklanki z wodà odcinek w´˝a o d∏. 10-13cm. Po ca∏kowitym zanurzeniu w´˝a, zatkaj jego górny koniec placem i wyciàgnij wà˝ z wody. Dopóki trzymasz palec, woda z w´˝a nie wylatuje, poniewa˝ si∏a grawitacji (przyciàgania ziemskiego) jest mniejsza ni˝ si∏a wynikajàca z ciÊnienia atmosferycznego dzia∏ajàcego na wod´. Zwolnij palec a woda natychmiast wyleci z w´˝a, poniewa˝ ciÊnienie powietrza na dole i na górze rurki stanà si´ w tym przypadku jednakowe i zniosà si´ wzajemnie. Na wod´ b´dzie dzia∏aç tylko si∏a ci´˝koÊci. DoÊwiadczenie 14 Po∏ó˝ na stole korek z jednym otworem skierowany w´˝szà cz´Êcià ku górze. Nasuƒ na niego cylinder i dobrze wciÊnij. Zatkaj palcem otwór w korku i wlej do probówki wod´. Na drugi koniec cylindra za∏ó˝ korek z dwoma otworami. Kiedy odetkasz dolny otwór palcem, woda zacznie wyciekaç, kiedy zatkasz górne otwory – przestanie. 13 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite 2c Postaw teraz odwa˝nik na boku. Teraz wywierane przez niego ciÊnienie wynosi: 5g : 2,4cm² (1,2cm x 2cm) = 3,33 g na cm² m 2c m Po∏ó˝ na stole odwa˝nik 5g. Wywiera ciÊnienie na powierzchni´ sto∏u równe 5g : 6cm² (3cm x 2cm) = 0,833 g na cm² korek z dwoma otworami fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 15 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 15 Nape∏nij probówk´ do po∏owy wodà i zatkaj jà korkiem z jednym otworem. Spróbuj wylaç wod´. Woda nie wycieka poniewa˝, podczas próby jej wylania, w probówce wytwarza si´ podciÊnienie. Powtórz doÊwiadczenie z korkiem z dwoma otworami. Zatkaj tylko jeden otwór palcem i spróbuj ponownie wylaç wod´. Tym razem woda swobodnie wycieka, poniewa˝ jej miejsce w probówce zajmuje powietrze. Teraz wiesz ju˝, dlaczego w puszce zawsze robi si´ dwa otwory, aby wylaç z niej sok! powietrze DoÊwiadczenie 16 Roz∏ó˝ arkusz gumy na stole. na nim lejek, szerokim koƒcem lejek kierunku sto∏u. Naciàgnij gum´ na lejek i zabezpiecz gumkà recepturkà. Drugi koniec lejka odcinkiem w´˝a z rurkà odcinek w´êa sztucznego wciÊni´tà guma gumka rurka recepturka do korka z jednym otworem. t∏ok do cylindra na maksymalnà g∏´bokoÊç. Zatkaj koniec cylindra korkiem z rurkà. Ca∏oÊç powinna wyglàdaç jak na rysunku. korek z jednym otworem t∏ok cylinder Wyciàgnij teraz na kilka centymetrów t∏ok z cylindra. CiÊnienie atmosferyczne wciska gumowà membran´ w g∏àb lejka. Im bardziej wyciàgaç b´dziesz t∏ok, tym wi´ksza b´dzie ró˝nica ciÊnienia atmosferycznego i ciÊnienia wewnàtrz cylindra i tym bardziej membrana wciàgana b´dzie do lejka. Obróç lejek membranà w ró˝ne strony: na dó∏, do góry, na boki. CiÊnienie atmosferyczne jest wsz´dzie takie samo! DoÊwiadczenie 17 Nape∏nij probówk´ po same brzegi wodà. Przykryj jej wylot sztywnà tekturkà. Przytrzymujàc tekturk´ palcem, obróç jà do góry dnem. Usuƒ palec z tekturki. Woda nie wylatuje z probówki! CiÊnienie atmosferyczne wywiera wi´kszy nacisk na tekturk´, ni˝ ci´˝ar wody dzia∏ajàcy na nià w przeciwnym kierunku. tekturka ciÊnienie atmosferyczne DoÊwiadczenie 18 Przetnij na pó∏ soczystà rzep´ lub inne warzywo. Wydrà˝ w Êrodku. Przy∏ó˝ do arkusza tworzywa sztucznego po∏o˝onego na stole i silnie przyciÊnij. PodnieÊ rzep´. Arkusz papieru przylgnà∏. Rzepa dzia∏a jak pompa ssàca. ciÊnienie atmosferyczne Moje Laboratorium - Fizyka • 14 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 16 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 19 Wlej do probówki troch´ wody. Zatkaj probówk´ korkiem z rurkà o d∏ugoÊci 11cm. W∏ó˝ probówk´ do uchwytu umieszczonego w konsoli i gotuj wod´ podgrzewaczem stearynowym do momentu, gdy w probówce zostanie zaledwie kilka kropli. Wyjmij ostro˝nie probówk´ z uchwytu, trzymajàc jà przez grubà, suchà szmatk´, obróç dnem do góry i w∏ó˝ rurk´ do zlewki z wodà. poziom wody ciÊnienie atmosferyczne Woda zacznie si´ powoli podnosiç w rurce i wype∏niaç probówk´. Po odparowaniu wi´kszoÊci wody, w probówce pozosta∏o goràce powietrze. Po zdj´ciu probówki z p∏omienia, powietrze zacz´∏o stygnàç i kurczyç si´. W probówce zacz´∏o wytwarzaç si´ podciÊnienie a ciÊnienie atmosferyczne dzia∏ajàce na powierzchni´ wody w zlewce spowodowa∏o wepchni´cie wody do probówki. Po zrównaniu ciÊnienia wewnàtrz probówki z ciÊnieniem atmosferycznym, woda przesta∏a wlatywaç do probówki. DoÊwiadczenie 20 W celu umo˝liwienia ludziom pracy pod wodà stosuje si´ tzw. kesony. Te urzàdzenia wykorzystywane sà np. przy budowie mostów lub podwodnych tuneli. Keson jest odwróconym, umieszczonym pod wodà naczyniem z powietrzem, Do wn´trza kesonu t∏oczone jest Êwie˝e powietrze umo˝liwiajàce ludziom oddychanie. Pod∏àcz wà˝ do koƒca lejka. W∏ó˝ kulk´ z tworzywa sztucznego do du˝ego, szklanego naczynia z wodà. Przykryj kulk´ lejkiem i dmuchaj w koniec w´˝a jednoczeÊnie obni˝ajàc lejek do dna naczynia. Obserwuj kulk´ przez szklane dno naczynia. Kulka le˝y na dnie, poniewa˝ nie dzia∏a na nià si∏a wyporu cieczy. DoÊwiadczenie 21 Za pomocà tego prostego modelu przeÊledziç mo˝na w jaki sposób dzia∏ajà nasze p∏uca. WciÊnij do korka z dwoma otworami dwa odcinki rurek. Na koniec jednej z nich za∏ó˝ szyjk´ balonu i obwià˝ jà gumkà recepturkà. Na koniec drugiej rurki za∏ó˝ d∏ugi odcinek w´˝a. W∏ó˝ korek do pustej probówki. Wdmuchuj i wydmuchuj powietrze przez wà˝. Balon jest modelem p∏uca. Kurczàc si´ p∏uco wypycha powietrze na zewnàtrz a rozszerzajàc si´ zasysa je z zewnàtrz. 15 • Moje Laboratorium - Energia Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 17 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 22 Barometr to przyrzàd s∏u˝àcy do pomiaru ciÊnienia atmosferycznego. Zbudujemy prawdziwy barometr, za pomocà którego b´dziesz móg∏ odczytaç zmiany ciÊnienia a przy okazji poznaç jego zasad´ dzia∏ania. Wlej do spodka ok 3cm wody. Po∏ó˝ na jego dnie dwa spinacze biurowe. Nape∏nij probówk´ wodà do ¾ obj´toÊci. Zatkaj jà palcem, obróç i postaw na spinaczach. Cz´Êç wody wyleci z probówki, ale po chwili jej poziom ustabilizuje si´. Odklej skal´ BB z samoprzylepnej naklejki i przyklej jà do probówki tak, aby „0” odpowiada∏o idealnie poziomowi wody. Wzrost ciÊnienia atmosferycznego powoduje zwi´kszenie nacisku na powierzchni´ wody w spodku i dlatego poziom wody w probówce podnosi si´. Spadek ciÊnienia powoduje obni˝anie s∏upka wody. DoÊwiadczenie 23 Podgrzej nad p∏omieniem podgrzewacza jeden koniec sztywnej rurki z tworzywa sztucznego i zaÊlep go. W∏ó˝ rurk´ do otworu korka (z dwoma otworami) tak, aby z drugiej jego strony wystawa∏ odcinek o d∏. ok 5cm. Do drugiego otworu w∏ó˝ odcinek rurki o d∏. 5-7cm i na∏ó˝ na jej koniec odcinek w´˝a. Wlej wod´ do ¾ wysokoÊci próbówki i zatkaj jà korkiem. WciÊnij t∏ok do cylindra na ok. ¼ g∏´bokoÊci. W∏ó˝ rurk´ do otworu korka z jednym otworem i po∏àcz jà w´˝em z probówkà. Ca∏oÊç powinna wyglàdaç jak na rysunku. Zaznacz poziom wody w rurce wodoodpornym pisakiem i powoli zacznij wciskaç t∏ok do cylindra. Poziom w rurce zacznie si´ podnosiç. Cofnij t∏ok, a woda zacznie opadaç. Urzàdzenie, które skonstruowa∏eÊ to model barometru, w którym w sposób sztuczny i kontrolowany mo˝na zmieniaç ciÊnienie zewn´trzene. Wciskajàc t∏ok do cylindra, zwi´ksza si´ nacisk powietrza na powierzchni´ wody w probówce i woda wpychana jest do pionowej rurki. Poziom wody roÊnie a gdy cofasz t∏ok, ciÊnienie zewn´trzene spada a poziom wody opada. Moje Laboratorium - Energia • 16 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 18 C M Y CM MY CY CMY K POMPY DoÊwiadczenie 24 WciÊnij t∏ok do cylindra na prawie ca∏à g∏´bokoÊç. Koniec cylindra zatkaj korkiem z osadzonà rurkà o d∏ugoÊci ok. 20cm. Zanurz rurk´ w zlewce z wodà i wyciàgnij t∏ok. Woda przedostaje si´ ze zlewki do probówki. WciÊnij t∏ok i wylej wod´ do zlewu. Powtarzaj te czynnoÊci, a˝ ca∏kowicie opró˝nisz zlewk´. Skonstruowa∏eÊ prostà pomp´. Wyciàgajàc t∏ok z cylindra, w probówce wytwarzasz cz´Êciowà pró˝ni´. CiÊnienie zewn´trzne dzia∏ajàce na powierzchni´ wody w zlewce wciska jà do wn´trza strzykawki. Woda nie jest ÊciÊliwa i dlatego wciskajàc t∏ok do cylindra, wypychasz jà na zewnàtrz strzykawki. DoÊwiadczenie 25 Wymieƒ d∏ugà rurk´ z poprzedniego doÊwiadczenia na krótszà i zastosuj korek z dwoma otworami. Przytnij rurk´ o d∏. 14cm i zagnij jà pod kàtem prostym w odleg∏oÊci 2cm od koƒca. W∏ó˝ korek do probówki z wodà i wciÊnij zagi´tà rurk´ prawie do jej dna. Na wolny koniec prostej rurki na∏ó˝ strzykawk´ z korkiem z jednym otworem. Ca∏oÊç powinna wyglàdaç jak na rysunku. WciÊnij t∏ok strzykawki a woda wypchni´ta zostanie przez rurk´ z probówki. To ciÊnienie powietrza wypycha wod´. Kiedy cofniesz t∏ok, do probówki wciàgni´te zostanie powietrze, które przedostajàc si´ przez wod´ wype∏ni wolnà przestrzeƒ. SYFONY DoÊwiadczenie 26 Nape∏nij probówk´ i wà˝ wodà. Zatkaj jeden koniec w´˝a palcem a drugi koniec w∏ó˝ do probówki. Obni˝ koniec w´˝a poni˝ej probówki i w∏ó˝ go do zlewki. Odetkaj rurk´. Woda samoistnie zacznie przelewaç si´ z probówki do zlewki. Si∏à ci´˝koÊci dzia∏ajàca na wod´ w rurce i ciÊnienie atmosferyczne dzia∏ajàce na powierzchni´ wody w probówce powodujà jej przep∏yw do dolnego naczynia. DoÊwiadczenie 27 Powtórz pierwszà cz´Êç powy˝szego doÊwiadczenia, kiedy jednak troch´ wody przeleje si´ ju˝ do zlewki, podnieÊ jà powy˝ej poziomu probówki. Woda zacznie przelewaç si´ w przeciwnym kierunku. UmieÊç zlewk´ i probówk´ na jednakowej wysokoÊci. Poziomy wody w probówce i w zlewce wyrównajà si´. Sà to tzw. naczynia po∏àczone. 17 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 19 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 28 Zrób przew´˝enie (dysz´) na koƒcu rurki o d∏ugoÊci 12cm. WciÊnij jà przew´˝onym koƒcem do jednego otworu korka (z dwoma otworami). Do drugiego otworu w∏ó˝ krótki odcinek rurki. Zatkaj tak przygotowanym korkiem probówk´ z wodà. Rurk´ z dyszà dosuƒ prawie do samego dna probówki. Za∏ó˝ odcinki w´˝a na koƒce rurek wystajàce z korka. Odwróç probówk´ i nape∏nij wodà rurki i wà˝. Koniec w´˝a przy∏àczony do d∏u˝szej rurki w∏ó˝ do wy˝ej umieszczonego naczynia z wodà. Woda wylatuje z naczynia, nape∏nia probówk´ a nast´pnie opuszcza probówk´ krótszà rurkà. Woda wyciekajàca z probówki powoduje powstanie w probówce podciÊnienia. Wskutek ró˝nicy ciÊnieƒ, ciÊnienie atmosferyczne wciska wod´ z górnego naczynia do probówki. Woda wylewa si´ z probówki krótszà rurkà do momentu opró˝nienia górnego naczynia. DoÊwiadczenie 29 Najprostszym sposobem rozpocz´cia dzia∏ania syfonu jest zaciàgniecie ustami powietrza w rurce do momentu wype∏nienia ca∏ej rurki wodà. W ten sposób nieco wody zawsze dostanie si´ jednak do ust. Jak postàpiç, aby tego uniknàç? Najprostszym sposobem jest zastosowanie naczynia poÊredniczàcego. WciÊnij rurk´ o d∏. 12cm do jednego otworu korka (z dwoma otworami). Rurk´ dosuƒ prawie do samego dna probówki. Do drugiego otworu w∏ó˝ krótki odcinek rurki. Zatkaj tak przygotowanym korkiem probówk´. Za∏ó˝ wà˝ na d∏u˝szà rurk´. Koniec w´˝a przy∏àczony do d∏u˝szej rurki w∏ó˝ do wy˝ej umieszczonego naczynia z wodà. Zassij powietrze krótszà rurkà. Zassanie powietrza powoduje powstanie w probówce podciÊnienia. Wskutek ró˝nicy ciÊnieƒ, ciÊnienie atmosferyczne wciska wod´ z górnego naczynia do probówki. Woda wlewa si´ do probówki d∏u˝szà i wylewa krótszà rurkà a˝ do momentu opró˝nienia górnego naczynia. Moje Laboratorium - Fizyka • 18 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 20 C M Y CM MY CY CMY K SPR¢˚ONE POWIETRZE Spr´˝one powietrze, to po prostu powietrze pozostajàce pod zwi´kszonym ciÊnieniem. Najcz´Êciej magazynowane jest w specjalnych butlach. Spr´˝onym powietrzem nape∏niane sà opony rowerowe i samochodowe. DoÊwiadczenie 30 W∏ó˝ t∏ok do cylindra. Wolny otwór cylindra zatkaj korkiem bez otworu. Przytrzymujàc korek palcem, wciskaj t∏ok. W miar´ przesuwania t∏oka, opór jaki stawia spr´˝one powietrze roÊnie. Energia spr´˝onego powietrza zwi´ksza si´. DoÊwiadczenie 31 Nape∏nij probówk´ wodà po sam brzeg. Zatkaj korkiem bez otworu. W probówce powinien znajdowaç si´ przynajmniej jeden p´cherzyk powietrza. Woda jest nieÊciÊliwa i przenosi ciÊnienie na p´cherzyk powietrza. W miar´ wciskania korka, powietrze zawarte w jego wn´trzu ulega spr´˝eniu i p´cherzyk zmniejsza si´. Im silniej wciskasz korek, tym bardziej obj´toÊç p´cherzyka maleje. Po zwolnieniu nacisku na korek, p´cherzyk powraca do swojej pierwotnej wielkoÊci. DoÊwiadczenie 32 Zanurz pustà, odwróconà zlewk´ w g∏´bokim naczyniu (np. w zlewie lub w wannie). Zauwa˝, ˝e im g∏´biej jà zanurzasz, tym bardziej poziom wody w jej wn´trzu podnosi si´. Przyczynà jest wzrost ciÊnienia hydrostatycznego (cieczy) na du˝ej g∏´bokoÊci. CiÊnienie hydrostatyczne powoduje spr´˝enie powietrza w zlewce. DoÊwiadczenie 33 Zrób przew´˝enie (dysz´) na koƒcu rurki o d∏ugoÊci 12cm. WciÊnij jà przew´˝onym koƒcem do otworu korka (z jednym otworem). Zatkaj tak przygotowanym korkiem probówk´ z wodà. Rurk´ z dyszà dosuƒ prawie do samego dna probówki. Dmuchnij silnie przez rurk´ i odsuƒ si´. Woda wytryskuje z dyszy. Wdmuchujàc do probówki powietrze, spowodowa∏eÊ jego spr´˝enie we wn´trzu probówki. Po odetkaniu rurki ustami, ciÊnienie powietrza wypchn´∏o wod´ z probówki. 19 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 21 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 34 W∏ó˝ rurk´ zakoƒczonà dyszà do otworu korka (z dwoma otworami). Do drugiego otworu w∏ó˝ odcinek rurki o d∏. 5-7cm i na∏ó˝ na jej koniec odcinek w´˝a. Wlej wod´ do probówki i zatkaj jà korkiem. Przy∏àcz strzykawk´. Ca∏oÊç powinna wyglàdaç jak na rysunku. Wciskaj t∏ok do cylindra. Wskutek zwi´kszania ciÊnienia, spr´˝one powietrze wypycha wod´ z probówki, która tworzy ma∏a fontann´. Wyjmij t∏ok i dmuchnij ustami w cylinder. Efekt jest podobny. DoÊwiadczenie 35 Zatkaj pustà strzykawk´ korkiem bez otworu. WciÊnij t∏ok, przytrzymujàc korek palcem. Skieruj w bezpiecznym kierunku i zwolnij palec. Korek wyskoczy z cylindra z du˝ym impetem. DoÊwiadczenie 36 W∏ó˝ do korka z jednym otworem 9cm odcinek rurki i po∏àcz go z wylotem lejka 3cm odcinkiem w´˝a. Ca∏oÊç umieÊç w konsoli. Wlej wod´ do lejka i obserwuj w jaki sposób wlatuje do probówki. Woda powoli wypiera powietrze z probówki, którego p´cherzyki wydobywajà si´ na zewnàtrz przez otwór lejka. Ca∏y proces mo˝e potrwaç nawet kilka minut. PRAWO BERNOULLIEGO W 1773 szwajcarski matematyk Daniel Bernoulli odkry∏ fundamentalnà zasad´ zwiàzanà z przep∏ywem p∏ynów: P∏yn (ciecz lub gaz) wywiera mniejsze ciÊnienie w miejscach, w których przep∏ywa szybciej. Woda przep∏ywajàca przez prosty, gumowy wà˝ wywiera jednakowy nacisk na jego Êcianki. Je˝eli wà˝ jest zakrzywiony, w miejscach gdzie woda p∏ynie szybciej, wywiera mniejszy a w miejscach, w których p∏ynie wolniej wi´kszy nacisk na wewn´trzne Êcianki w´˝a. Moje Laboratorium - Fizyka • 20 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 22 C M Y CM MY CY CMY K Zasad´ Bernoulliego wykorzystano w konstrukcji skrzyd∏a samolotowego. Powietrze op∏ywajàce górnà, wybrzuszonà cz´Êç skrzyd∏a ma wi´kszà pr´dkoÊç wzgl´dem jego powierzchni ni˝ powietrze op∏ywajàce dolnà, prostà czeÊç. Zgodnie z zasadà Bernoulliego, na górnà powierzchni´ skrzyd∏a dzia∏a wi´c mniejsza si∏a nacisku ni˝ na dolnà. Wypadkowa si∏a jest skierowana ku górze (tzw. si∏a noÊna) i pozwala na wznoszenie si´ samolotu. DoÊwiadczenie 37 Wynik tego doÊwiadczenia jest zaskakujàcy. Trzymajàc za rogi ma∏ej kartki papieru przy∏ó˝ jà poziomo do warg i silnie dmuchaj tylko na jej górnà powierzchni´. Wbrew oczekiwaniom kartka odchyla si´ ku górze! Powietrze przep∏ywajàce z du˝à pr´dkoÊcià wzd∏u˝ górnej powierzchni karki wywiera mniejszy naciski ni˝ ciÊnienie atmosferyczne dzia∏ajàce od spodu kartki. DoÊwiadczenie 38 Wytnij pasek z cienkiego kartonu i zagnij jego koƒce pod kàtem prostym jak na rysunku. Po∏ó˝ „mostek” na stole i silnie dmuchaj pod niego, tak jakbyÊ chcia∏ go unieÊç do góry. Efekt jest niespodziewany. Im silniej dmuchasz, tym bardziej mostek odgina si´ do do∏u! silnie dmuchaj DoÊwiadczenie 39 ZawieÊ dwa balony na tej samej wysokoÊci, na niciach o d∏. 1m. Odleg∏oÊç Êcianek balonów powinna wymoÊciç ok. 10cm. Dmuchaj silnie w szczelin´ mi´dzy balonami. Wbrew oczekiwaniom, balony przybli˝ajà si´ do siebie! DoÊwiadczenie 40 To doÊwiadczenie najlepiej przeprowadziç podczas podlewania grzàdek w ogródku. Skieruj pionowo w gór´ strumieƒ wody z w´˝a ogrodniczego. UmieÊç pi∏eczk´ pingpongowà na szczycie fontanny. Pi∏eczka zawisa w powietrzu! CiÊnienie wody uniemo˝liwia pi∏eczce opadni´cie na ziemi´ a ciÊnienie powietrza zabezpiecza jà przed poruszaniem si´ na boki! Mo˝esz tak˝e spróbowaç przeprowadziç to doÊwiadczenie w ∏azience. 21 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 23 C M Y CM MY CY CMY K W¸AÂCIWOÂCI POWIETRZA DoÊwiadczenie 41 Postaw cienkà Êwieczk´ na p∏askiej, niepalnej powierzchni i zapal jà. Przykryj Êwieczk´ odwróconà probówkà. P∏omieƒ po chwili gaÊnie. Powtórz to doÊwiadczenie zast´pujàc probówk´ szklankà a nast´pnie du˝ym s∏oikiem. Im wi´ksza jest pojemnoÊç naczynia, tym d∏u˝ej pali si´ Êwieczka. Proces spalania mo˝e zachodziç tylko w atmosferze tlenu zawartego w powietrzu. Po zu˝yciu tlenu p∏omieƒ gaÊnie. DoÊwiadczenie 42 Wstaw Êwieczk´ do du˝ego, p∏askiego spodka i wlej do niego 2-3cm wody. Zapal Êwieczk´ i przykryj jà odwróconà szklankà. Pozostaw szczelin´ pomi´dzy szklankà a spodkiem. W miar´ zu˝ywania tlenu przez palàcà si´ Êwieczk´, woda w szklance podnosi si´. Po zu˝yciu ca∏ego tlenu p∏omieƒ gaÊnie. Obj´toÊç wciàgni´tej do szklanki wody równa jest obj´toÊci zu˝ytego tlenu. DoÊwiadczenie 43 UWAGA! To doÊwiadczenie nale˝y przeprowadzaç z najwi´kszà ostro˝noÊcià. Rozgrzany pr´t stalowy i p∏onàca wata stalowa sà niezwykle goràce! Z otoczenia nale˝y usunàç wszelkie palne substancje. DoÊwiadczenie nale˝y przeprowadziç nad talerzem z wodà a pr´t stalowy trzymaç przez gruby materia∏, aby uniknàç poparzenia. W∏ó˝ koniec stalowego pr´ta do p∏omienia podgrzewacza. Pr´t silnie si´ rozgrzewa, ale nie chce si´ zapaliç. Ostudê pr´t, nawiƒ na jego koƒcu zwitek stalowej waty i ponownie w∏ó˝ do p∏omienia. Wata pali si´ pomimo, ˝e jest tak˝e wykonana ze stali! Dlaczego? Przyczynà palenia si´ waty jest jej du˝o wi´ksza, ni˝ w przypadku pr´ta, powierzchnia styku z powietrzem. DoÊwiadczenie 44 Rdzewienie (korozja) to proces ∏àczenia si´ metali z tlenem z powietrza. Zwil˝ wodà zwitek stalowej waty i w∏ó˝ go do probówki. Probówk´ zatkaj korkiem z zainstalowanà rurkà o d∏. 30cm. Ca∏oÊç odwróç i zanurz w zlewce z wodà jak na rysunku. Moje Laboratorium - Fizyka • 22 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 24 C M Y CM MY CY CMY K Odczekaj kilka godzin i obejrzyj. Tlen z powietrza znajdujàcego si´ w probówce zosta∏ zu˝yty na po∏àczenie z ˝elazem. Miejsce tlenu w probówce zaj´∏a woda. AERODYNAMIKA Aerodynamika, to dziedzina wiedzy zwiàzana z przep∏ywem powietrza. W∏aÊciwoÊci powietrza zwiàzane ze stawianiem przez niego oporu sà szeroko wykorzystywane w lotnictwie. Do badania modeli wykorzystuje si´ tzw. tunele aerodynamiczne. DoÊwiadczenie 45 Zapal podgrzewacz stearynowy. Zwil˝ wodà tekturk´ (o szerokoÊci 6cm), aby zabezpieczyç jà przed zapaleniem i przytrzymaj przed palàcà si´ Êwieczkà. Dmuchnij silnie na tekturk´ w kierunku p∏omienia. Turbulencje powietrza powodujà odchylenie p∏omienia w stron´ tekturki! dmuchaj DoÊwiadczenie 46 Powtórz poprzednie doÊwiadczenie, zast´pujàc tekturk´ cylindrem z zestawu. Tym razem strumieƒ powietrza op∏ywa cylinder i p∏omieƒ Êwieczki odchyla si´ w przeciwnym kierunku ni˝ w poprzednim doÊwiadczeniu. dmuchaj KONWEKCJA Ciep∏e powietrze jest l˝ejsze ni˝ zimne i dlatego unosi si´ do góry. To zjawisko nazywamy konwekcjà. DoÊwiadczenie 47 Za pomocà taÊmy samoprzylepnej zamocuj szpilk´ do koƒca stalowego pr´ta. Czubek szpilki powinien wystawaç ok.1cm poza jego koniec. Drugi koniec pr´ta w∏ó˝ do otworu w podwoziu. Wytnij spiral´ „E” ze wzornika zamieszczonego w zestawie. Pod Êrodek spirali pod∏ó˝ ma∏y kwadrat wyci´ty z kuchennej folii aluminiowej. Na∏ó˝ spiral´ na szpilk´ i bardzo lekko wciÊnij. Pod spiralà umieÊç zapalony podgrzewacz stearynowy. Spirala powinna zaczàç si´ obracaç. Ewentualnie popchnij jà lekko palcem. Powietrze ogrzewa si´ w p∏omieniu podgrzewacza i jako l˝ejsze unosi si´ do góry wprawiajàc spiral´ w ruch obrotowy. Je˝eli podniesiesz podgrzewacz o kilka centymetrów do góry, pr´dkoÊç wirowania spirali zwi´kszy si´. 23 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite spirala stalowy pr´t podwozie fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 25 C M Y CM MY CY CMY K WODA I INNE CIECZE Trzy czwarte powierzchni kuli ziemskiej zajmujà morza i oceany. Woda jest niezb´dna do ˝ycia na Ziemi. U˝ywamy jej nie tylko do picia. Woda wykorzystywana jest tak˝e do celów sanitarnych, rekreacyjnych, nap´dza turbiny generatorów pràdu w elektrowniach i mo˝emy p∏ywaç po jej powierzchni wielkimi statkami. ELEKTROLIZA DoÊwiadczenie 48 UWAGA! Pod ˝adnym nie wolno pozorem u˝ywaç innych êróde∏ zasilania ni˝ baterii! Wlej wod´ do ¾ obj´toÊci zlewki i dodaj do niej troch´ soli kuchennej. Mieszaj, a˝ sól ca∏kowicie si´ rozpuÊci. Do zacisków zasobnika bateryjnego (z zainstalowanymi bateriami) pod∏àcz dwa odcinki miedzianego drutu. Ka˝dy odcinek musi mieç odizolowane obydwie koƒcówki. Wolne koƒce przewodów zanurz w roztworze soli. Prawie natychmiast przy przewodzie pod∏àczonym do bieguna „-” zauwa˝ysz wydzielajàce si´ p´cherzyki gazu. + – + – Przyjrzyj si´ dok∏adnie elektrodzie „+”. Wydziela si´ przy niej gaz. Pràd elektryczny przep∏ywajàc przez roztwór soli powoduje jego rozk∏ad, czyli elektroliz´. Przy elektrodzie dodatniej wydziela si´ tlen a przy elektrodzie ujemnej - wodór. STAN CIEK¸Y DoÊwiadczenie 49 Ciecze zawsze przyjmujà kszta∏t naczynia, w którym si´ znajdà. Niezale˝nie od kszta∏tu naczynia majà zawsze t´ samà obj´toÊç. W∏ó˝ t∏ok do cylindra i wlej do Êrodka strzykawki troch´ wody. Usuƒ powietrze z cylindra i zatkaj go z drugiej strony korkiem bez otworu. Przytrzymujàc korek palcem, spróbuj Êcisnàç wod´. Nie uda Ci si´! Ciecze sà nieÊciÊliwe! DoÊwiadczenie 50 Zatkaj cylinder korkiem z zainstalowanà rurkà. Wlej wod´ przez wolny otwór cylindra. Woda przedostanie si´ do w´˝a i jej poziom w w´˝u zrówna si´ z poziomem wody w probówce. W naczyniach po∏àczonych poziomy cieczy sà jednakowe. Moje Laboratorium - Fizyka • 24 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 26 C M Y CM MY CY CMY K PRAWO ARCHIMEDESA Legenda g∏osi, ˝e, wielki grecki uczony - Archimedes ˝yjàcy w III wieku p.n.e., zauwa˝y∏, ˝e podczas kàpieli jego cia∏o wydaje si´ dziwnie lekkie. Podobno wyskoczy∏ nagi z wanny i p´dzàc przez miasto krzycza∏ „eureka, eureka ”, co po grecku znaczy „odkry∏em, odkry∏em”. Archimedes dowiód∏, ˝e cia∏o zanurzone w wodzie pozornie traci na wadze tyle, ile wa˝y wyparta przez niego woda. Odkry∏ tak˝e, ˝e obj´toÊç wypartej wody równa jest obj´toÊci cia∏a, które t´ wod´ wypar∏o. Dalsze doÊwiadczenia pozwoli∏y stwierdziç, ˝e prawo Archimedesa dotyczy wszystkich cia∏ i p∏ynów (cieczy i gazów). Z prawa Archimedesa wynika tak˝e, ˝e ka˝de cia∏o, które jest l˝ejsze ni˝ woda o obj´toÊci tego cia∏a, b´dzie p∏ywaç po jej powierzchni. SI¸A WYPORU DoÊwiadczenie 51 Przywià˝ 5g odwa˝nik i metalowy krzy˝ak do nitki wagi spr´˝ynowej. Zanotuj ich ci´˝ar. Zanurz je w wodzie, nie zdejmujàc z wagi. Teraz wa˝à wyraênie mniej. Na cia∏o zanurzone w cieczy dzia∏a si∏a wyporu skierowana do góry o wartoÊci równej ci´˝arowi wody wypartej przez to cia∏o. DoÊwiadczenie 52 W ten sposób mo˝esz mierzyç obj´toÊç przedmiotów o dowolnych kszta∏tach. Pami´taj tylko, aby przed ka˝dym pomiarem wylaç wod´ z menzurki! cm³ 30 25 9cm W∏ó˝ do zlewki zagi´tà s∏omk´ do picia napojów (rysunek A). Zagi´ty koniec s∏omki wyprowadê poza zlewk´. Pochyl zlewk´ na tyle, aby woda zacz´∏a skapywaç przez s∏omk´ na zewnàtrz zlewki (rysunek B). Pod∏ó˝ menzurk´ pod wylot s∏omki. Nie zmieniajàc po∏o˝enia zlewki wrzuç do niej 5g odwa˝nik. Sprawdê obj´toÊç wody, która zebra∏a si´ w menzurce po wrzuceniu odwa˝nika. Jest równa obj´toÊci odwa˝nika. 20 10 5 A B C DoÊwiadczenie 53 Powtórz poprzednie doÊwiadczenie, ale tym razem wrzuç do zlewki przedmiot, który p∏ywa z dowiàzanym 1g ci´˝arkiem. Ci´˝ar wypartej wody równy jest ci´˝arowi zanurzonego przedmiotu. cm³ 30 25 20 10 Si∏a wyporu jest skierowana pionowo w gór´ i dzia∏a na zanurzony lub cz´Êciowo zanurzony przedmiot. 25 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite 5 fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 27 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 54 Napompuj i zawià˝ balon. Spróbuj zanurzyç go w wiadrze lub w wannie. Z uwagi na du˝à obj´toÊç balonu, dzia∏ajàca na niego si∏a wyporu ma du˝à wartoÊç. Kiedy balon b´dzie ca∏kowicie zanurzony w wodzie, wypuszczaj z niego powoli powietrze. Mo˝esz ∏atwo wyczuç, ˝e wartoÊç si∏y wyporu maleje. balon w wannie DoÊwiadczenie 55 Wstaw pustà probówk´ do zlewki z wodà wype∏nionà do ¾ obj´toÊci. Dolewaj do probówki wody za pomocà zakraplacza. Probówka zwi´ksza swój ci´˝ar i zanurza si´ coraz g∏´biej. Kiedy ∏àczny ci´˝ar probówki i zawartej w niej wody przekroczy wartoÊç si∏y wyporu, probówka zacznie tonàç. DoÊwiadczenie 56 G´stoÊç równa jest ilorazowi ci´˝aru i obj´toÊci tego cia∏a. Aby wyznaczyç g´stoÊç substancji, z której wykonany jest przedmiot musimy wi´c znaleêç jego mas´ (zwa˝yç go) i obj´toÊç (wyznaczyç np. za pomocà aparatu z doÊwiadczenia 53). Za∏ó˝my, ze przedmiot wazy 70g i ma obj´toÊç 35cm³. Obliczamy: g´stoÊç = masa : obj´toÊç = 70g: 35cm³ = 2g/cm³ G´stoÊç wody wynosi 1g/cm³. Ka˝da substancja o g´stoÊci mniejszej ni˝ 1g/cm³ p∏ywa po powierzchni wody. DoÊwiadczenie 57 Wlej wod´ do s∏oika i w∏ó˝ do niego jajko. Powinno utonàç. Wyjmij je i rozpuÊç w wodzie jak najwi´cej soli kuchennej. W∏ó˝ ponownie jajko do roztworu. Tym razem p∏ywa! G´stoÊç jajka jest nieznacznie wi´ksza ni˝ 1g/cm³ i dlatego jajko p∏ywa w czystej wodzie o g´stoÊci 1g/cm³. S∏ona woda ma g´stoÊç wi´kszà, ni˝ g´stoÊç jajka i dlatego jajko tonie w niej. czysta woda roztwór soli Moje Laboratorium - Fizyka • 26 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 28 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 58 ¸odzie podwodne zanurzajà i wynurzajà si´ wskutek zmiany swojego ci´˝aru. Za chwil´ przeprowadzimy doÊwiadczenie, dzi´ki któremu zobaczysz ich zasad´ dzia∏ania. Wlej do probówki troch´ wody i wstaw jà do zlewki z wodà. Zatkaj probówk´ korkiem z dwoma otworami z zainstalowanymi sztywnymi rurkami. Jedna z rurek musi si´gaç do dna probówki a druga powinna byç bardzo krótka. Na koƒce rurek za∏ó˝ odcinki w´˝a. Jeden koniec w´˝a zanurz w wodzie, która znajduje si´ w zlewce. Aby Twoja „∏ódê podwodna” zanurzy∏a si´ - wciàgnij powietrze ustami. Do probówki nabierze si´ woda i probówka zacznie tonàç. Je˝eli chcesz, aby si´ wynurzy∏a – dmuchnij w rurk´. DoÊwiadczenie 59 Przytnij odcinek w´˝a o d∏. 5cm i odcinek rurki o d∏. 1,6cm. Wyrównaj jeden koniec rurki papierem Êciernym i na∏ó˝ na niego odcinek przyci´tego w´˝a. Na wà˝ na∏ó˝ gumowà cz´Êç zakraplacza. Ca∏oÊç nape∏nij wodà i zanurz w zlewce (lub w menzurce) z wodà. Twoja „∏ódê podwodna” tonie. Wywa˝ jà teraz usuwajàc z niej cz´Êç wody i wprowadzajàc troch´ powietrza. Urzàdzenie powinno swobodnie unosiç si´ w toni wodnej. Nadmuchaj balon i przyciÊnij go doÊç silnie do otworu zlewki (lub menzurki). ¸ódê podwodna zanurza si´! Zwolnij nacisk a zacznie podà˝aç ku górze. Powtórz to kilka razy. Wywierajàc nacisk na balon powodujesz spr´˝anie powietrza znajdujàcego si´ w zlewce nad wodà. NieÊciÊliwa woda przenosi nacisk na powietrze znajdujàce si´ w „∏odzi podwodnej” wskutek czego ulega ono spr´˝eniu. Do wn´trza dostaje si´ wi´cej wody i „∏ódê” tonie. Zwalniajàc nacisk na balon woda obni˝a si´ w zbiorniczku i ∏ódê wyp∏ywa na powierzchni´. NAPI¢CIE POWIERZCHNIOWE DoÊwiadczenie 60 Nape∏nij szklank´ wodà. Przy∏ó˝ ig∏´ do zagi´tego skrawka bibu∏y lub papieru toaletowego i ca∏oÊç po∏ó˝ delikatnie na powierzchni wody. Po chwili skrawek bibu∏y utonie, ale ig∏a p∏ywaç b´dzie po powierzchni. Dlaczego ig∏a nie tonie? Ci´˝ar w∏aÊciwy stali jest przecie˝ du˝o wi´kszy ni˝ ci´˝ar w∏aÊciwy wody. Przyjrzyj si´ dok∏adnie powierzchni wody wokó∏ ig∏y. Jest wyraênie ugi´ta. To si∏y napi´cia powierzchniowego utrzymujà ig∏´ na powierzchni. 27 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite wciàgnij powietrze fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 29 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 61 WpuÊç do wody z p∏ywajàcà ig∏à kropl´ p∏ynu do prania lub roztworu myd∏a. Ig∏a natychmiast utonie, poniewa˝ detergenty zmniejszajà wartoÊç napi´cia powierzchniowego. DoÊwiadczenie 62 W czystej wodzie znajdujàcej si´ w zlewce, rozpuÊç 1-2 krople p∏ynu do prania lub roztworu myd∏a. Teraz w ˝aden sposób nie uda Ci si´ po∏o˝yç ig∏y na powierzchni wody. DoÊwiadczenie 63 Nape∏nij probówk´ wodà po same brzegi. Dodawaj jeszcze wody wkraplajàc jà zakraplaczem po jednej kropli. Zdziwisz si´, ile jeszcze kropli zmieÊci si´ w probówce. Zauwa˝, ˝e powierzchnia wody uwypukli∏a si´! KAPILARY (ZJAWISKO W¸OSOWATOÂCI) DoÊwiadczenie 64 Cia∏o p∏ywajàce w wodzie przemieszcza si´ zawsze do najwy˝ej po∏o˝onego punktu powierzchni cieczy, w której jest zanurzone. Nape∏nij probówk´ wodà do ¾ obj´toÊci i wrzuç do niej skrawek papieru. Papier p∏ywa przy Êciankach probówki, czyli tam, gdzie poziom wody jest najwy˝szy. Wyjmij papier i dolej tyle wody, ile w doÊwiadczeniu 61. Po∏ó˝ papierek na jej powierzchni. Teraz papierek utrzymuje si´ w Êrodku lustra wody, poniewa˝ jest to najwy˝ej po∏o˝ony punkt. DoÊwiadczenie 65 W∏ó˝ rurk´ do zlewki z wodà i porusz nià 2-3 razy do góry i na dó∏. Zauwa˝, ˝e poziom wody w rurce jest wy˝szy ni˝ w zlewce a powierzchnia wody jest wyraênie zakrzywiona. W∏ó˝ do zlewki wà˝. Woda równie˝ si´ w nim podniesie, ale mniej ni˝ w sztywnej rurce. Im mniejsza Êrednica rurki, tym wy˝ej podnosi si´ w niej poziom wody. W bardzo cienkich rurkach zwanych kapilarami woda podnosi si´ na bardzo du˝à wysokoÊç. Moje Laboratorium - Fizyka • 28 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 30 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 66 Uwaga! Lustro z zestawu mo˝e byç zabezpieczone cienkà folià, którà nale˝y zdjàç! Z∏ó˝ ze sobà p∏ytk´ z tworzywa sztucznego i lusterko, zepnij je gumkà recepturkà i odsuƒ od siebie z jednego boku, wk∏adajàc zapa∏k´ mi´dzy p∏ytki (rysunek). Zanurz dolne cz´Êci p∏ytek w wodzie. Wskutek zjawiska w∏osowatoÊci woda zostanie wciàgni´ta pomi´dzy p∏ytki i uformuje kszta∏t jak na rysunku. Poziom wody jest najwy˝szy w miejscu, w którym p∏ytki stykajà si´ a obni˝a si´ wraz ze wzrostem odleg∏oÊci mi´dzy p∏ytkami. DoÊwiadczenie 67 Wlej do zlewki troch´ wody i dodaj kilka kropli atramentu lub barwnika spo˝ywczego. Wymieszaj. Wstaw bia∏à kred´ do pisania na kilka godzin do zlewki. Wskutek zjawiska w∏osowatoÊci woda podniesie si´ na du˝à wysokoÊç i zwil˝y ca∏à kred´. Na takiej zasadzie dzia∏ajà naczynia kapilarne znajdujàce si´ w korzeniach roÊlin, którymi transportowana jest woda niezb´dna do ich ˝ycia.. CIÂNIENIE WODY DoÊwiadczenie 68 Zmontuj zestaw pokazany na poni˝szym rysunku. Rurki przywià˝ do konsoli. Pos∏ugujàc si´ zakraplaczem, wlej do pionowych rurek 3-4cm wody. Rozciàgnij na lejku arkusz gumy i zabezpiecz go gumkà recepturkà. Lejek po∏àcz odcinkiem w´˝a z pionowà rurkà. Na d∏u˝szà, pionowà rurk´ naklej podzia∏k´ AA z samoprzylepnej naklejki z zestawu. Pami´taj, aby poziom wody w rurce odpowiada∏ „0” na skali. NaciÊnij na gumowà membran´ palcem. Poziom wody w rurce podnosi si´ wskazujàc na skali ciÊnienie jakie wywar∏eÊ na arkusz gumy. Urzàdzenie, które zbudowa∏eÊ to MANOMETR, czyli przyrzàd s∏u˝àcy do pomiaru ciÊnienia. Pozostaw go do nast´pnych doÊwiadczeƒ. sztywna rurka wà˝ elastyczny wà˝ elastyczny DoÊwiadczenie 69 Zanurz lejek manometru w zlewie z wodà. Im g∏´biej zanurzasz lejek, tym wi´ksze ciÊnienie wskazuje manometr. CiÊnienie wody zale˝y od g∏´bokoÊci. 29 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 31 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 70 Powtórz doÊwiadczenie 69 obracajàc lejek w ró˝nych kierunkach, ale pozostawiajàc go na jednakowej g∏´bokoÊci. Niezale˝nie od ustawienia lejka, ciÊnienie na okreÊlonej g∏´bokoÊci jest takie samo. DoÊwiadczenie 71 Zmierz wartoÊç ciÊnienia na g∏´bokoÊci 30cm w ró˝nych naczyniach: wannie, zlewie, wiadrze. CiÊnienie jest jednakowe we wszystkich przypadkach i nie zale˝y od kszta∏tu naczynia, w którym znajduje si´ woda. DoÊwiadczenie 72 Zmierz wartoÊç ciÊnienia na dogodnej do pomiaru g∏´bokoÊci dla ró˝nych cieczy: wody, roztworu soli, mleka. WartoÊç ciÊnienia tym razem b´dzie si´ ró˝niç. CiÊnienie zale˝y od g´stoÊci cieczy! Przytnij dwa odcinki rurek, ka˝da o d∏ugoÊci 10cm. Zagnij je pod kàtem prostym 4cm od koƒca. Po∏ó˝ je p∏asko na stole i zagnij koƒce pod kàtem prostym. Rurki powinny wyglàdaç ja na rysunku. WciÊnij 4cm odcinki rurek do korka z dwoma otworami w taki sposób, aby wyloty rurek skierowane by∏y w przeciwnych kierunkach. Korek wciÊnij do cylindra. 3cm DoÊwiadczenie 73 m 4c Przywià˝ do wkr´ta odcinek nici o d∏. 30cm. Wkr´ç go w Êrodek korka bez otworu. Zmontuj ca∏oÊç i trzymajàc za koniec nitki i sprawdê, czy ca∏e urzàdzenie obraca si´ swobodnie. Wyjmij korek z nitkà z górnej cz´Êci cylindra i poproÊ kogoÊ, aby zatka∏ palcami wyloty rurek. Wlej przez lejek wod´ do cylindra i zatkaj cylinder korkiem. Po odetkaniu otworów ca∏e urzàdzenie zaczyna obracaç si´ wokó∏ w∏asnej osi. Im poziom wody w cylindrze jest wy˝szy, tym pr´dkoÊç obrotowa jest wi´ksza. Moje Laboratorium - Fizyka • 30 Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 32 C M Y CM MY CY CMY K PAROWANIE I SRAPLANIE CIECZY DoÊwiadczenie 74 Uwaga! Wrzuç do probówki kilka kamyków przed zagotowaniem wody, aby zapobiec przegrzaniu i wykipieniu cieczy. Zagotuj w probówce troch´ wody. W czasie wrzenia woda zamienia si´ w gaz – par´ wodnà. Im d∏u˝ej gotujesz wod´, tym bardziej ubywa jej w probówce. Zjawisko zamiany cieczy w gaz nazywamy parowaniem. Pozostaw aparatur´ do nast´pnych doÊwiadczeƒ. DoÊwiadczenie 75 Uwaga! Wrzuç do probówki kilka kamyków przed zagotowaniem wody, aby zapobiec przegrzaniu i wykipieniu cieczy. Ponów poprzednie doÊwiadczenie. Podczas wrzenia wody przy∏ó˝ lusterko do wylotu probówki. Zbierajà si´ na nim krople. To woda, która skropli∏a si´ wskutek och∏odzenia pary wodnej. Zjawisko zamiany gazu w ciecz nazywamy skraplaniem. DoÊwiadczenie 76 Uwaga! Wrzuç do probówki kilka kamyków przed zagotowaniem wody, aby zapobiec przegrzaniu i wykipieniu cieczy. Przygotuj aparatur´ pokazanà na rysunku. Do probówki, w której b´dziesz odgrzewa∏ ciecz wsyp troch´ rozpuszczalnej kawy i dolej wody. Probówk´ zamknij korkiem z osadzonà rurkà. Drugà, pustà probówk´ zatkaj korkiem z osadzonymi dwoma rurkami i wstaw do szklanki z zimnà wodà. Po∏àcz rurki w´˝em. Doprowadê kaw´ do wrzenia podgrzewajàc probówk´ nad p∏omieniem. Kawa wrze a przez rurk´ wydobywa si´ para wodna. Para wodna sch∏adza si´ na zimnych Êciankach drugiej probówki i ulega skropleniu. W drugiej probówce zbiera si´ czysta woda, bez domieszki kawy! Przeprowadzi∏eÊ DESTYLACJ¢ wody. 31 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja I 4/14/08 10:13 AM Page 33 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 77 Uwaga! Wrzuç do probówki kilka kamyków przed zagotowaniem wody, aby zapobiec przegrzaniu i wykipieniu cieczy. Umyj probówki i zast´pujàc kaw´ s∏onà woda, powtórz poprzednie doÊwiadczenie. Sprawdê smak przedestylowanej cieczy. Nie b´dzie w niej soli! DoÊwiadczenie 78 UmieÊç w odleg∏oÊci 10cm od siebie dwie krople wody na nas∏onecznionym parapecie. Zas∏oƒ jednà z nich lusterkiem, aby nie dociera∏y do niej promienie S∏oƒca. Sprawdê po kilku godzinach zmian´ obj´toÊci kropli. Woda z kropli poddana promieniowaniu s∏onecznemu paruje szybciej. SzybkoÊç parowania zale˝y od iloÊci dostarczonego ciep∏a. DoÊwiadczenie 79 UmieÊç w odleg∏oÊci 50cm od siebie dwie krople wody na parapecie. Wachluj powietrze ksià˝kà na jednà kropl´. Woda z tej kropli wyparuje szybciej. Ruch powietrza zwi´ksza szybkoÊç parowania. DoÊwiadczenie 80 UmieÊç po jednej kropli wody w dwóch probówkach. Jednà probówk´ przykryj wilgotnà (nie mokrà) chusteczkà. Woda wyparuje du˝o szybciej z nie przykrytej probówki. Wysoka wilgotnoÊç powietrza zmniejsza szybkoÊç parowania. DoÊwiadczenie 81 WpuÊç jednakowà iloÊç kropli do zlewki i do probówki. Pozostaw na noc. Rano sprawdê, z którego naczynia wyparowa∏o wi´cej wody. W zlewce parowanie jest szybsze z uwagi na wi´kszà powierzchni´ parowania. SzybkoÊç parowania zwi´ksza si´ wraz ze wzrostem powierzchni parowania. SI¸Y I RUCH Bezw∏adnoÊç to cecha sprawiajàca, ˝e cia∏o, na które nie dzia∏a ˝adna si∏a pozostaje w ruchu lub pozostaje statyczne. Moje Laboratorium - Fizyka • 32 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 1 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 82 Po∏ó˝ na ziemi linijk´ i odsuƒ si´ od niej na 4-5m. Rozp´dê si´ i spróbuj zatrzymaç tu˝ przed linijkà. Pomimo, ˝e Twoje stopy zatrzymajà si´, cia∏o nadal b´dzie poruszaç si´ do przodu. To w∏aÊnie bezw∏adnoÊç. Uwa˝aj, aby si´ nie przewróciç! DoÊwiadczenie 83 Pasy bezpieczeƒstwa stosowane w samochodach chronià nas przed skutkami wypadków. P´dzàcy samochód uderzajàcy w przeszkod´, zatrzymuje si´ w jednym momencie, ale pasa˝erowie nadal poruszajà si´ do przodu. Pasy bezpieczeƒstwa chronià ich przed wypadni´ciem przez przednià szyb´ i przed uderzeniem g∏owà w desk´ rozdzielczà. Zmontuj wózek pokazany na rysunku zgodnie z opisem na str. 7 i po∏ó˝ na nim 5g odwa˝nik. Rozp´dê wózek i pozwól, aby uderzy∏ w le˝àcà na pod∏odze ksià˝k´. W momencie zderzenia wózek zatrzyma si´ w miejscu, ale odwa˝nik przemieÊci si´ do przodu zgodnie z pierwotnym kierunkiem ruchu wózka. DoÊwiadczenie 84 Przywià˝ wózek nitkà do wagi spr´˝ynowej. Ciàgnàc za wag´ wpraw wózek w ruch obserwujàc jednoczeÊnie wskazanie wagi. Zwróç uwag´, ˝e poruszenie wózka z miejsca wymaga wi´kszej si∏y ni˝ póêniejsze utrzymywanie go w ruchu. DoÊwiadczenie 85 Wytnij z tektury kwadrat wielkoÊci umo˝liwiajàcej przykrycie nim zlewki. Po∏ó˝ go na zlewce a na wierzchu umieÊç kulk´. Wyszarpnij gwa∏townie tekturk´. Wskutek w∏asnej bezw∏adnoÊci kulka wpadnie do zlewki. DoÊwiadczenie 86 Postaw zlewk´ z wodà na kartce papieru. Wyszarpnij gwa∏townie kartk´. Zlewka pozostanie na swoim miejscu wskutek w∏asnej bezw∏adnoÊci. 33 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 2 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 87 Skonstruujemy teraz zabawk´ wynalezionà dawno temu w Chinach – yo-yo. Z pomocà ko∏ka po∏àcz ze dwa du˝e ko∏a. Zabezpiecz je szpilkami z tworzywa sztucznego przed spadaniem. W celu zapobie˝enia Êlizgania si´ kó∏ na ko∏ku w∏ó˝ mi´dzy nie kawa∏ek papieru. Przywià˝ do ko∏ka koniec cienkiego, mocnego sznurka. Yo-yo gotowe! Nawiƒ sznurek na ko∏ek i trzymajàc za koniec sznurka wypuÊç kó∏ka z r´ki. W miar´ odwijania si´ sznurka z ko∏ka, kó∏ka pod wp∏ywem si∏y ci´˝koÊci nabierajà coraz wi´kszej pr´dkoÊci obrotowej. Po ca∏kowitym odwini´ciu si´ sznurka, wirujà nadal wskutek w∏asnej bezw∏adnoÊci i powodujà ponowne nawijanie sznurka na ko∏ek. Kó∏ka podnoszà si´ na sznurku i ca∏y cykl powtarza si´. DoÊwiadczenie 88 Postaw zlewk´ na pod∏odze i spróbuj wrzuciç do niej kulk´ umieszczajàc jà nieruchomo nad zlewkà. Jest to stosunkowo proste. Powtórz doÊwiadczenie, ale tym razem puÊç kulk´ przechodzàc obok zlewki dok∏adnie nad jej otworem. Tym razem kulka na pewno nie wpadnie do Êrodka, poniewa˝ wskutek w∏asnej bezw∏adnoÊci nadal porusza si´ do przodu. GRAWITACJA Angielski uczony - Sir Isaac Newton, który ˝y∏ w XVI/XVII wieku odkry∏ prawa rzàdzàce przyciàganiem ziemskim. Legenda g∏osi, ˝e na trop odkrycia wpad∏, gdy uderzy∏o go w g∏ow´ jab∏ko spadajàce z drzewa. A w∏aÊciwie dlaczego nie polecia∏o do góry albo na bok? - pomyÊla∏. Ka˝de urzàdzenie: samochód, samolot, czy zabawka musi byç zaprojektowane przy uwzgl´dnieniu prawa powszechnego cià˝enia. Przyciàganie ziemskie, nazywane tak˝e grawitacjà, sprawia, ˝e przedmioty spoczywajà na ziemi a nie poruszajà si´ swobodnie w powietrzu. Grawitacja utrzymuje wod´ w oceanach i atmosfer´ wokó∏ kuli ziemskiej. Jednak tak˝e wskutek koniecznoÊci pokonania si∏y grawitacji m´czymy si´ wchodzàc na wysokà gór´, czy podnoszàc du˝y ci´˝ar. DoÊwiadczenie 89 Dowià˝ 5g ci´˝arek do nitki o d∏ugoÊci 1m. To urzàdzenie to tzw. pion. Trzymaj za koniec sznurka a nitka idealnie ustawi si´ wzd∏u˝ pionu, czyli linii przechodzàcej przez Êrodek geometryczny Ziemi. Swojego urzàdzenia mo˝esz u˝yç do wyprostowania krzywo wiszàcych obrazów w Twoim mieszkaniu a nawet do sprawdzenia, czy Êciany sà prawid∏owo postawione. Moje Laboratorium - Fizyka • 34 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 3 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 90 UmieÊç podwozie na kraw´dzi sto∏u lub pó∏ki. Cz´Êç z otworem powinna znajdowaç si´ poza kraw´dzià. Drugi koniec podwozia zabezpiecz przed spadni´ciem obcià˝ajàc go ci´˝kim przedmiotem. Pos∏ugujàc si´ Twoim pionem umieÊç zlewk´ (wype∏nionà wodà do 1/3 wysokoÊci) dok∏adnie pod otworem w podwoziu. Wrzuç kulk´ przez otwór w podwoziu. Wpadnie idealnie do Êrodka zlewki. Przedmioty zawsze spadajà wzd∏u˝ pionu. DoÊwiadczenie 91 Wejdê na krzes∏o i zrzuç jednoczeÊnie z jednakowej wysokoÊci du˝y i ma∏y przedmiot z Twojego zestawu. PoproÊ kogoÊ, aby obserwowa∏ moment zetkni´cia si´ przedmiotów z pod∏ogà. Obydwa przedmioty osiàgajà poziom pod∏ogi w jednakowym czasie. Ró˝nica ci´˝arów nie ma wp∏ywu na czas spadania. Czas spadania 10 tonowej kuli jest dok∏adnie równy czasowi spadania a kulki o wadze 10g (przy za∏o˝eniu, ˝e pomijamy opór powietrza)! DoÊwiadczenie 92 Trzeba wiedzieç, ˝e w warunkach rzeczywistych na czas swobodnego spadku wp∏yw ma tak˝e opór powietrza. Przetnij kartk´ papieru na dwie równe cz´Êci. Jednà z nich zwiƒ w zbità kulk´. Zrzuç jednoczeÊnie obydwie cz´Êci kartki z jednakowej wysokoÊci. Kartka zwini´ta w kulk´ spada na pod∏og´ du˝o szybciej ni˝ kartka w postaci arkusza, poniewa˝ powietrze stawia dla niej mniejszy opór. Zjawisko oporu powietrza wykorzystano przy konstruowaniu spadochronu. Opór jaki stawia powietrze pozwala spadochroniarzowi bezpiecznie opaÊç na ziemi´. W pró˝ni spadochron spad∏aby dok∏adnie z takà samà pr´dkoÊcià jak stalowa kula! DoÊwiadczenie 93 Rzuç pi∏k´ w kierunku poziomym najdalej jak potrafisz. Powtórz rzut, ale tym razem skieruj pi∏k´ nieco w gór´. W drugim przypadku pi∏ka wylàduje dalej, poniewa˝ ma wi´cej czasu na lot. 35 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 4 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 94 Nie b´dziemy wykonywaç, tego doÊwiadczenia, poniewa˝ mog∏oby byç zbyt niebezpieczne dla Ciebie lub dla innych osób. Wystarczy, ˝e wyobrazimy sobie, ˝e mierzàc czas jaki up∏ywa od rzucenia kamienia z du˝ej wysokoÊci do chwili, w której us∏yszymy, ˝e upad∏ na ziemi´ mo˝na dok∏adnie obliczyç wysokoÊç z jakiej zosta∏ zrzucony. metry 250 Spójrz na za∏àczony wykres, na którym pokazano zale˝noÊç drogi przebytej przez spadajàce cia∏o od czasu spadania. W pierwszej sekundzie lotu cia∏o przebywa 10m (Êrednia pr´dkoÊç 10m/s), w drugiej odcinek od 10m do 40m czyli 30m (Êrednia pr´dkoÊç 30m/s) a w trzeciej od 40m do 90m czyli 50m (Êrednia pr´dkoÊç 50m/s). 200 150 100 50 250 0 sekundy 1 2 3 4 5 DoÊwiadczenie 95 Opóênienie cia∏a podrzuconego pionowo do góry jest równe co do wartoÊci bezwzgl´dnej przyspieszeniu, jakie to cia∏o osiàga podczas swobodnego spadku. Je˝eli podrzucona do góry pi∏ka spadnie na ziemi´ po 3s, oznacza to, ˝e wznosi∏a si´ przez 1,5s i opada∏a tak˝e przez 1,5s. ÂRODEK CI¢˚KOÂCI Ka˝de cia∏o zachowuje si´ tak, jakby ca∏a jego masa skupiona by∏a w jednym punkcie. Ten punkt nazywamy Êrodkiem ci´˝koÊci. Ârodek ci´˝koÊci nie zawsze pokrywa si´ ze Êrodkiem geometrycznym. Czasem mo˝e nawet le˝eç poza przedmiotem! DoÊwiadczenie 96 Staƒ ty∏em do Êciany dotykajàc jej plecami i pi´tami. Spróbuj dotknàç palcami ràk do stóp. Nie uda Ci si´! Zwykle, kiedy pochylamy si´ do przodu, nasze nogi automatycznie odchylajà si´ do ty∏u, aby zrównowa˝yç mas´ przedniej cz´Êci cia∏a i utrzymaç nasz Êrodek ci´˝koÊci nad stopami. Âciana uniemo˝liwia takie odchylenie i dlatego przewracasz si´ do przodu. DoÊwiadczenie 97 Ârodek ci´˝koÊci ko∏a wyci´tego z papieru pokrywa si´ z jego Êrodkiem geometrycznym. Równie ∏atwo znajdziemy Êrodek ci´˝koÊci prostokàta i kwadratu. Znajduje si´ w miejscu przeci´cia przekàtnych. Sprawdê to, próbujàc otrzymaç na czubku o∏ówka wyci´te z kartonu figury. Êrodek ci´˝koÊci Moje Laboratorium - Fizyka • 36 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 5 C M Y CM MY CY CMY K A gdzie znajduje si´ Êrodek ci´˝koÊci figur o nieregularnych kszta∏tach? Wytnij nieregularny kszta∏t z kartonu. ZawieÊ kartonik na pinezce i kilka razy obróç na niej, aby swobodnie zwisa∏. Punkt ci´˝koÊci znajduje si´ na linii pionowej i zawsze „szuka” najni˝szego punktu. Weê swój pion i narysuj na kartoniku pionowà lini´. Zaczep ponownie figur´ na pinezce, ale przebij jà tym razem w innym punkcie i ponownie wyznacz oraz narysuj pion. Punkt ci´˝koÊci znajduje si´ w miejscu przeci´cia dwóch narysowanych linii! Mo˝esz to sprawdziç powtarzajàc trzeci raz ca∏à procedur´ i przebijajàc kartonik w kolejnym punkcie. Trzecia linia powinna tak˝e przejÊç przez wyznaczony ju˝ Êrodek ci´˝koÊci. Sprawdê doÊwiadczalnie, czy uda∏o Ci si´ dok∏adnie wyznaczyç Êrodek ci´˝koÊci. 5gr 5gr DoÊwiadczenie 98 Wytnij ze sztywnego papieru pasek o d∏ugoÊci 25cm i szerokoÊci 2cm. Zwiƒ go w p´tl´ i zabezpiecz spinaczem biurowym. Postaw na lekko pochy∏ej powierzchni. Spinacz powinien znajdowaç si´ w miejscu pokazanym na rysunku. Pozornie wbrew sile ci´˝koÊci, walec wtoczy si´ nieco do góry! W rzeczywistoÊci Êrodek ci´˝koÊci walca przemieÊci∏ si´ w dó∏. DoÊwiadczenie 99 W∏ó˝ do otworu korka odcinek rurki z tworzywa sztucznego o d∏ugoÊci 10cm. Nak∏uj bok korka grubà ig∏à i wciÊnij w otwór kawa∏ek wygi´tego w ∏uk, stalowego drutu (Nie wyginaj stalowego pr´ta z zestawu – b´dziesz go jeszcze potrzebowa∏!). Na koƒcu drutu przyczep magnes. rurka korek z otworem Ca∏oÊç umieÊç na kraw´dzi sto∏u podpierajàc na rurce (rysunek). Ârodek ci´˝koÊci tej konstrukcji znajdujàcy si´ pod koƒcem rurki nie mo˝e si´ obni˝yç, poniewa˝ „przeszkadza” mu stó∏ i ca∏oÊç pozostaje w równowadze. 37 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite stalowy drut magnes fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 6 C M Y CM MY CY CMY K SI¸A ODÂRODKOWA Si∏a odÊrodkowa dzia∏ajàca na cia∏o poruszajàce si´ po okr´gu skierowana jest na zewnàtrz tego okr´gu. DoÊwiadczenie 100 Do tego doÊwiadczenia, które najbezpieczniej jest wykonaç na dworze, potrzebujesz ma∏ego, lekkiego wiaderka. Sprawdê, czy ràczka jest pewnie zamocowana. Wlej do wiaderka troch´ wody. Trzymajàc za ràczk´, zataczaj szybko r´kà okr´gi jak na rysunku. Nawet w po∏o˝eniu dnem do góry, woda nie wylatuje z naczynia! Wewnàtrz utrzymuje jà si∏a odÊrodkowa dzia∏ajàca na wod´. DoÊwiadczenie 101 Wahad∏o to bry∏a sztywna wykonujàca drgania wokó∏ w∏asnej osi, nie przechodzàcej przez Êrodek ci´˝koÊci bry∏y. Najprostsze wahad∏o stanowi ci´˝arek zawieszony na cienkiej, nierozciàgliwej nici. Masa takiego wahad∏a skupiona jest w Êrodku ci´˝koÊci ci´˝arka. Mas´ nici pomija si´. D∏ugoÊç wahad∏a to odleg∏oÊç pomi´dzy punktem zawieszenia a Êrodkiem ci´˝koÊci (odcinek AB na rysuku). Okres drgaƒ wahad∏a to czas, jaki potrzebny na wykonanie pe∏nego ruchu (B do D i z powrotem D do B). Liczba okresów przypadajàca na jednà sekund´ to cz´stotliwoÊç drgaƒ wahad∏a. Wykorzystujàc istniejàce otwory w konsoli, przykr´ç wkr´tami wspornik do tylnej cz´Êci konsoli. Wyrównaj brzeg konsoli z kraw´dzià sto∏u i zabezpiecz jà przed przewróceniem przyciskajàc do powierzchni sto∏u ci´˝kim przedmiotem. Przywià˝ 5g odwa˝nik do nici, której drugi koniec dowià˝ do wspornika. Wykorzystaj istniejàcy otwór do prze∏o˝enia nici. D∏ugoÊç wahad∏a musi wynosiç dok∏adnie 50cm. Przygotuj sobie tak˝e stoper lub zegarek z sekundnikiem. A B D C 5gr Moje Laboratorium - Fizyka • 38 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 7 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 102 Wahad∏o pozostajàce w spoczynku jest w stanie równowagi. Niç zwisa wyznaczajàc pion. Odchyl ci´˝arek o ok. 5cm od po∏o˝enia spoczynkowego i puÊç go. Wahad∏o zaczyna wykonywaç ruchy oscylacyjne wskutek dzia∏ania si∏y ci´˝koÊci. Ci´˝arek porusza si´ po ∏uku b´dàcym wycinkiem ko∏a. Poczàtkowo przyspiesza, osiàga maksymalnà pr´dkoÊç w swoim najni˝szym po∏o˝eniu a nast´pnie zwalnia, zatrzymuje si´ na moment i ca∏y cykl powtarza si´. Gdyby nie tarcie i opór powietrza, wahad∏o nigdy by si´ nie zatrzyma∏o. DoÊwiadczenie 103 Odchyl ci´˝arek o 15cm od po∏o˝enia spoczynkowego i puÊç swobodnie rozpoczynajàc jednoczeÊnie pomiar czasu. Sprawdê, ile czasu trwa 10 pe∏nych wychyleƒ wahad∏a. Powtórz nast´pnie doÊwiadczenie, ale tym razem odchyl ci´˝arek o 5cm. Obydwa pomiary powinny daç identyczne wyniki. Okres drgaƒ wahad∏a jest sta∏y i nie zale˝y od jego wychylenia (amplitudy). To twierdzenie prawdziwe jest jednak dla niewielkich wychyleƒ. DoÊwiadczenie 104 Powtórz poprzednie doÊwiadczenie zast´pujàc odwa˝nik 5g, odwa˝nikiem 2g. Zachowaj identycznà d∏ugoÊç nici! Wynik pomiaru b´dzie identyczny jak w poprzednim doÊwiadczeniu. Okres drgaƒ wahad∏a nie zale˝y od jego masy. DoÊwiadczenie 105 Skróç d∏ugoÊç wahad∏a z 50cm do 25cm. Zmierz czas. Tym razem czas ró˝ni si´ od poprzedniego. Okres drgaƒ wahad∏a znacznie si´ skróci∏. Okres drgaƒ wahad∏a jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z jego d∏ugoÊci. Oznacza to, ˝e wahad∏o o d∏ugoÊci 16cm ma okres drgaƒ dwukrotnie krótszy ni˝ wahad∏o o d∏ugoÊci 64cm. ( 64=8, 16=4). Zale˝noÊç okresu drgaƒ wahad∏a od jego d∏ugoÊci opisuje wzór: T = 2Π L g gdzie: L oznacza d∏ugoÊç wahad∏a, g – przyspieszenie ziemskie 9,8m/s2, Π=3,1416 DoÊwiadczenie 106 Skróç nic do d∏ugoÊci ok. 25cm, aby okres drgaƒ wahad∏a wynosi∏ 1sekund´. Zweryfikuj, czy w rzeczywistoÊci tak jest. 39 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 8 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 107 Przygotuj d∏ugie wahad∏o z dowiàzanym ci´˝kim odwa˝nikiem. Wpraw je w ruch i zaznacz maksymalnà wysokoÊç na jakà wznosi si´ odwa˝nik. W∏ó˝ o∏ówek w tor wahad∏a w po∏owie d∏ugoÊci, jak pokazano na rysunku. Odwa˝nik osiàgnie identycznà wysokoÊç, ale okres drgaƒ wahad∏a zmniejszy si´ (cz´stotliwoÊç drgaƒ zwi´kszy si´). Energia kinetyczna odwa˝nika jest w obydwu przypadka jednakowa i dlatego pozwala na wzniesienie go na identycznà wysokoÊç. DoÊwiadczenie 108 Powtórz poprzednie doÊwiadczenie, ale w∏ó˝ o∏ówek w tor wahad∏a blisko odwa˝nika. Wahad∏o nie b´dzie wi´c mog∏o wychyliç si´ do takiej wysokoÊci, jak w poprzednim doÊwiadczeniu. Co si´ stanie? Sprawdê to! Odwa˝nik owinie niç wokó∏ o∏ówka, aby wykorzystaç ca∏à swojà energi´ kinetycznà. TARCIE Przedmioty, które przemieszczajà si´ wzgl´dem siebie i jednoczeÊnie stykajà si´, stawiajà opór. Nie ma idealnie g∏adkich powierzchni. Opór jaki stawiajà powierzchnie, to w∏aÊnie tarcie. Tarcie hamuje ruch. DoÊwiadczenie 109 Po∏ó˝ podwozie wypustkami do góry na stole i przyczep do niego wag´ spr´˝ynowà. Ciàgnàc za obudow´ wagi zanotuj opór jaki stawia podwozie. Po∏ó˝ na podwoziu cienki zeszyt (ok.40g) i powtórz pomiar si∏y potrzebnej na przesuni´cie ca∏oÊci. Si∏a ma wi´kszà wartoÊç, ni˝ w poprzednim przypadku. Tarcie zale˝y od si∏y nacisku tràcych si´ powierzchni. DoÊwiadczenie 110 Zaczep ksià˝k´ (ok. 90g) do wagi i zmierz wartoÊç si∏y tarcia w dwóch przypadkach: pierwszym, gdy ksià˝ka le˝y p∏asko na stole i drugim, gdy stoi na grzbiecie. W pierwszym przypadku si∏a potrzebna na przesuni´cie ksià˝ki jest znacznie wi´ksza. Tarcie zale˝y od wielkoÊci tràcych si´ powierzchni. Moje Laboratorium - Fizyka • 40 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 9 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 111 Substancje maja ró˝ne tzw. wspó∏czynniki tarcia. Przesuƒ szklanà p∏ytkà po szybie. Tarcie jest bardzo ma∏e. Szk∏o ma bardzo ma∏y wspó∏czynnik tarcia. Potrzyj o siebie dwa arkusze papieru Êciernego. Tym razem powierzchnie stawiajà bardzo du˝y opór. Wspó∏czynnik tarcia papieru Êciernego jest bardzo wysoki. Tarcie zale˝y od chropowatoÊci tràcych si´ powierzchni. DoÊwiadczenie 112 Potrzyj palcem po szybie. Zwróç uwag´ na opór, jaki stawia szk∏o. Zwil˝ palec olejem i potwórz czynnoÊç. Opór jest teraz du˝o mniejszy. Olej wype∏nia nierównoÊci tràcych si´ powierzchni i zmniejsza tarcie. Z tego w∏aÊnie powodu oleje stosuje si´ do smarowania ruchomych cz´Êci maszyn. DoÊwiadczenie 113 Wyposa˝enie poruszajàcego si´ przedmiotu w ko∏a w znaczàcy sposób zmniejsza tarcie. Za∏ó˝ cztery ko∏a do podwozia i zmierz wartoÊç si∏y, jaka potrzebna jest do przesuni´cia wózka wagà spr´˝ynowà. Zablokuj ko∏a gumkami recepturkami jak na rysunku i ponownie zmierz si∏´. Tym razem jej wartoÊç b´dzie du˝o wi´ksza. DoÊwiadczenie 114 Zbuduj ponownie poduszkowiec opisany na str. 7. Porównaj wartoÊç si∏y tarcia w dwóch przypadkach: gdy powietrze uchodzi z balonu i gdy w balonie nie ma ju˝ powietrza. W pierwszym przypadku tarcie jest du˝o mniejsze, poniewa˝ wskutek wydobywajàcego si´ pod ciÊnieniem powietrza, mniejszy jest tak˝e nacisk urzàdzenia na stó∏. AKCJA - REAKCJA Zgodnie z trzecià zasadà dynamiki Newtona, ka˝dej sile dzia∏ajàcej na dane cia∏o zawsze towarzyszy si∏a o identycznej wartoÊci, lecz przeciwnie skierowana. Na przyk∏ad, je˝eli pchasz r´kà Êcian´ czyli dzia∏asz na nià pewnà si∏à, to Êciana dzia∏a na Ciebie takà samà si∏à, ale skierowanà przeciwnie. 41 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 10 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 115 Prze∏ó˝ d∏ugà nitk´ przez kilkucentymetrowy odcinek sztywnej rurki z tworzywa sztucznego. Koƒce nitki przywià˝ do przedmiotów znajdujàcych si´ na przeciwleg∏ych koƒcach pokoju. W∏ó˝ korek z jednym otworem do szyjki balonu i przywià˝ go sznurkiem lub przyklej taÊmà samoprzylepnà do rurki. Korek zapobiega zbyt szybkiej ucieczce powietrza z balonu. Przesuƒ ca∏oÊç do koƒca nitki, nadmuchaj balon i puÊç go. Urzàdzenie z impetem przeleci na drugi koniec nitki. Dok∏adnie na takiej samej zasadzie, polegajàcej na wykorzystaniu si∏y odrzutu gazów dzia∏ajà rakiety i samoloty odrzutowe. rurka niç korek z jednym otworem nadmuchany balon DoÊwiadczenie 116 Wskazówka: to doÊwiadczenie nale˝y przeprowadziç na bardzo g∏adkiej powierzchni. Zmontuj wózek. W otwory podwozia oznaczone A, B i N w∏ó˝ od do∏u Êruby i zabezpiecz je od góry nakr´tkami. Na dwóch Êrubach znajdujàcych si´ z przodu rozepnij gumk´ recepturk´. Dowià˝ do gumki nitk´ i napr´˝ gumk´ ciàgnàc za nitk´. Nitk´ przywià˝ do Êruby prze∏o˝onej przez otwór N. Naprzeciwko tej Êruby, wewnàtrz gumki umieÊç kulk´. Bardzo ostro˝nie przepal zapa∏kà nitk´. Gumka zostanie zwolniona i wyrzuci kulk´ jak z procy. To, co nas jednak najbardziej interesuje to wózek. Czy zauwa˝y∏eÊ, ˝e przesunà∏ si´ nieco w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu kulki? gumka A Êruby z nakr´tkami N nitka B kulka Pami´taj, aby zgasiç tlàca si´ nitk´. DoÊwiadczenie 117 Zdemontuj Êruby i nakr´tki z podwozia. W∏ó˝ korek z jednym otworem do szyjki balonu, w∏ó˝ do niego krótki odcinek rurki i przyklej ca∏oÊç taÊmà samoprzylepnà do podwozia. Nadmuchaj balon i puÊç wózek. Powietrze uchodzàce z du˝à pr´dkoÊcià z balonu wytwarza si∏à ciàgu, która pcha wózek do przodu. Si∏a ciàgu jest si∏à reakcji w stosunku do si∏y wypychajàcej powietrze z balonu. korek z jednym otworem rurka Moje Laboratorium - Fizyka • 42 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 11 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 118 Zmontuj ponownie turbin´ opisanà w doÊwiadczeniu 73. Si∏a wypychajàca wod´ z dysz powoduje powstanie si∏y reakcji o takiej samej wartoÊci, ale skierowanej w przeciwnym kierunku. Ta si∏a wprawia turbin´ w ruch obrotowy. ZDERZENIA Rozró˝niamy dwa rodzaje zderzeƒ: spr´˝yste i niespr´˝yste. Ze zderzeniem spr´˝ystym mamy do czynienia, je˝eli zderzajàce si´ cia∏a nie ulegajà trwa∏ym odkszta∏ceniom. Przyk∏adem zderzenia spr´˝ystego jest zderzenie kul bilardowych. Kule zmieniajà swojà pr´dkoÊç, kierunek i energi´, ale nie ulegajà uszkodzeniom. Przyk∏adem zderzenia niespr´˝ystego jest zderzenie dwóch samochodów. W przypadku zderzenia niespr´˝ystego, przynajmniej jedno z cia∏ ulega trwa∏emu odkszta∏ceniu. Pr´dkoÊç cia∏ po rozdzieleniu jest zawsze mniejsza ni˝ przed zderzeniem, poniewa˝ cz´Êç energii kinetycznej zu˝yta zostaje na odkszta∏cenia i ciep∏o. DoÊwiadczenie 119 Przygotuj dwa poduszkowce takie, jak opisane na str. 7. Popchnij jeden z nich w stron´ drugiego. Po zderzeniu poduszkowiec, który porusza∏ si´ do tej pory, zatrzymuje si´ a drugi przejmuje jego energi´ i zaczyna poruszaç si´ praktycznie z takà samà pr´dkoÊcià, jakà przed zderzeniem mia∏ pierwszy poduszkowiec. DoÊwiadczenie 120 Obcià˝ nieruchomy poduszkowiec i powtórz poprzednie doÊwiadczenie. Tym razem po zderzeniu drugi poduszkowiec porusza si´ z mniejszà pr´dkoÊcià ni˝ poprzedni. DoÊwiadczenie 121 Powtórz poprzednie doÊwiadczenie, ale tym razem uderz obcià˝onym poduszkowcem w nieobcià˝ony. Po zderzeniu, nieruchomy do tej pory poduszkowiec porusza si´ z pr´dkoÊcià, jakà przed zderzeniem mia∏ pierwszy poduszkowiec a pierwszy poduszkowiec nie zatrzymuje si´ jak poprzednio, lecz si´ porusza z mniejszà pr´dkoÊcià. 43 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 12 C M Y CM MY CY CMY K MASZYNY PROSTE Czy wiesz, ˝e wszystkie skomplikowane maszyny sà kombinacjà maksymalnie szeÊciu typów tzw. maszyn prostych? Maszyny proste to: dêwignia, ko∏owrót, blok, równia pochy∏a, klin i Êruba. Niektórzy uwa˝ajà, ˝e istniejà tylko dwie maszyny proste i uwa˝ajà ko∏owrót i blok za zmodyfikowanà dêwigni´ a równi´ pochy∏à i Êrub´ za zmodyfikowany klin. My zajmiemy si´ wszystkimi szeÊcioma typami. DèWIGNIE Dêwigni´ charakteryzuje: rami´, oÊ obrotu i punkt podparcia. Zanim przejdziemy do doÊwiadczeƒ zapami´taj, ˝e rozró˝niamy trzy rodzaje dêwigni: dwuramienne - w których oÊ obrotu znajduje si´ pomi´dzy obcià˝eniem a punktem przy∏o˝enia si∏y, jednoramienne - w których obcià˝enie znajduje si´ pomi´dzy osià obrotu a punktem przy∏o˝enia si∏y, jednoramienne - w których punkt przy∏o˝enia si∏y znajduje si´ pomi´dzy obcià˝eniem a osià obrotu. W naszych doÊwiadczeniach z dêwigniami u˝ywaç b´dziemy wagi z Twojego zestawu. Zdemontuj element przed∏u˝ajàcy, poniewa˝ nie b´dzie Ci do tych doÊwiadczeƒ potrzebny. Rami´ wagi s∏u˝yç b´dzie jako dêwignia. Rami´ ma trzy punkty podparcia w kszta∏cie odwróconych trójkàtów, z których ka˝dy dopasowany jest do wyci´cia w podstawie wagi. Zauwa˝, ˝e na ramieniu wagi znajdujà si´ dwie podzia∏ki w centymetrach. Punkt „0” górnej podzia∏ki zaczyna si´ w Êrodkowym punkcie podparcia. Podzia∏ka wyst´puje po obydwu stronach tego punktu. Druga podzia∏ka ma punkt „0” umieszczony w punkcie podparcia znajdujàcym si´ z lewej strony dêwigni. W punktach odpowiadajàcym pe∏nym centymetrom w ramieniu dêwigni wykonane sà otwory. Do doÊwiadczeƒ potrzebna b´dzie tak˝e waga spr´˝ynowa. Sposób jej monta˝u opisany jest na str. 6. Ze spinaczy biurowych wygnij kilka haczyków o kszta∏cie jak na rysunku. B´dà potrzebne do zawieszania odwa˝ników na ramionach wagi. Moje Laboratorium - Fizyka • 44 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 13 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 122 Zacznijmy od poznania dêwigni dwustronnej. Postaw wag´ na du˝ej, grubej ksià˝ce. Podeprzyj rami´ dêwigni na Êrodku i zaczep 5g odwa˝nik w otworze nr 8 po lewej stronie dêwigni (górna skala pokazujàca odleg∏oÊç od punktu podparcia). Zaczep wag´ spr´˝ynowà po przeciwnej stronie ramienia w otworze nr 8. Waga wska˝e 5g. Powtórz doÊwiadczenie zaczepiajàc wag´ w otworze nr 10. Teraz wskazanie wyniesie 4g. 5gr Sprawdêmy obliczenia dla drugiego przypadku: 8 x 5 = 10 x 4. równowagi dêwigni. Rami´ po lewej po lewej stronie dêwigni to rami´ si∏y u˝ytecznej a po prawej stronie – rami´ si∏y dzia∏ania. Sà tak˝e dêwignie, których ramiona wst´pujà po tej samej stronie punktu podparcia. W ka˝dym przypadku, iloczyn d∏ugoÊci ramienia si∏y dzia∏ania i wartoÊci tej si∏y równy jest iloczynowi d∏ugoÊci ramienia si∏y u˝ytecznej i wartoÊci tej si∏y (warunek równowagi dêwigni). Sprawdê t´ zale˝noÊç dla ró˝nych ci´˝arków z Twojego zestawu. OczywiÊcie, musisz wziàç poprawk´ na doÊç niskà dok∏adnoÊç tak wykonanych pomiarów. DoÊwiadczenie 123 Podeprzyj rami´ dêwigni na Êrodku i zaczep 5g odwa˝nik w otworze nr 5 po lewej stronie dêwigni (górna skala pokazujàca odleg∏oÊç od punktu podparcia). Zaczep wag´ spr´˝ynowà po przeciwnej stronie ramienia w otworze nr 10. Zmierz linijkà, o ile centymetrów musisz obni˝yç wag´, aby podnieÊç odwa˝nik o 1cm w gór´. Oka˝e si´, ˝e o 2cm. Rami´ si∏y dzia∏ania w przypadku dêwigni zatacza wi´kszy ∏uk, ni˝ rami´ si∏y u˝ytecznej. Punkt przy∏o˝enia si∏y dzia∏ania ma dok∏adnie tyle samo razy wi´kszà drog´ do pokonania w stosunku do punktu przy∏o˝enia si∏y u˝ytecznej, ile razy wi´ksza jest jedna si∏a od drugiej. Spójrz na rysunek. W naszym doÊwiadczeniu do podniesienia ci´˝arka o masie 5g potrzebowaliÊmy si∏y odpowiadajàcej 2,5g, ale musieliÊmy pokonaç dwa razy d∏u˝szà drog´. 1cm 2cm 5gr 45 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 14 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 124 Dêwignie s∏u˝à najcz´Êciej do zwi´kszania si∏y u˝ytecznej kosztem drogi lub do zwi´kszenia pr´dkoÊci kosztem si∏y. Aby zwi´kszyç si∏´ u˝ytecznà, si∏´ dzia∏ania przyk∏adamy do d∏u˝szego ramienia dêwigni a aby zwi´kszyç pr´dkoÊç – do krótszego. Zastanów si´, jaki zysk dajà dêwignie i wpisz informacje do tabeli (si∏a czy pr´dkoÊç): dêwignia no˝yczki zysk si∏a katapulta szczypce do lodu otwieracz do butelek ∏om DoÊwiadczenie 125 Zapoznaj si´ bli˝ej z dêwignià jednostronnà. Podeprzyj rami´ dêwigni w punkcie znajdujàcym si´ po jej prawej stronie. Pos∏ugujàc si´ dolnà skalà, umieÊç 5g odwa˝nik w otworze nr 12. Wag´ zaczep od góry w otworze nr 20. Waga powinna wskazaç 3g. W naszym przypadku rami´ si∏y dzia∏ania ma d∏ugoÊç 20cm a rami´ si∏y u˝ytecznej 12cm. Z warunku równowagi dêwigni mamy wi´c: 12 x 5 = 20 x 3 W tym przyk∏adzie zyskujemy wi´c na sile kosztem drogi. Znanym przyk∏adem dêwigni jednostronnej jest taczka ogrodowa. Spróbuj znaleêç jeszcze inne urzàdzenia, w których zastosowano zasad´ dzia∏ania dêwigni jednostronnej. 5gr DoÊwiadczenie 126 Zamieƒ miejscami wag´ spr´˝ynowà i odwa˝nik. To odmiana dêwigni jednostronnej jednoramiennej, w której punkt przy∏o˝enia si∏y znajduje si´ pomi´dzy obcià˝eniem a osià obrotu. Poniewa˝ rami´ si∏y dzia∏ania jest krótsze od ramienia si∏y u˝ytecznej, zastosowanie takiej dêwigni pozwala na zwi´kszenie pr´dkoÊci. Przyk∏adem takiej dêwigni jest penseta. Moje Laboratorium - Fizyka • 46 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 15 C M Y CM MY CY CMY K KO¸OWRÓT Ko∏owrót dzia∏a w oparciu o takà samà zasad´ jak dêwignia. Pozwala jednak na ciàgni´cie lub przesuwanie obiektów z du˝à si∏à na znaczne odleg∏oÊci. DoÊwiadczenie 127 Przykr´ç Êrubà wspornik do tylnej cz´Êci konsoli. Wykorzystaj jeden z otworów znajdujàcych si´ na górze konsoli po lewej stronie. Na oÊ wspornika na∏ó˝ du˝e ko∏o (g∏adkà stronà w stron´ konsoli). Do pierwszego otworu w∏ó˝ szpilk´ z tworzywa sztucznego. Za∏ó˝ nast´pnie na oÊ wspornika ma∏e ko∏o (wypustkà w stron´ du˝ego ko∏a). Bolec w ma∏ym kole musi wejÊç w tulejk´ z otworem w du˝ym kole. Zabezpiecz ko∏o przed spadaniem wk∏adajàc szpilk´ z tworzywa sztucznego do drugiego otworu w osi wspornika. Obydwa ko∏a powinny obracaç si´ razem. Przytnij dwa odcinki sznurka, ka˝dy o d∏ugoÊci 60cm. Przyklej koniec jednego sznurka do zewn´trznej powierzchni ma∏ego ko∏a i nawiƒ go w prawo na ma∏e ko∏o. Przywià˝ 5g odwa˝nik do koƒca sznurka. Zrób to samo z drugim sznurkiem i du˝ym ko∏em, z tym, ˝e nawiƒ go na to ko∏o w lewo. Przywià˝ do koƒca sznurka spr´˝yn´ wagi spr´˝ynowej (rysunek). 5gr Pociàgnij wag´, aby podnieÊç 5g odwa˝nik i odczytaj wskazanie na skali. Powinno wynosiç 2,5g. Ko∏owrót to rodzaj dêwigni. W ko∏owrocie promieƒ du˝ego ko∏a, to rami´ si∏y dzia∏ania a promieƒ ma∏ego – rami´ si∏y u˝ytecznej. DoÊwiadczenie 128 Ko∏owrót znajduje wiele zastosowaƒ. Przyjrzyj si´ tym wymienionym w tabeli i uzupe∏nij jà (si∏a czy droga). ko∏owrót klamka peda∏ rowerowy Êrubokr´t ko∏owrotek w´dkarski klucz 47 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite zysk si∏a fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 16 C M Y CM MY CY CMY K BLOK DoÊwiadczenie 129 Zmodyfikuj konstrukcj´, którà wykona∏eÊ w doÊwiadczeniu 127. Wyjmij jednà szpilk´ z osi wspornika i zdejmij ma∏e ko∏o. Zdejmij sznurek z du˝ego ko∏a i zawià˝ na jego drugim koƒcu obcià˝nik 5g (do drugiego koƒca sznurka powinna byç przywiàzana spr´˝yna wagi). PrzewieÊ sznurek przez rowek ko∏a jak na rysunku. 5gr Pociàgnij wag´, aby podnieÊç 5g odwa˝nik i odczytaj wskazanie na skali. Powinno wynosiç 5g. Blok nie daje zysku si∏y ani pr´dkoÊci. Zwróç jednak uwag´ na istotnà spraw´ - ciàgnà∏eÊ przecie˝ w dó∏ a ci´˝ar podnosi∏ si´ do góry! Blok s∏u˝y do zmiany kierunku dzia∏ajàcej si∏y. DoÊwiadczenie 130 Zdemontuj du˝e ko∏o ze wspornika. W otwór du˝ego ko∏a w∏ó˝ oÊ (stronà z trzema otworami). Zabezpiecz ko∏o wk∏adajàc szpilk´ do otworu znajdujàcego si´ najbli˝ej ko∏a. Przywià˝ 5g odwa˝nik do krótkiego sznurka, którego koƒce dowià˝ do otworów znajdujàcych si´ po obu stronach osi. Przywià˝ jeden koniec 60cm sznurka do otworu we wsporniku, prze∏ó˝ go przez p´tl´ sznurka trzymajàcego odwa˝nik i poprowadê w rowku ko∏a. Drugi koniec sznurka dowià˝ do spr´˝yny wagi. 5gr PodnieÊ odwa˝nik podnoszàc wag´. Potrzebujesz si∏y odpowiadajàcej 2,5g, aby podnieÊç ci´˝ar o masie 5g. DoÊwiadczenie 131 O ile cm musisz podnieÊç wag´ spr´˝ynowà, aby unieÊç odwa˝nik o 5cm? Si∏a potrzebna do podniesienia odwa˝nika jest dwa razy mniejsza, a wi´c zgodnie z poznana zasadà droga musi byç dwa razy d∏u˝sza - czyli 10cm. Moje Laboratorium - Fizyka • 48 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 17 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 132 Zainstaluj w konsoli na wsporniku du˝e ko∏o i zabezpiecz szpilkà z tworzywa sztucznego. Przeprowadê sznurek (przywiàzany jednym koƒcem do wspornika) przez dolny, ruchomy blok i górne ko∏o jak na rysunku. Koniec sznurka dowià˝ do spr´˝yny wagi. PodnieÊ odwa˝nik podnoszàc wag´. Tak˝e i w tym przypadku potrzebujesz si∏y odpowiadajàcej 2,5g, aby podnieÊç ci´˝ar o masie 5g. 5gr Dolny, ruchomy blok pozwala na zwi´kszenie si∏y u˝ytecznej a górny zmienia kierunek dzia∏ania si∏y. Ta maszyna nazywane jest tak˝e wciàgnikiem wielokrà˝kowym. DoÊwiadczenie 133 Po∏àcz bloki jak na rysunku. Tym razem trzy sznurki utrzymujà odwa˝nik. Do podniesienia ci´˝arka wystarczy trzy razy mniejsza si∏a ni˝ jego ci´˝ar, ale do pokonania jest te˝ trzy razy d∏u˝sza droga. Obydwa bloki s∏u˝à do zwi´kszenia si∏y u˝ytecznej, ale kierunek dzia∏ania si∏y nie zmienia si´. 5gr Na∏ó˝ na oÊ wspornika du˝e i ma∏e ko∏o i zabezpiecz je szpilkami. Zwróç uwag´, aby ko∏a obraca∏y si´ niezale˝nie od siebie. Wypustki znajdujàce si´ na bokach kó∏ muszà znajdowaç si´ po zewn´trznej stronie bloku. Podobnie zamontuj na osi ko∏a (blok ruchomy). DoÊwiadczenie 134 Zmontuj bloki jak na rysunku. Sprawdê ich dzia∏anie i uzupe∏nij brakujàce informacje: 5gr si∏a dzia∏ania - ? si∏a u˝yteczna - ? odleg∏oÊç na jakà przesuni´to wag´ - ? odleg∏oÊç na jakà podniesiono ci´˝arek - ? DoÊwiadczenie 135 Zmontuj bloki jak na rysunku. Sprawdê ich dzia∏anie i uzupe∏nij brakujàce informacje: 5gr si∏a dzia∏ania - ? si∏a u˝yteczna - ? odleg∏oÊç na jakà przesuni´to wag´ - ? odleg∏oÊç na jakà podniesiono ci´˝arek - ? 5gr 49 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 18 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 136 Zaprojektuj zestaw bloków pozwalajàcy na podniesienie 10g odwa˝nika si∏à odpowiadajàcà ci´˝arowi 4g i na zmian´ kierunku si∏y. Pomiƒ tarcie i wag´ elementów bloku. DoÊwiadczenie 137 Zamontuj w podwoziu ma∏e i du˝e ko∏o. U˝yj odpowiednio osi i wspornika. Wypustki kó∏ muszà byç skierowane ku górze. Za∏ó˝ gumk´ recepturk´ (jest to tzw. pasek nap´dowy) na ko∏a. Wykonaj jeden pe∏ny obrót du˝ym ko∏em i policz ile obrotów wykona∏o w tym samym czasie ma∏e ko∏o (prawie dwa). Maszyna, którà skonstruowa∏eÊ to odmiana bloku przek∏adnia. W tym przypadku, pozwala na zmian´ pr´dkoÊci obrotowej, ale bez zmiany kierunku obrotów. DoÊwiadczenie 138 Skrzy˝uj gumk´ jak na rysunku. przek∏adnia, oprócz zmiany pr´dkoÊci obrotowej, pozwala tak˝e na zmian´ kierunku obrotów. RÓWNIA POCHY¸A Równia pochy∏a, to ka˝da p∏aska powierzchnia nachylona do poziomu pod pewnym kàtem. Do naszych celów jako równi´ pochy∏à najwygodniej wykorzystaç jest pude∏ko od zestawu podparte z jednej strony na kilku ksià˝kach. Zmontuj tak˝e wózek zgodnie z opisem na str. 7. Przez otwory Q i S prze∏ó˝ sznurek. Koniec sznurka dowià˝ do spr´˝yny wagi spr´˝ynowej. Moje Laboratorium - Fizyka • 50 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 19 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 139 PodnieÊ wózek na wadze spr´˝ynowej i odczytaj jaka si∏a jest do tego potrzebna. Pociàgnij nast´pnie wózek po górk´ i zmierz si∏´, jaka potrzebna jest do jego wciàgania na wierzcho∏ek równi. Zauwa˝ysz, ˝e do wciàgania wózka po równi pochy∏ej wystarcza du˝o mniejsza si∏a. DoÊwiadczenie 140 Zmniejsz kàt nachylenia równi pochy∏ej, wyjmujàc spod niej kilka ksià˝ek i powtórz poprzednie doÊwiadczenie. Teraz do wciàgni´cia wózka wystarcza jeszcze mniejsza si∏a ni˝ w poprzednim przypadku. Im mniejszy kàt nachylenia równi, tym mniejsza si∏a potrzebna jest do wciàgni´cia wózka, ale jednoczeÊnie tym d∏u˝szà drog´ trzeba pokonaç, aby wciàgnàç go na okreÊlonà wysokoÊç. ÂRUBA Âruba jest rodzajem równi pochy∏ej. S∏u˝y do uzyskania du˝ej si∏y u˝ytecznej kosztem pokonywanej odleg∏oÊci. DoÊwiadczenie 141 Wytnij z papieru prostokàt o wymiarach 15cm x 5cm. Narysuj o∏ówkiem przekàtnà i przetnij wzd∏u˝ niej prostokàt. Przy∏ó˝ 5cm bok do o∏ówka i nawiƒ na niego trójkàt z papieru. Górna kraw´dê trójkàta w kszta∏cie równi pochy∏ej po nawini´ciu na o∏ówek tworzy Êrub´. Âruba znajduje szerokie zastosowanie np: w obrotowych sto∏kach, Êmig∏ach, Êrubach nap´dowych i imad∏ach. 51 • Moje Laboratorium - Energia Composite równia pochy∏a fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 20 C M Y CM MY CY CMY K KLIN DoÊwiadczenie 142 Klin wyglàda jak dwie równie pochy∏e z∏o˝one podstawami. G∏ównym zastosowaniem klina jest rozczepianie i roz∏upywanie przedmiotów. A mo˝e znasz jeszcze jakieÊ inne zastosowania klina? DoÊwiadczenie 143 WciÊnij ostrà szpilk´ w korek. Wystarczy do tego niewielka si∏a. Obetnij czubek szpilki i powtórz prób´. Tym razem korek stawia znacznie wi´kszy opór. DèWI¢K G∏os ludzki powstaje wskutek drgaƒ strun g∏osowych, które wywo∏ujà w powietrzu tzw. fal´ dêwi´kowà. S∏yszane przez nas dêwi´ki sà wynikiem drgaƒ powietrza odbieranych przez nasze uszy. DoÊwiadczenie 144 Po∏ó˝ na kraw´dzi sto∏u stalowy pr´t i przyciÊnij go ksià˝kà ja na rysunku. Koniec pr´ta powinien wystawaç poza kraw´dê sto∏u. PrzyciÊnij ksià˝k´ i wpraw wystajàcy koniec pr´ta w drgania. Zwróç uwag´ na wydawany dêwi´k. Wyd∏u˝ wystajàcà czeÊç pr´ta o 5cm i powtórz doÊwiadczenie. Tym razem dêwi´k jest zdecydowanie ni˝szy. Sprawdê, ˝e kolejne wyd∏u˝enie drgajàcej cz´Êci pr´ta powoduje emisj´ jeszcze ni˝szego dêwi´ku. Cz∏owiek s∏yszy dêwi´ki odpowiadajàce drganiom w zakresie od 20 do 20 000 cykli na sekund´, tzw. herców (symbol: Hz). Niektóre zwierz´ta wydajà dêwi´ki nies∏yszalne dla cz∏owieka (np. wieloryby i nietoperze). DoÊwiadczenie 145 Przywià˝ koniec sznurka do klamki drzwi. Przytrzymaj jej drugi koniec w odleg∏oÊci 25 cm od klamki i sprawdê, jaki dêwi´k wydaje po szarpni´ciu. Wyd∏u˝ odcinek do 75cm i powtórz prób´. Ponów jà jeszcze raz przy d∏ugoÊci sznurka 1,5m. Czy widzisz zale˝noÊç pomi´dzy szybkoÊcià drgaƒ struny a wydawanym przez nià dêwi´kiem? SzybkoÊç drgaƒ zale˝y od d∏ugoÊci sznurka. Moje Laboratorium - Energia • 52 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 21 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 146 Zaczep gumk´ recepturk´ za klamk´. Napr´˝ jà i szarpnij. Rozciàgnij nast´pnie bardziej i jeszcze raz szarpnij. Drugi dêwi´k jest wyraênie wy˝szy od pierwszego. Cz´stotliwoÊç drgaƒ (wysokoÊç dêwi´ku) strun, lin zale˝y od ich napr´˝enia i d∏ugoÊci. DoÊwiadczenie 147 Wlej wod´ do dwóch probówek. Pierwszà wype∏nij w 1/3 wysokoÊci a drugà w 2/3. Dmuchnij z boku przy wylocie ka˝dej probówki. Zauwa˝ysz, ˝e probówka z wi´kszà iloÊcià wody wydaje wy˝szy dêwi´k. Dolej do niej jeszcze troch´ wody i dmuchnij. Dêwi´k podwy˝szy si´. Na wysokoÊç dêwi´ku ma wp∏yw wysokoÊç drgajàcego s∏upa powietrza znajdujàcego si´ w probówce. Im mniejsza wysokoÊç s∏upa, tym wi´ksza cz´stotliwoÊç wydawanego dêwi´ku. Du˝e instrumenty muzyczne wydajà zwykle ni˝sze dêwi´ki ni˝ instrumenty ma∏e. Urzàdzenie, które skonstruowa∏eÊ to piszcza∏ka. DoÊwiadczenie 148 Ka˝dej nucie odpowiada okreÊlona wysokoÊç dêwi´ku. Np. dêwi´kowi oznaczonemu „C” przypisana jest cz´stotliwoÊç 264 Hz. Przedmioty wibrujàce z takà samà cz´stotliwoÊcià wydajà dêwi´ki o jednakowej wysokoÊci. Spróbuj zagraç na pianinie dêwi´ki odpowiadajàce wysokoÊcià dêwi´kom, znanym z Twojego otoczenia. Oszacuj ich cz´stotliwoÊç w Hz. obiekt szacowana wysokoÊç dêwi´ku w Hz skrzyd∏a muchy domowej szept brz´k sztuçców stalowy pr´t dzwonek do drzwi Cz´stotliwoÊç dêwi´ku odpowiadajàca temu samemu dêwi´kowi w nast´pnej oktawie jest dwa razy wy˝sza. C – 264Hz D – 297Hz E – 330Hz F – 352Hz G – 376Hz A – 440Hz B – 495Hz 53 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 22 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 149 Puknij lekko w blat sto∏u. Wskutek uderzenia, powierzchnia sto∏u wpada w drgania i s∏yszymy dêwi´k. Uderz teraz mocniej. Tym razem wi´ksza powierzchnia sto∏u wpada w drgania o wi´kszej amplitudzie i s∏yszalny dêwi´k jest du˝o g∏oÊniejszy. DoÊwiadczenie 150 Nadmuchaj ustami balon i zawià˝ go. Przytknij go do ucha a z drugiej strony przy∏ó˝ do niego cykajàcy zegarek. O dziwo, cykanie jest teraz du˝o lepiej s∏yszalne. W balonie znajduje si´ du˝o dwutlenku w´gla, który wprowadzi∏eÊ podczas dmuchania balonu. Dwutlenek w´gla przenosi dêwi´k lepiej ni˝ powietrze i dlatego cykanie jest g∏oÊniejsze. NUTY DoÊwiadczenie 151 Przygotuj 8 jednakowych, pustych buteleczek. Jednà butelk´ nape∏nij po samà szyjk´ a drugà pozostaw pustà. Metalowym pr´tem puknij lekko w ka˝dà z nich. Zauwa˝, ˝e pe∏na butelka wydaje du˝o wy˝szy dêwi´k ni˝ pusta. DoÊwiadczenie 152 Wlej ró˝ne iloÊci wody do pozosta∏ych buteleczek. Metalowym pr´tem puknij lekko w ka˝dà z nich. W ten sposób skonstruowa∏eÊ prosty instrument muzyczny. DoÊwiadczenie 153 W Êrodku sznurka o d∏ugoÊci 1m przywià˝ widelec. Koƒce sznurka przyciÊnij palcami do uszu. Uderz widelcem, w kraw´dê sto∏u. Dêwi´k, który us∏yszysz przypominaç b´dzie bicie wielkiego dzwonu! Moje Laboratorium - Fizyka • 54 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 23 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 154 Ustaw 4 jednakowe monety w rz´dzie, na stole. Monety powinny stykaç si´ ze sobà. Uderz w ostatnià monet´ innà, piàtà monetà. Moneta zatrzymuje si´ i przekazuje swojà energi´ pierwszej z czterech ustawionych monet. Kolejne monety przekazujà sobie energi´ i ostania moneta w rz´dzie odskakuje. W podobny sposób przekazywana jest energia dêwi´ku. Drgajàca struna lub pr´t pobudza do drgaƒ otaczajàce je powietrze. Powietrze przenosi drgania i pobudza b∏on´ b´benkowà znajdujàcà si´ w naszym uchu. S∏yszymy dêwi´k. FALE DèWI¢KOWE DoÊwiadczenie 155 Nape∏nij zlewk´ wodà i upuÊç jednà kropl´ wody z zakraplacza na Êrodek lustra wody. Od miejsca, w którym kropla uderzy∏a w powierzchni´, we wszystkich kierunkach rozchodzi si´ kolista fala. W podobny sposób fala dêwi´kowa rozprzestrzenia si´ w wodzie lub w powietrzu. Czyni to jednak w trzech a nie w dwóch p∏aszczyznach. DoÊwiadczenie 156 Fale dêwi´kowe mo˝na skupiaç i przesy∏aç w po˝àdanym kierunku. Zwiƒ w rulon kartk´ papieru i uformuj tub´ megafonu. W´˝szy koniec tuby przystaw do cykajàcego zegarka a szerszy skieruj w Twoim kierunku. W ten sposób b´dziesz móg∏ s∏yszeç cykanie zegarka nawet z odleg∏oÊci kilku metrów. Tuba ukierunkowuje dêwi´k i zapobiega rozpraszaniu go na boki. DoÊwiadczenie 157 W∏ó˝ króciutki odcinek rurki do korka z jednym otworem. Rozgrzej koniec w´˝a w goràcej wodzie przez 2-3 minuty i rozepchnij jego koniec czubkiem o∏ówka. Na∏ó˝ rozepchni´ty koniec w´˝a na rurk´ a drugi koniec za∏ó˝ na wylot lejka. Skonstruowa∏eÊ stetoskop. Przy∏ó˝ korek do ucha a lejek do cykajàcego zegarka. 55 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 24 C M Y CM MY CY CMY K Cykanie s∏ychaç bardzo g∏oÊno. Dêwi´k zegarka skupiany jest przez lejek a nast´pnie przesy∏any jest tunelem powietrznym wprost do Twojego ucha. Stetoskopy lekarskie dzia∏ajà na identycznej zasadzie. Spróbuj wys∏uchaç bicie w∏asnego serca. DoÊwiadczenie 158 Staƒ naprzeciwko du˝ej Êciany w odleg∏oÊci ok. 50m i g∏oÊno krzyknij. Prawie natychmiast us∏yszysz echo. Oddal si´ od Êciany i krzyknij ponownie. Echo powraca nieco póêniej. Fale dêwi´kowe odbijajà si´ od Êciany jak gumowa pi∏ka i powracajà do Twojego ucha. Im dalej od Êciany stoisz, tym wi´cej czasu dêwi´k potrzebuje na przebycie podwójnej odleg∏oÊci od miejsca, w którym stoisz do Êciany. Echo najcz´Êciej s∏yszymy w górach, przy du˝ych klifach i w du˝ych halach. DoÊwiadczenie 159 Znajàc odleg∏oÊç (np. 200m) bardzo du˝ej Êciany (lub klifu) od miejsca w którym stoisz i mierzàc czas po jakim us∏yszysz echo, mo˝na obliczyç pr´dkoÊç rozchodzenia si´ dêwi´ku w powietrzu. Im dalej stoisz od Êciany, tym wynik pomiaru czasu b´dzie dok∏adniejszy. Pr´dkoÊç to iloraz przebytej drogi i czasu. Przyjmijmy, ze stoisz w odleg∏oÊci 500m od klifu a echo powraca po 3s. Poniewa˝ dêwi´k musi przebyç podwójnà odleg∏oÊç od miejsca, w którym stoisz do klifu (czyli 1000m), pr´dkoÊç dêwi´ku w powietrzu wynosi: 1000 metrów /3 sekundy = 333 1/3 metra na sekund´ ÂWIAT¸O I WZROK Âwiat∏o jest jednà z form energii. Âwiat∏o powstaje w wyniku emisji czàstek nazywanych fotonami (np. wskutek rozgrzania metalu do bardzo wysokiej temperatury). Fotony tworzà promieƒ Êwiat∏a. Grupa promieni to wiàzka Êwiat∏a. Pr´dkoÊç rozchodzenia si´ Êwiat∏a jest ogromna i wynosi ok. 300 000 kilometrów na godzin´. DoÊwiadczenie 160 Wytnij z arkusza z Twojego zestawu trzy prostokàty oznaczone „G”: 1,11, 111. Zegnij je pod kàtem prostym wzd∏u˝ linii przerywanej. W Êrodku krzy˝yków zrób szpilkà ma∏e otworki. Ustaw kartki jak na rysunku, obcià˝ajàc ich podstawy ci´˝szymi przedmiotami. Je˝eli wszystkie otwory uda∏o Ci si´ ustawiç wzd∏u˝ linii prostej, b´dziesz móg∏ zobaczyç p∏omieƒ Êwiecy patrzàc przez ostatni otwór. Moje Laboratorium - Fizyka • 56 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 25 C M Y CM MY CY CMY K inia wzroku Je˝eli lekko przesuniesz jednà z karteczek, p∏omieƒ stanie si´ niewidoczny. Âwiat∏o porusza si´ wy∏àcznie po linii prostej. DoÊwiadczenie 161 To doÊwiadczenie najlepiej przeprowadziç na pla˝y lub na Êniegu. Spójrz na odleg∏y obiekt. Idê w jego kierunku, nie tracàc go z oczu. Spójrz po kilkunastu lub kilkudziesi´ciu krokach na Êlady Twoich stóp. Uk∏adajà si´ wzd∏u˝ linii prostej. Szed∏eÊ wzd∏u˝ promienia Êwiat∏a od oddalonego obiektu. DoÊwiadczenie 162 W odleg∏oÊci 30cm od siebie postaw na stole, zapalonà Êwieczk´ i lusterko. Po∏ó˝ na stole ksià˝k´, aby zas∏oniç Êwieczk´. Spójrz w lusterko. Widzisz Êwieczk´ odbità w lustrze. Âwiat∏o Êwieczki odbija si´ od lustra i wpada do Twojego oka. Droga Êwiat∏a od p∏omienia do lustra i od lustra do oka przebiega po liniach prostych. DoÊwiadczenie 163 Zapal w ciemnym pokoju Êwieczk´, staƒ blisko Êciany i przes∏oƒ jà ksià˝kà. Na Êcianie widoczna jest „plama” Êwiat∏a. W porównaniu z powierzchnià lustra powierzchnia Êciany jest chropowata i odbija Êwiat∏o we wszystkich kierunkach. Ten typ odbicia nazywamy odbiciem rozproszonym. Rozpraszanie Êwiat∏a to podstawa widzenia przedmiotów. Przedmioty widzimy tylko dzi´ki temu, ˝e ich powierzchnie odbijajà i rozpraszajà Êwiat∏o. Wszystko, co widzimy to odbicia lub êród∏a Êwiat∏a! DoÊwiadczenie 164 Jak ju˝ wiesz, widzimy tylko êród∏a Êwiat∏a lub odbicia. Zastanów si´ chwil´ i napisz „è” przy êród∏ach a „O” przy odbiciach Êwiat∏a. b∏yskawica klosz ˝yrandola bia∏y papier p∏omieƒ neon Ksi´˝yc ˝arówka fosforyzujàce cyfry na tarczy zegarka gwiazdy 57 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 26 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 165 To doÊwiadczenie nale˝y przeprowadziç w zaciemnionym pokoju. Wytnij z wzornika kszta∏t „J”. Koƒce po∏àcz spinaczem biurowym, aby uformowaç walec. Postaw walec na stole a do jego Êrodka wstaw niskà Êwieczk´. Ostro˝nie zapal jà, uwa˝ajàc jednoczeÊnie, aby nie podpaliç papieru. Zwróç uwag´ na promienie Êwiat∏a przechodzàce przez szczeliny w walcu. Promienie sà liniami prostymi rozchodzàcymi si´ równomiernie we wszystkich kierunkach. Im dalej od êród∏a Êwiat∏a, tym promienie bardziej odsuwajà si´ od siebie. DoÊwiadczenie 166 Odetnij z wzornika „J” zakreskowany fragment. Wyprostuj go i trzymaj prostopadle do kierunku padania promieni s∏onecznych. Zauwa˝, ˝e teraz promienie sà do siebie równoleg∏e. Przyczynà jest olbrzymia odleg∏oÊç od S∏oƒca i jego olbrzymie rozmiary. Promienie w rzeczywistoÊci nie sà równoleg∏e i tak˝e rozchylajà si´ w bardzo, bardzo niewielkim stopniu. DoÊwiadczenie 167 Na dnie zlewki po∏ó˝ monet´. Obni˝ g∏ow´ na tyle, aby widzieç tylko kraw´dê monety. Wlej wod´ nie zmieniajàc po∏o˝enia g∏owy. W miar´ nape∏niania zlewki, Twoim oczom ukazuje si´ ca∏a moneta. Patrzàc na monet´ w pustej zlewce, Êwiat∏o biegnie po linii prostej, ale po wlaniu wody, na granicy powietrza i wody tor Êwiat∏a ulega za∏amaniu. To dlatego widzisz ca∏à monet´. pusta zlewka zlewka z wodà DoÊwiadczenie 168 Przyjrzyj si´ w∏o˝onemu ukoÊnie do szklanki z wodà o∏ówkowi. Wydaje si´, ˝e na powierzchni styku wody i powietrza jest z∏amany. Przyczynà tego z∏udzenia jest za∏amanie Êwiat∏a. Moje Laboratorium - Fizyka • 58 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 27 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 169 Do karki bia∏ego papieru przy∏ó˝ grzebieƒ tak, aby padajàce z boku promienie s∏oneczne tworzy∏y d∏ugie cienie pochodzàce od z´bów grzebienia. Za grzebieniem ustaw lusterko. Promienie odbijajà si´ od lusterka dok∏adnie pod takim samym kàtem jak promienie na nie padajàce. Obracaj powoli lusterko. Zasada jest zawsze zachowana. kàt padania kàt odbicia LUSTRA DoÊwiadczenie 170 Staƒ przed lustrem i dotknij prawà r´kà do prawego ucha. Zauwa˝, ˝e twoje odbicie w lustrze dotyka lew´ r´kà do lewego ucha. Obraz pozorny widziany w lustrze jest zamieniony stronami! DoÊwiadczenie 171 Napisz tekst na kartce i przy∏ó˝ do niej lusterko. Obraz tekstu widziany w lusterku jest obrócony stronami i bardzo trudny do przeczytania. Skopiuj go na innà kartk´. Aby przeczytaç, co jest na niej napisane, musisz tak˝e przy∏o˝yç do niej lusterko! WIADOMOS Ć´ WIADOMOS Ć´ DoÊwiadczenie 172 Narysuj na kartce dowolnà figur´. Za kartkà postaw lusterko i przes∏oƒ jà ksià˝kà (rysunek). Spróbuj obrysowaç o∏ówkiem figur´ na kartce, patrzàc tylko na odbicie figury w lusterku. To nie∏atwe zadanie! DoÊwiadczenie 173 Ustaw Êwieczk´ na talerzu i zapal jà. Przy∏ó˝ kartk´ bia∏ego papieru do szklanej, przezroczystej p∏ytki (np. szk∏o okienne lub szklana pó∏ka). P∏ytk´ ustaw w odleg∏oÊci 30cm od Êwiecy. Odbicie p∏omienia Êwieczki w szkle jest s∏abo widoczne. Powtórz doÊwiadczenie, ale tym razem u˝yj czarnego papieru. Teraz odbicie jest zdecydowanie bardziej wyraêne. Czarny papier s∏abiej rozprasza Êwiat∏o. Z tym zjawiskiem na pewno mia∏eÊ ju˝ do czynienia przeglàdajàc si´ w szybach wystaw sklepowych. 59 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 28 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 174 Przyjrzyj si´ odbiciu w zewn´trznej powierzchni b∏yszczàcej, sto∏owej ∏y˝ki. Jej powierzchnia stanowi tzw. zwierciad∏o wypuk∏e. Zauwa˝, ˝e zwierciad∏o wypuk∏e daje obraz prosty (nieodwrócony) i pomniejszony. DoÊwiadczenie 175 Przyjrzyj si´ odbiciu w wewn´trznej powierzchni b∏yszczàcej, sto∏owej ∏y˝ki. powierzchnia to tzw. zwierciad∏o wkl´s∏e. Zwróç uwag´, ˝e zwierciad∏o wkl´s∏e daje obraz odwrócony i pomniejszony. DoÊwiadczenie 176 Przy∏ó˝ czubek o∏ówka do wewn´trznej powierzchni ∏y˝ki (zwierciad∏a wkl´s∏ego). Obraz o∏ówka jest nieodwrócony i powi´kszony. Zwierciad∏o wkl´s∏e powi´ksza obraz przedmiotu, je˝eli znajduje si´ on w odleg∏oÊci mniejszej ni˝ ognisko zwierciad∏a. Ognisko zwierciad∏a to punkt w przestrzeni, w którym przecinajà si´ wszystkie promienie odbite od zwierciad∏a. ognisko zwierciad∏a DoÊwiadczenie 177 Szk∏o powi´kszajàce powi´ksza obraz przedmiotów. Powoduje zakrzywienie promieni Êwiat∏a w wyniku czego obraz wydaje si´ pozornie wi´kszy ni˝ jest w rzeczywistoÊci. Nape∏nij probówk´ wodà i zatkaj jà korkiem. Przy∏ó˝ jà poziomo do tekstu w ksià˝ce. Probówka dzia∏a jak szk∏o powi´kszajàce (lupa)! Probówka jest przezroczysta i dlatego mo˝emy przez nià patrzeç i uzyskiwaç prosty, powi´kszony obraz. powi´kszone litery Moje Laboratorium - Fizyka • 60 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 29 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 178 UpuÊç na szkie∏ko mikroskopowe kropl´ wody. Przy∏ó˝ oko bardzo blisko do kropli i obserwuj przez nià ma∏e przedmioty. Kropla wody dzia∏a jak lupa, poniewa˝ ma wypuk∏y kszta∏t. DoÊwiadczenie 179 Zawiƒ koƒcówk´ drutu emaliowanego na gwoêdziu i uformuj ma∏a p´telk´. W∏ó˝ jà do wody i wyjmij. Przy∏ó˝ oko bardzo blisko do kropli uwi´zionej w p´telce i obserwuj przez nià niewielkie przedmioty. Ta lupa dzia∏a jeszcze skuteczniej ni˝ poprzednia, poniewa˝ jest soczewkà dwuwypuk∏à. Powi´ksza przedmioty ok. 5 razy. powi´ k szenie DoÊwiadczenie 180 Stràç kropl´ wody z p´telki drutu. Zauwa˝, ˝e na p´telce pozosta∏a cienka b∏onka wodna, utrzymywana dzi´ki napi´ciu powierzchniowemu. GruboÊç tej b∏onki zwi´ksza si´ w kierunku drutu. B∏onka ma wi´c kszta∏t soczewki dwuwkl´s∏ej. Obejrzyj przez nià ró˝ne przedmioty. CIENIE DoÊwiadczenie 181 UmieÊç zapalonà Êwieczk´ w odleg∏oÊci ok. 1m od Êciany. W∏ó˝ d∏oƒ pomi´dzy Êwieczk´ i Êcian´. Na Êcianie widoczny b´dzie cieƒ Twojej d∏oni. Im bli˝ej Êwieczki umieÊcisz d∏oƒ, tym cieƒ na Êcianie b´dzie wi´kszy, poniewa˝ zas∏aniasz wi´cej Êwiat∏a. DoÊwiadczenie 182 Cienie tworzà sylwetki przedmiotów na Êcianie. Spróbuj za pomocà d∏oni odtworzyç sylwetki pokazane na rysunku lub wymyÊliç jakieÊ w∏asne kszta∏ty. 61 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 30 C M Y CM MY CY CMY K Z¸UDZENIA OPTYCZNE Ze z∏udzeniem optycznym mamy do czynienia, je˝eli coÊ wydaje si´ inne ni˝ jest w rzeczywistoÊci. Np. wydaje si´ nam, ze S∏oƒce krà˝y wokó∏ Ziemi, a w rzeczywistoÊci jest przecie˝ odwrotnie. Czasami Ksi´˝yc wydaje si´ intensywnie ˝ó∏ty a przecie˝ wiemy, ze nie zmienia swojej barwy. To, co widzimy, nie zawsze odpowiada rzeczywistoÊci. Dwóch ludzi mo˝e patrzeç na to samo i ka˝dy z nich b´dzie widzia∏ co innego! DoÊwiadczenie 183 Spójrz na ten obrazek. Niektórzy widzà na nim dwie zwrócone do siebie twarze a inni waz´. Je˝eli nauczysz si´ na niego patrzeç, naprzemiennie widzieç b´dziesz twarze lub waz´. DoÊwiadczenie 184 Przyjrzyj si´ strza∏kom na obrazku. Która z nich jest najd∏u˝sza a która najkrótsza? W rzeczywistoÊci wszystkie trzy strza∏ki sà jednakowej d∏ugoÊci! Mo˝esz to zmierzyç linijkà. Twoje doÊwiadczenie podpowiada Ci, ˝e przedmioty le˝àce dalej widzimy jako mniejsze. Mózg kompensuje to i informuje Ci´, ˝e strza∏ka „najdalej” po∏o˝ona musi byç najd∏u˝sza. DoÊwiadczenie 185 Która z tych dwóch linii jest d∏u˝sza? Sà takie same! Zmierz je linijkà. DoÊwiadczenie 186 Poziome linie, pokazane na obydwu rysunkach nie wydajà si´ byç równoleg∏e. W rzeczywistoÊci jednak sà. Wzory na rysunku informujà nasz mózg, ˝e linie poziome powinny byç zakrzywione. Z∏udzenie znika po przy∏o˝eniu linijki do linii. Moje Laboratorium - Fizyka • 62 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 31 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 187 Zwiƒ kartk´ papieru w rurk´ o Êrednicy 2-3cm. Majàc obydwa oczy otwarte, patrz prawym okiem przez rurk´ na swojà d∏oƒ. Odniesiesz wra˝enie, ˝e patrzysz przez otwór w d∏oni! DoÊwiadczenie 188 Cz∏owiek potrafi dostrzec obraz, który widzi co najmniej przez 1/10 s. Patrzàc na przedmiot, który porusza si´ bardzo szybko, albo zobaczymy jego rozmazany obraz, albo w ogóle go nie dostrze˝emy. Interesujàce jest tak˝e, ˝e przez 1/10 s widzimy jeszcze obraz przedmiotu, który ju˝ zniknà∏. Na tej zasadzie opiera si´ projekcja kinowa. Poni˝sze doÊwiadczenie tak˝e opiera si´ na w∏aÊciwoÊci ludzkiego oka. Przykr´ç wkr´tami (otwory H i J) do podwozia dwa uchwyty kàtowe. Prze∏ó˝ pr´t stalowy przez otwory we wspornikach. Wytnij z wzornika figur´ „N”, z∏ó˝ jà wzd∏u˝ linii przerywanej i przyklej taÊmà samoprzylepnà do pr´ta jak na rysunku. Wpraw pr´t w szybki ruch obrotowy a lew znajdzie si´ w klatce. BARWA Barwa obiektu, który widzimy wynika albo z cechy êród∏a Êwiat∏a (dla obiektów b´dàcych tymi êród∏ami), albo z w∏aÊciwoÊci powierzchni odbijajàcych Êwiat∏o (dla obiektów nie b´dàcych êród∏ami Êwiat∏a). èród∏ami Êwiat∏a sà np. neony, ˝arówki, S∏oƒce, gwiazdy, ogieƒ. Do drugiej kategorii zaliczamy praktycznie wszystkie przedmioty. DoÊwiadczenie 189 Bia∏e Êwiat∏o dzienne jest kombinacjà fal Êwietlnych o ró˝nej d∏ugoÊci. Ka˝da z tych fal widziana niezale˝nie, postrzegana jest jako okreÊlona barwa. Mo˝liwe jest rozczepienie Êwiat∏a bia∏ego i zobaczenie wszystkich jego sk∏adowych. Wykorzystamy do tego celu specjalne urzàdzenie – pryzmat. To doÊwiadczenie nale˝y przeprowadziç w s∏oneczny dzieƒ. Do p∏askiej kuwety z wodà w∏ó˝ pod kàtem ma∏e lusterko. Obszar wody zawarty pomi´dzy lustrem a powierzchnià wody ma w przekroju kszta∏t trójkàta i tworzy tzw. pryzmat. Przymknij rolet´ okna i wpuÊç do pokoju wàskà smug´ Êwiat∏a. Ustaw na jej drodze swój pryzmat. Na suficie powinieneÊ zobaczyç wszystkie barwy sk∏adowe Êwiat∏a bia∏ego, czyli spektrum Êwiat∏a. 63 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite spektrum Êwiata wiàzka Êwiat∏a fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 32 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 190 czerwony pomaraƒczowy ˝ó∏ty zielony niebies ki purpu ro w y T´cza powstaje wskutek rozczepienia w kroplach deszczu bia∏ego Êwiat∏a s∏onecznego. T´cz´ mo˝na tak˝e wytworzyç w sposób sztuczny. WczeÊnie rano lub póênym wieczorem staƒ plecami do S∏oƒca i rozpyl na ciemnym tle (np. na tle drzew) wod´ z w´˝a ogrodniczego. DoÊwiadczenie 191 Nape∏nij szklank´ wodà i postaw na parapecie oÊwietlonym S∏oƒcem. Brzeg szklanki powinien nieco wystawaç poza jego kraw´dê. Po∏ó˝ na pod∏odze arkusz bia∏ego papieru i podziwiaj na nim t´cz´! Warunkiem powodzenia doÊwiadczenia jest odpowiednia wysokoÊç S∏oƒca nad horyzontem. Spróbuj przeprowadziç je o kilku porach dnia. DoÊwiadczenie 192 Pos∏ugujàc si´ pryzmatem skonstruowanym w doÊwiadczeniu 189 spróbuj rozczepiç Êwiat∏o: s∏oneczne, ˝arówki, Êwiecy. Jakie sà ró˝nice w spektrum tych êróde∏ Êwiat∏a? Specjalne urzàdzenia – spektroskopy s∏u˝à do identyfikacji substancji na podstawie spektrum Êwiat∏a emitowanego przez te substancje po podgrzaniu ich do wysokiej temperatury. DoÊwiadczenie 193 Nie mo˝na zobaczyç wiàzek Êwiat∏a rozczepianego przez pryzmat. Barwy widzimy dopiero wtedy, gdy wiàzka padnie na jakiÊ przedmiot i Êwiat∏o odbije si´ od niego. Spektrum najlepiej obserwowaç na bia∏ej kartce papieru. DoÊwiadczenie 194 Z tekturki z kolorowymi dyskami wytnij dyski B. Wyjmij stalowy pr´t z urzàdzenia, którego u˝ywa∏eÊ w doÊwiadczeniu 188 i na∏ó˝ na niego dysk jak pokazana na rysunku. Pokr´ç energicznie pr´t palcem. Wskutek du˝ej pr´dkoÊci obrotowej niebieskie i ˝ó∏te sektory dysku zlewajà si´ ze sobà i w rezultacie widzimy jednolità zieleƒ. kombinacjà dwóch kolorów podstawowych: niebieskiego i ˝ó∏tego. Przyklej dysk taÊmà samoprzylepnà, je˝eli b´dzie si´ Êlizga∏ na pr´cie. Moje Laboratorium - Fizyka • 64 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 33 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 195 Powtórz poprzednie doÊwiadczenie, zamieniajàc dysk B na dysk A. Zobaczysz, ze kolory niebieski i czerwony tworzà kolor purpurowy. CIEP¸O Cz∏owiek od dawna wykorzystuje ciep∏o do w∏asnych celów. W zimie ogrzewamy nasze mieszkania a w lecie ch∏odzimy je. Gotujemy, pieczemy i sma˝ymy produkty ˝ywnoÊciowe a czasem tak˝e je zamra˝amy. Ciep∏a u˝ywamy w procesach technologicznych np. do wytapiania metali w hutach. Przyjrzyjmy si´ bli˝ej zjawiskom cieplnym. ROZSZERZALNOÂå CIEPLNA Wi´kszoÊç cia∏ sta∏ych, cieczy i gazów rozszerza si´ wraz ze wzrostem temperatury i kurczy wraz z jej obni˝aniem. DoÊwiadczenie 196 Naciàgnij nienapompowany balon na wylot pustej probówki. W razie potrzeby zabezpiecz go gumkà recepturkà. Upewnij si´, ˝e po∏àczenie nie przepuszcza powietrza. Wstaw probówk´ do goràcej wody. Powietrze w probówce nagrzewa si´ i zwi´ksza swojà obj´toÊç. Guma balonu wybrzusza si´. Ostudê probówk´ i w∏ó˝ jà do wody z lodem. Powietrze kurczy si´ i gumowa membrana zostaje wciàgni´ta do wn´trza probówki. balon goràca woda woda z lodem DoÊwiadczenie 197 UmieÊç w korku z jednym otworem krótki odcinek rurki i na∏ó˝ na nià króciec balona. Obwià˝ go sznurkiem. Wstaw probówk´ do stojaka, wlej do niej kilka kropli wody i zatkaj przygotowanym korkiem. Lekko podgrzewaj probówk´ nad p∏omieniem podgrzewacza stearynowego. Obj´toÊç powietrza zwi´ksza si´ w miar´ ogrzewania i balon nape∏nia si´. Zdmuchnij p∏omieƒ. Powietrze stygnàc kurczy si´ i balon zmniejsza swojà obj´toÊç. Uwaga! Nie wolno podgrzewaç probówki po odparowaniu wody! 65 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 34 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 198 Powtórz poprzednie doÊwiadczenie, ale zamiast balona przy∏àcz do rurki odcinek w´˝a i zanurz go w zlewce z goràcà wodà. Po podgrzaniu wody w probówce, z w´˝a zaczynajà uchodziç p´cherzyki powietrza – powietrze rozszerza si´ wraz ze wzrostem temperatury. Zdmuchnij p∏omieƒ. Powietrze stygnàc kurczy si´ i woda wciàgana jest przez wà˝ do probówki. IloÊç wody, która zosta∏a wciàgni´ta przy studzeniu probówki równa jest iloÊci powietrza wypartego z niej podczas ogrzewania. DoÊwiadczenie 199 Nape∏nij probówk´ po sam brzeg goràcà wodà. Zapami´taj, jaki jest poziom wody. Pozostaw na 15-20 minut do ostygni´cia i sprawdê ponownie poziom wody. Woda skurczy∏a si´ wskutek obni˝enia temperatury i jej poziom w probówce obni˝y∏ si´. DoÊwiadczenie 200 Zauwa˝, ˝e zwisy napowietrznych linii telefonicznych sà bardzo du˝e w lecie. W zimie znacznie si´ zmniejszajà. To zjawisko spowodowane jest rozszerzalnoÊcià cieplnà metalu z którego wykonane sà przewody linii. W zimie wskutek obni˝enia temperatury, metal kurczy si´ a w lecie w wyniku jej podwy˝szenia - rozszerza. DoÊwiadczenie 201 Ustaw na stole dwa stosy ksià˝ek, ka˝da o wysokoÊci ok. 25cm. Po∏ó˝ na nich stalowy pr´t i przyklej go z jednej strony taÊmà samoprzylepnà. Wytnij strza∏k´ „K” z arkusza papieru i przebij jà szpilkà. Z drugiej strony po∏ó˝ na szpilce pr´t. Ca∏oÊç mo˝esz zobaczyç na rysunku obok. Ogrzewaj powoli pr´t podgrzewaczem stearynowym i obserwuj. Pr´t wyd∏u˝a si´ i obraca szpilk´ wraz ze strza∏kà. DoÊwiadczenie 202 Zdmuchnij p∏omieƒ podgrzewacza stearynowego. Nie dotykaj strza∏ki. Stalowy pr´t kurczy si´ a strza∏ka wraca do swojego pierwotnego po∏o˝enia. Moje Laboratorium - Fizyka • 66 Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 35 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 203 Powtórz doÊwiadczenia 201 i 202 zast´pujàc stalowy pr´t pr´tem miedzianym. Zauwa˝, ˝e rozszerza si´ i kurczy szybciej i w wi´kszym stopniu ni˝ pr´t stalowy. DoÊwiadczenie 204 Rozepnij gumk´ recepturk´ na czterech „nogach” podwozia. W∏ó˝ szpilk´ ze strza∏kà pomi´dzy gumk´ i jednà z „nóg”. Bardzo, ale to naprawd´ bardzo delikatnie podgrzej gumk´ p∏omieniem podgrzewacza. Uwa˝aj, aby nie przepaliç gumki! Strza∏ka obraca si´, wskazujàc, ˝e guma podczas ogrzewania kurczy si´. Guma jest jednà z niewielu substancji, która kurczy si´ wraz ze wzrostem temperatury! PRZEKAZYWANIE CIEP¸A Ciep∏o przekazywane jest od cia∏a cieplejszego do zimniejszego do chwili, w której temperatury cia∏ zrównajà si´ ze sobà. Ciep∏o przekazywane jest przez: promieniowanie, konwekcj´ (unoszenie) i przewodzenie. DoÊwiadczenie 205 Ustaw r´k´ w odleg∏oÊci ok. 30cm obok p∏omienia Êwiecy. Czujesz ciep∏o. To ciep∏o przenoszone jest przez promieniowanie. Ciep∏o rozchodzi si´ w postaci fal cieplnych. DoÊwiadczenie 206 Ustaw r´k´ w odleg∏oÊci ok. 30cm nad p∏omieniem Êwiecy. Tym razem ciep∏o jest odczuwalne du˝o wyraêniej. Ciep∏o przenoszone jest wskutek promieniowania i dodatkowo wskutek konwekcji (unoszenia). DoÊwiadczenie 207 Ustaw r´k´ najpierw nad a nast´pnie pod kostkà lodu. Pod kostkà lodu jest zimniej, poniewa˝ zimne powietrze jest ci´˝sze od powietrza z otoczenia i opada na dó∏. DoÊwiadczenie 208 Postaw garnek z ciep∏à woda na wy∏àczonym palniku kuchenki. Wlej delikatnie nieco zimnego mleka. Mleko osiada na dnie naczynia. W∏àcz palnik. Mleko ogrzewa si´ przy dnie i podnosi si´ do góry. To, co widzisz to tzw. pràdy konwekcyjne. 67 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja II 4/14/08 10:14 AM Page 36 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 209 Zmierz temperatur´ w pokoju przy suficie i przy pod∏odze. Ciep∏e powietrze jako l˝ejsze zawsze gromadzi si´ w górnej cz´Êci pomieszczenia. DoÊwiadczenie 210 Trzymajàc stalowy pr´t za jeden koniec, w∏ó˝ jego drugi koniec do p∏omienia. Za chwil´ poczujesz, ˝e pr´t staje si´ goràcy. Ciep∏o przenosi si´ w tym przypadku wskutek przewodzenia. DoÊwiadczenie 211 UpuÊç w równych odleg∏oÊciach kilka kropli stearyny na zimny, stalowy pr´t. Po zastygni´ciu stearyny w∏ó˝ jeden koniec pr´ta do p∏omienia podgrzewacza. Ciep∏o przemieszczajàce si´ wskutek przewodzenia wzd∏u˝ pr´ta powodowaç b´dzie po kolei topienie zastyg∏ych kropli. DoÊwiadczenie 212 Powtórz poprzednie doÊwiadczenie z pr´tem miedzianym i pr´tem z tworzywa sztucznego. Zauwa˝, ˝e miedê jest Êwietnym przewodnikiem ciep∏a a tworzywo sztuczne prawie w ogóle go nie przewodzi. Jest tzw. izolatorem. DoÊwiadczenie 213 Ustaw d∏oƒ ok. 15cm za p∏omieniem podgrzewacza a z drugiej strony p∏omienia dmuchnij na p∏omieƒ przez rurk´ z tworzywa sztucznego. Uczucie ciep∏a na d∏oni zwi´kszy si´. Oprócz promieniowania ciep∏o przenoszone jest tak˝e wskutek przenoszenia przez poruszajàce si´ powietrze. TEMPERATURA A CIEP¸O Ciep∏o i zimno sà przeciwstawnymi i wzgl´dnymi poj´ciami. W porównaniu do goràcej wody, woda ciep∏a wydaje si´ zimna, ale w porównaniu do wody bardzo zimnej – goràca. Ludzkie cia∏o jest bardzo niedok∏adnym miernikiem temperatury. Temperatur´ odczuwamy w sposób subiektywny. Ludzka skóra jest wra˝liwa na zmiany temperatury, a nie na jej okreÊlonà wartoÊç. Moje Laboratorium - Fizyka • 68 Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 1 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 214 Przygotuj trzy szklanki. Do pierwszej wlej ciep∏à, do drugiej letnià a do trzeciej zimnà wod´. W∏ó˝ na ok. 3 minuty palec wskazujàcy lewej d∏oni do cieplej wody a palec wskazujàcy prawej d∏oni do zimnej. Wyjmij palce z wody i w∏ó˝ je do szklanki z wodà letnià. Odniesiesz wra˝enie, ˝e lewy palec zanurzy∏eÊ w zimnej wodzie a prawy w ciep∏ej! Lewy palec zanurzony by∏ ciep∏ej wodzie ciep∏a ciep∏a zimna ciep∏a ciep∏a zimna i zdà˝y∏ si´ w niej nagrzaç. Zaczà∏ oddawaç swoje ciep∏o po zanurzeniu go w letniej wodzie i dlatego poczu∏eÊ ch∏ód. Odwrotnie z prawym palcem, który zanurzony by∏ w zimnej wodzie i zdà˝y∏ ju˝ si´ schodziç. Zanurzy∏eÊ go w letniej wodzie, która by∏a jednak cieplejsza ni˝ palec. Palec zaczà∏ przyjmowaç energi´ cieplnà z wody. I stàd poczucie ciep∏a! DoÊwiadczenie 215 Staƒ bez skarpetek, jednà stopà na dywanie a drugà na pod∏odze. Pod∏oga wydaje si´ du˝o zimniejsza a przecie˝ ma identycznà temperatur´ jak dywan. Materia∏ pod∏ogi odbiera ciep∏o Twojego cia∏a du˝o szybciej i stàd poczucie zimna. DoÊwiadczenie 216 W goràcy, s∏oneczny dzieƒ dotknij asfaltu i betonowego chodnika. Asfalt ma wy˝szà temperatur´, pomimo ˝e obydwie nawierzchnie znajdujà si´ w podobnych warunkach nas∏onecznienia. Ciemne powierzchnie absorbujà wi´cej ciep∏a ni˝ jasne. DoÊwiadczenie 217 Wytnij z dobrej jakoÊci papieru kwadrat o boku 20cm. Z∏ó˝ go dwukrotnie, jak pokazano na rysunku. Roz∏ó˝ arkusik i uformuj lejek. Na przeciwleg∏ych brzegach lejka zrób dwa otworki w miejscach, gdzie papier jest z∏o˝ony potrójnie. Prze∏ó˝ przez otworki mocnà niç i zawià˝. Wlej do lejka troch´ wody i ca∏oÊç zawieÊ nad p∏omieniem podgrzewacza stearynowego. Mo˝esz tak˝e prze∏o˝yç przez otworki stalowy pr´t, podparty na dwóch koƒcach. Uwa˝aj, aby p∏omieƒ obejmowa∏ tylko cz´Êç lejka, w której znajduje si´ woda! Dobrze jest tak˝e zwil˝yç wodà ca∏à zewn´trznà powierzchni´ lejka. 69 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite 2 1 3 fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 2 C M Y CM MY CY CMY K Ciep∏o p∏omienia absorbowane jest przez wod´ wype∏niajàcà lejek. Woda nie dopuszcza do wzrostu temperatury papieru ponad 100°C i dlatego papier, który ma du˝o wy˝szà temperatur´ zap∏onu nie zapali si´! Wod´ mo˝na bezpiecznie zagotowaç w papierowym naczyniu! DoÊwiadczenie 218 Zapal knot podgrzewacza stearynowego. P∏omieƒ jest niewielki. Rozgrzej w nim do maksymalnej temperatury koniec stalowego pr´ta i zapami´taj jego barw´. Zdmuchnij p∏omieƒ, poczekaj a˝ stearyna lekko st´˝eje i ugnieç jà wokó∏ knota, aby go „wyd∏u˝yç”. Zapal knot i ponownie rozgrzej w nim do maksymalnej temperatury koniec stalowego pr´ta. Porównujàc barwy rozgrzanego pr´ta dochodzimy do wniosku, ˝e ma∏y i du˝y p∏omieƒ majà jednakowà temperatur´. p∏omieƒ obejmuje tylko wierzcho∏ek sto˝ka DoÊwiadczenie 219 Zagotuj wod´ w probówce raz na ma∏ym a raz na du˝ym p∏omieniu. Tym razem wielkoÊç p∏omienia ma du˝e znaczenie. Woda na du˝ym p∏omieniu zagotuje si´ du˝o szybciej. Ma∏y i du˝y p∏omieƒ majà identyczne temperatury, ale du˝y p∏omieƒ dostarcza znacznie wi´cej energii cieplnej. DoÊwiadczenie 220 W∏ó˝ do korka z jednym otworem rurk´ o d∏ugoÊci 23cm. Nape∏nij probówk´ wodà po same brzegi i zatkaj korkiem. Woda w rurce podniesie si´ do okreÊlonego poziomu. Zaznacz wodoodpornym pisakiem poziom wody w rurce. Kiedy temperatura otoczenia wzroÊnie, poziom podniesie si´ w skutek rozszerzalnoÊci cieplnej wody. Mo˝esz tak˝e wstawiç probówk´ do ciep∏ej wody (albo do wody z lodem), je˝eli nie masz ochoty czekaç. Zbudowa∏eÊ termometr. Poziom wody w okreÊlonej, sta∏ej temperaturze jest jednakowy. Mo˝esz wyskalowaç Twój termometr przez porównanie z innym termometrem. TOPNIENIE, WRZENIE I ZAMARZANIE Praktycznie wszystkie substancje wyst´pujà w trzech stanach skupienia: sta∏ej, ciek∏ej i gazowej. Np. w temperaturze pokojowej stal jest cia∏em sta∏ym, woda – cieczà a tlen – gazem. Temperatura nie jest jednak jedynym czynnikiem majàcym wp∏yw na stan skupienia. Moje Laboratorium - Fizyka • 70 Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 3 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 221 Podgrzej w p∏omieniu kostk´ lodu, cukier i stearyn´ ze Êwieczki. Te cia∏a sta∏e topià si´ po podgrzaniu i zamieniajà si´ w ciecze. DoÊwiadczenie 222 Podczas doÊwiadczenia 75 sprawdzi∏eÊ, w jaki sposób wskutek parowania woda zmienia stan skupienia z ciek∏ego na gazowy i w wyniku skraplania z gazowego na ciek∏y. Ale, w jaki sposób zamieniç wod´ w cia∏o sta∏e? DoÊwiadczenie 223 Wsyp do zlewki pokruszony lód i dodaj kilka ∏y˝ek soli kuchennej. Dobrze wymieszaj. Wlej do probówki troch´ wody i wstaw probówk´ do zlewki. Zmierz czas, po jakim woda w probówce zaczyna zamarzaç. Powtórz doÊwiadczenie, u˝ywajàc tej samej iloÊci wody i lodu, nie dodawaj jednak soli. Zmierz ponownie czas, po jakim woda zamarza. Sól rozpuszczajàca si´ w zimnej wodzie absorbuje z otoczenia bardzo du˝o ciep∏a i dlatego woda w pierwszym przypadku zamarza du˝o szybciej. Mieszanina lodu z solà to tzw. mieszanina ch∏odzàca. woda lód z solà DoÊwiadczenie 224 ÂciÊnij silnie dwie kostki lodu i utrzymuj je w tym stanie przez kilka minut. Zwolnij Êcisk a oka˝e si´, ˝e przymarz∏y do siebie. Pod wp∏ywem ciÊnienia lód topi si´ a po jego zmniejszeniu woda ponownie zamarza. MAGNETYZM Zjawiska magnetyczne odgrywajà ogromnà rol´ w przyrodzie i technice. Silniki elektryczne, g∏oÊniki, dzwonki do drzwi, kompasy – wszystkie te urzàdzenia zbudowane sà z wykorzystaniem magnesów. DoÊwiadczenie 225 Obejrzyj magnes w kszta∏cie walca z Twojego zestawu. Sprawdê, czy przyciàga metalowe przedmioty: szpilki, pinezki, miedziany drut, bateri´ ∏azienkowà, wat´ stalowa, Êruby, spr´˝yny, drut aluminiowy. Magnes przyciàga tylko stalowe i ˝elazne przedmioty. Magnesy u˝ywane sà do rozdzielania metali ˝elaznych od nie˝elaznych. 71 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 4 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 226 Przykr´ç wspornik do konsoli i dowià˝ do niego sznurek, na koƒcu którego przywià˝ magnes. Przywià˝ spinacz biurowy do nitki a jej koniec przyklej taÊmà samoprzylepnà do powierzchni sto∏u. Ustal d∏ugoÊç nitki tak, aby spinacz da∏o si´ zbli˝yç na bardzo ma∏à odleg∏oÊç do magnesu, ale aby nie móg∏ go dotknàç. Zbli˝ spinacz do magnesu. Si∏à magnetyczna utrzymuje spinacz w powietrzu! DoÊwiadczenie 227 W∏ó˝ pasek papieru pomi´dzy magnes a spinacz. Spinacz nie spada. Powtórz próby z: papierem, szklanà p∏ytkà, p∏ytkà z tworzywa sztucznego, folià aluminiowà i ostrzem no˝a. Spinacz spada na stó∏ tylko w przypadku umieszczenia mi´dzy nim a magnesem materia∏u magnetycznego – stali, z której wykonane jest ostrze no˝a. Pole magnetyczne przenika przez pozosta∏e, niemagnetyczne materia∏y a poch∏aniane jest przez stal. DoÊwiadczenie 228 PodnieÊ szpilk´ za pomocà magnesu i dotknij nià innej szpilki. Szpilki przyciàgajà si´. Pole magnetyczne jest „absorbowane” przez pierwszà szpilk´, która ulega namagnesowaniu. DoÊwiadczenie 229 Namagnesowujàc stalowà ig∏´, mo˝esz wykonaç s∏aby magnes. W tym celu pocieraj w jednym kierunku jednym biegunem magnesu o ig∏´. Po ka˝dym przesuni´ciu wzd∏u˝ drutu, przenieÊ go w du˝ej odleg∏oÊci na poczàtek ig∏y. Powtórz czynnoÊç 20-30 razy. Sprawdê, czy ig∏a namagnesowa∏a si´. Co ciekawe, niezale˝nie od liczby namagnesowanych magnesem przedmiotów, magnes nie traci swojej „si∏y”! DoÊwiadczenie 230 Namagnesuj ig∏´ i trzymajàc jà w szczypcami, podgrzej w p∏omieniu Êwiecy. Ostudê i sprawdê, ˝e wskutek ogrzania straci∏a swoje w∏aÊciwoÊci magnetyczne. Temperatura, w której magnes traci swoje w∏aÊciwoÊci magnetyczne to tzw. punkt Curie. Moje Laboratorium - Fizyka • 72 Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 5 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 231 ZawieÊ poziomo na wsporniku magnes (rysunek). W otoczeniu nie mo˝e byç ˝adnych ˝elaznych lub stalowych przedmiotów. Magnes ustawi si´ w kierunku Pó∏noc-Po∏udnie. Zaznacz na magnesie kierunek pó∏nocny (PN) i puknij w niego r´kà. Magnes obróci si´, ale po pewnym czasie ponownie ustawi si´ w ustalonej pozycji wskazujàc oznaczonym biegunem Pó∏noc. Skonstruowa∏eÊ kompas. DoÊwiadczenie 232 Ziemia jest ogromnym magnesem. Biegun Pó∏nocny i Po∏udniowy Ziemi sà biegunami magnetycznymi. Ka˝dy inny, swobodnie zawieszony magnes b´dzie ustawia∏ si´ wi´c zgodnie z kierunkiem si∏ pola magnetycznego Ziemi, czyli na linii ∏àczàcej jej dwa bieguny. Za pomocà dwóch zagi´tych haczyków z drutu miedzianego po∏ó˝ na wodzie nalanej do zlewki namagnesowanà, stalowà ig∏´. Nie u˝ywaj spinaczy biurowych, poniewa˝ zostanà natychmiast przyciàgni´te przez ig∏´. Ig∏a ustawi si´ natychmiast w kierunku Pó∏noc-Po∏udnie. Wytnij z arkusza wzornik „L” i umieÊç go pod zlewkà. Ustaw go w takim po∏o˝eniu, aby oznaczenie kierunku pó∏nocnego na kartce („N”) pokry∏o si´ z kierunkiem pó∏nocnym wskazywanym przez ig∏´. W ten sposób Twój kompas prawid∏owo wskazuje wszystkie kierunki Êwiata. N E W S DoÊwiadczenie 233 W s∏oneczny dzieƒ wbij pionowo prosty patyk w ziemi´. W godzinach 10.30-13.30 obserwuj d∏ugoÊç rzucanego cienia. Cieƒ wskazuje kierunek pó∏nocny, wtedy, gdy jest najkrótszy. Porównaj wskazanie ze wskazaniem kompasu. Kierunki sà jednak nieco inne. Po∏o˝enie biegunów geograficznych Ziemi nie pokrywa si´ idealnie z po∏o˝eniem biegunów magnetycznych. Z tego wzgl´du przy nawigacji za pomocà kompasu wymagane sà korekty kursu. Kompas wskazuje bowiem biegun magnetyczny Ziemi a nawiguje si´ wed∏ug wspó∏rz´dnych geograficznych. DoÊwiadczenie 234 Du˝e obiekty stalowe jak wie˝e i s∏upy z up∏ywem czasu samoistnie namagnesowujà si´ od pola magnetycznego Ziemi. Górna cz´Êç konstrukcji staje si´ biegunem po∏udniowym a dolna pó∏nocnym. Sprawdê za pomocà kompasu, które przedmioty sà w naturalny sposób namagnesowane. Jak du˝y musi byç obiekt, aby Twój kompas wykry∏ jego pole magnetyczne? 73 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 6 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 235 N Przybli˝ magnes do kompasu. Ig∏a nie wskazuje ju˝ kierunku pó∏nocnego i odchyla si´ w stron´ magnesu. Pole magnetyczne wytwarzane przez magnes jest lokalnie silniejsze ni˝ pole magnetyczne Ziemi. Zmieniajàc po∏o˝enie magnesu mo˝esz obracaç ig∏à kompasu. Odsuƒ magnes na du˝à odleg∏oÊç od kompasu a ig∏a ponownie wska˝e kierunek pó∏nocny. E W S ELEKTROMAGNESY DoÊwiadczenie 236 Zdejmij izolacj´ z odcinka emaliowanego drutu miedzianego o d∏ugoÊci 15cm (instrukcja na str.8). Trzymajàc drut blisko kompasu, zewrzyj drutem na krótko (nie d∏u˝ej ni˝ na 2-3s, aby nie roz∏adowaç baterii) bieguny baterii. Przez drut pop∏ynie du˝y pràd. Zauwa˝, ˝e ig∏a kompasu odchyli∏a si´ od swojego pierwotnego po∏o˝enia. Pràd elektryczny p∏ynàcy przez przewód powoduje powstanie wokó∏ niego pola magnetycznego, na które reaguje ig∏a kompasu. N + W E – S N DoÊwiadczenie 237 – E + Powtórz doÊwiadczenie, ale odwróç bateri´ i zamieƒ biegun dodatni z ujemnym. Ig∏a kompasu odchyli si´ w przeciwnym kierunku ni˝ w poprzednim doÊwiadczeniu. W S Pole magnetyczne zale˝y od kierunku przep∏ywu pràdu elektrycznego. DoÊwiadczenie 238 Uwaga! Przewód cewki mocno si´ nagrzewa. Nie pod∏àczaj uzwojenia na d∏u˝ej ni˝ kilka sekund, aby nie roz∏adowaç baterii. Nakr´ç nakr´tk´ na koniec Êruby. Nawiƒ + na Êrub´ 30 zwojów cienkiego, miedzianego drutu, pozostawiajàc wolne koƒce o d∏ugoÊci ok.15cm. Zdejmij izolacj´ – z koƒców przewodu. Pod∏àcz je do zacisków baterii 1,5V (nie wolno u˝ywaç ˝adnych innych êróde∏ pràdu!). Skonstruowa∏eÊ elektromagnes. Pràd p∏ynàcy przez drut (uzwojenie elektromagnesu) powoduje powstanie pola magnetycznego i Êruba (rdzeƒ elektromagnesu) staje si´ magnesem. Sprawdê, czy przyciàga drobne ˝elazne i stalowe przedmioty. Od∏àcz bateri´ a przedmioty odpadnà od rdzenia. Moje Laboratorium - Fizyka • 74 Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 7 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 239 Elektromagnesy, tak jak magnesy trwa∏e, majà dwa bieguny: pó∏nocny i po∏udniowy. Spróbuj okreÊliç, który biegun Twojego elektromagnesu jest biegunem pó∏nocnym. Zamieƒ bieguny baterii i powtórz próby. Po zmianie polaryzacji bieguny pó∏nocny i po∏udniowy zamieniajà si´ miejscami! To niezwyk∏e zjawisko jest wykorzystane w konstrukcji wielu urzàdzeƒ elektrotechnicznych np. silników. DoÊwiadczenie 240 Pod∏àcz swój elektromagnes do zasobnika bateryjnego z dwoma po∏àczonymi szeregowo bateriami 1,5V. Sprawdê, czy elektromagnes zasilany napi´ciem 3V jest silniejszy ni˝ elektromagnes zasilany jednà baterià 1,5V. DoÊwiadczenie 241 Odwiƒ z cewki elektromagnesu kilkanaÊcie zwojów i sprawdê, czy straci∏ troch´ swojej mocy. Odwiƒ nast´pnie kolejne kilkanaÊcie i powtórz prób´. DoÊwiadczenie 242 Zbuduj elektromagnesy wykorzystujàc na rdzeƒ ró˝ne materia∏y: rurk´ szklanà pr´t aluminiowy pr´t stalowy gwóêdê Êwieczk´ oÊ z tworzywa sztucznego o∏ówek wà˝ Który elektromagnes dzia∏a najlepiej a który w ogóle nie funkcjonuje? BIEGUNY ELEKTROMAGNESU DoÊwiadczenie 243 Magnes jest najsilniejszy na swoich biegunach. Namagnesuj stalowà ig∏´. Spróbuj podnieÊç jej koƒcem drugà, nienamgnesowanà ig∏´. Obydwa koƒce ig∏y jednakowo dobrze przyciàgajà stal. Spróbuj zrobiç to samo Êrodkiem namagnesowanej ig∏y. Ta cz´Êç nie przyciàga stali. To dowodzi naszej tezy postawionej na poczàtku doÊwiadczenia. 75 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 8 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 244 Spróbuj zbli˝yç biegun pó∏nocny magnesu do bieguna pó∏nocnego elektromagnesu (z w∏àczonym zasilaniem). Jest to bardzo trudne. Bieguny odpychajà si´. Przy∏ó˝ go nast´pnie do bieguna po∏udniowego. Bieguny natychmiast przyciàgnà si´. Bieguny jednoimienne magnesów odpychajà si´ a bieguny ró˝noimienne – przyciàgajà. DoÊwiadczenie 245 Namagnesuj dwie ig∏y. Jednà z nich po∏ó˝ delikatnie na powierzchni wody w zlewce. Trzymajàc drugà ig∏´ w r´ce, zbli˝ jej koniec do koƒca p∏ywajàcej ig∏y. Je˝eli koƒce przyciàgajà si´, oznacza to, ze zbli˝y∏eÊ do siebie bieguny ró˝noimienne a je˝eli odpychajà, ˝e jednoimienne. Ustaw ig∏y równolegle, naprzemianlegle biegunami i powoli obracaj ig∏´ trzymanà w palcach. Co dzieje si´ z p∏ywajàcà ig∏à? SILNIKI ELEKTRYCZNE Silniki elektryczne to urzàdzenia zmieniajàce energi´ elektrycznà w energi´ mechanicznà. Istnieje olbrzymia liczba ró˝nych rodzajów silników, poczàwszy na malutkich silniczków o mocy 1/1000000 konia mechanicznego do pot´˝nych maszyn o mocy 65 000 koni mechanicznych. DoÊwiadczenie 246 Sercem silnika elektrycznego jest jego ruchoma cz´Êç – wirnik. Wirnik posiada uzwojenie nawini´te na rdzeniu i oÊ, wokó∏ której si´ obraca. Wytnij z wzornika cz´Êç „P”, przy∏ó˝ jà do metalowego krzy˝aka i zagnij brzegi papieru na krzy˝aku wzd∏u˝ przerywanych linii jak pokazano na rysunku. 6cm Papier odizoluje elektrycznie przewód od metalowego rdzenia a jednoczeÊnie ochroni izolacj´ drutu przed skaleczeniem. Wiesz ju˝ z poprzednich doÊwiadczeƒ, ˝e papier nie ekranuje magnetycznie i nie stanowi przeszkody dla pola magnetycznego. Pozostaw koƒcówk´ drutu o d∏ugoÊci ok. 6cm i nawiƒ na prawà cz´Êç krzy˝aka 70 zwojów uwa˝ajàc, aby nie uszkodziç izolacji i aby drut w ˝adnym miejscu nie dotyka∏ do metalu. Moje Laboratorium - Fizyka • 76 Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 9 C M Y CM MY CY CMY K 6cm Przeprowadê drut przez Êrodek krzy˝aka i koniecznie w tym samym kierunku, nawiƒ kolejne 70 zwojów na lewej jego cz´Êci. Ostatnie kilka zwojów wykonaj blisko osi obrotu. Pozostaw 6cm koƒcówk´ a reszt´ drutu odetnij. Zdrap papierem Êciernym po 1cm z koƒców drutu. Dotknij koƒcami przewodów do zacisków baterii i sprawdê, czy wirnik dzia∏a jak elektromagnes i przyciàga ma∏e metalowe przedmioty. Przykr´ç za pomocà dwóch Êrub do podwozia uchwyty kàtowe jak na rysunku A. dok∏adnie usuƒ izolacj´ Przytnij jeszcze dwa odcinku drutu, ka˝dy o d∏ugoÊci 10cm i dok∏adnie usuƒ z nich izolacj´ na ca∏ej d∏ugoÊci. Z∏ó˝ ka˝dy na pó∏, pozostawiajàc w miejscu zgi´cia ma∏à p´telk´ i skr´ç z∏o˝one koƒce. To tzw. szczotki silnika. Jednà koƒcówk´ w∏ó˝ pod wkr´t uchwytu. Druga koƒcówka pos∏u˝y do przy∏àczenia baterii. Wykonaj identyczne czynnoÊci dla obydwu stron. Dognij koƒcówki przewodów 1 i 2 wirnika jak na rysunku. 2 W∏ó˝ koƒcówki przewodów 1 i 2 w otwory w górnej cz´Êci wsporników wraz z osià wirnika. Koƒce tych przewodów prze∏ó˝ przez p´tle przygotowanych wczeÊniej szczotek silnika. Koƒce przewodów nie mogà dotykaç do metalowej cz´Êci wirnika. Muszà stykaç si´ jednoczeÊnie z p´tlami szczotek podczas ruchu obrotowego wirnika. To tzw. komutator silnika. 1 Dognij delikatnie przewody i szczotki, aby zapewniç mi´dzy nimi dobry styk, ale jednoczeÊnie zwróç uwag´ by tarcie mi´dzy nimi nie by∏o zbyt du˝e. Doreguluj tak˝e odleg∏oÊç wsporników i sprawdê, czy wirnik obraca si´ bez oporów. Pod∏àcz koƒce przewodów zasilajàcych silnika do zasobnika bateryjnego i nadaj wirnikowi ruch obrotowy. Wirnik zacznie si´ obracaç. Musisz wyczuç w którà stron´ wirnik „chce” si´ obracaç i w t´ stron´ pokr´ciç wa∏em. N S + – Composite S N Wirnik obraca si´, poniewa˝, bieguny jednoimienne odpychajà si´ a bieguny ró˝noimienne przyciàgajà. 77 • Moje Laboratorium - Fizyka – Przy∏ó˝ stalowe nabiegunniki do biegunów magnesu. Koƒce nabiegunników w∏ó˝ do szczelin F i G w podwoziu. To stojan silnika. Doreguluj go, aby wirnik nie zawadza∏ o jego elementy. + Ustaw wirnik w po∏o˝eniu poziomym. Pod∏àcz bateri´ do szczotek silnika i dognij odpowiednio przewody wirnika, aby w tym samym po∏o˝eniu dotyka∏y do p´tli. Nie pod∏àczaj uzwojenia, gdy wirnik jest w po∏o˝eniu poziomym na d∏u˝ej ni˝ kilka sekund, aby nie roz∏adowaç baterii. fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 10 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 247 Zapami´taj kierunek, w jakim obraca si´ wirnik. Zamieƒ bieguny magnesu. Kierunek obrotów silnika zmieni∏ si´. DoÊwiadczenie 248 Zamieƒ bieguny zasilania. Kierunek obrotów silnika zmienia si´. Czy kierunek obrotów silnika zmieni si´, je˝eli zamienisz zarówno bieguny zasilania jak i bieguny magnesu? ELEKTRYCZNOÂå STATYCZNA DoÊwiadczenia z elektrycznoÊcià statycznà udajà si´ w suche i ch∏odne dni. Je˝eli jest ciep∏o i wilgotno, miniaturowe kropelki przywierajà do powierzchni i odprowadzajà ∏adunki elektryczne. Najlepsze wyniki osiàga si´ przeprowadzajàc eksperymenty w zimie w suchym i ogrzewanym pokoju. DoÊwiadczenie 249 Przy∏ó˝ du˝y arkusz papieru do Êciany lub do drzwi. Pocieraj ca∏à powierzchni´ papieru bokiem o∏ówka. Papier zaczyna sam przylegaç do Êciany! Oderwij delikatnie naro˝nik arkusza i puÊç go. Natychmiast zostaje przyciàgni´ty przez Êcian´! W bardzo suchy dzieƒ mo˝esz nawet us∏yszeç ciche wy∏adowania elektrostatyczne! DoÊwiadczenie 250 Nadmuchaj balon i zawià˝ go. Potrzyj nim intensywnie o w∏osy i przy∏ó˝ do Êciany. Si∏y elektrostatyczne przyciàgajà balon! DoÊwiadczenie 251 Potnij papier na bardzo ma∏e kawa∏eczki. Oprzyj szklanà p∏ytk´ na dwóch cienkich ksià˝kach (rys.). UmieÊç skrawki papieru pod p∏ytkà. Potrzyj teraz jedwabnà lub flanelowà, suchà Êciereczkà górnà powierzchni´ szk∏a. Szk∏o przyciàgnie le˝àce pod nim skrawki! Najlepsze rezultaty osiàgniesz stosujàc p∏ytk´ szklanà, ale w przypadku problemów z jej zdobyciem mo˝esz tak˝e zastosowaç p∏ytk´ z przezroczystego tworzywa sztucznego i do pocierania u˝yç we∏ny. bardzo ma∏e skrawki papieru cienkie ksià˝ki szklana p∏ytka Wskutek pocierania o siebie przedmioty elektryzujà si´. Przedmiot pocierany uzyskuje przeciwny ∏adunek ni˝ przedmiot, którym pocieramy. Podobnie jak w przypadku magnesów, ∏adunki jednoimienne (dwa dodatnie lub dwa ujemne) odpychajà si´ a ∏adunki ró˝noimienne (dodatni i ujemny) – przyciàgajà. Moje Laboratorium - Fizyka • 78 Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 11 C M Y CM MY CY CMY K DoÊwiadczenie 252 Poczesz w∏osy grzebieniem ok. 20-30 razy. Odkr´ç lekko kurek i puÊç mo˝liwie najs∏abszy, ale ciàg∏y strumieƒ wody. Zbli˝ grzebieƒ do strumienia. Zauwa˝, ˝e odchyla si´ od pionu. Si∏y elektrostatyczne przyciàgajà wod´ i powodujà zmian´ kierunku stru˝ki wody! DoÊwiadczenie 253 ZawieÊ dwa balony na sznurkach, tak aby wisia∏y od siebie w odleg∏oÊci ok. 6cm. Potrzyj ka˝dy z nich o Twoje w∏osy. Balony odpychajà si´ od siebie, poniewa˝ wskutek naelektryzowania majà jednoimienne ∏adunki elektryczne. DoÊwiadczenie 254 Potrzyj probówk´ flanelowà Êciereczkà lub jedwabnà chusteczkà. UmieÊç próbówk´ w przestrzeni pomi´dzy balonami z poprzedniego doÊwiadczenia. Balony majàce ujemne ∏adunki elektryczne zostanà przyciàgni´te do probówki, która na∏adowana jest dodatnio. – + – DoÊwiadczenie 255 Zmieszaj ze sobà szczypt´ soli ze szczyptà pieprzu. Jak rozdzieliç te substancje? OczywiÊcie mo˝na mieszanin´ wsypaç do wody. Sól rozpuÊci si´, ale pieprz ulegnie wtedy zniszczeniu. Zdecydowanie lepszà metodà jest wykorzystanie elektrostatycznych w∏aÊciwoÊci suchego pieprzu. Mo˝esz u˝yç zwyk∏ego grzebienia. Potrzyj nim w∏osy i zbli˝ do mieszaniny. Pieprz zostanie przyciàgni´ty a sól pozostanie na swoim miejscu! DoÊwiadczenie 256 Potrzyj kilka razy wiszàcy balon o swoje w∏osy w ciemnym pokoju. Zbli˝ palec do powierzchni balonu. Powinna przeskoczyç ma∏a iskra. ¸adunek o wi´kszej wartoÊci przep∏ynà∏ z powierzchni balonu do Twojego palca. Z podobnym zjawiskiem mamy do czynienia podczas burzy. Czàsteczki wody, powietrza i py∏u znajdujàce si´ w chmurach ocierajà si´ o siebie i uzyskujà w ten sposób olbrzymie ∏adunki elektryczne. Gdy ∏adunek osiàgnie wartoÊç krytycznà, powstajà wy∏adowania elektryczne w postaci b∏yskawic i grzmotów. 79 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 12 C M Y CM MY CY CMY K I to ju˝ koniec.... Dobrn´liÊmy razem do koƒca naszej ksià˝ki. Przeprowadzi∏eÊ wiele bardzo ciekawych eksperymentów. Masz teraz wi´kszà wiedz´ i co najwa˝niejsze, popartà w∏asnym doÊwiadczeniem! Mo˝esz przeprowadzaç w∏asne eksperymenty i wysnuwaç nowe wnioski. Zobaczysz, ˝e du˝o lepiej rozumieç b´dziesz otaczajàcy Êwiat. A gdybyÊ chcia∏ powtórzyç doÊwiadczenia – wystarczy tylko przewróciç kilka kartek wstecz.... Powodzenia! Moje Laboratorium - Fizyka • 80 Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 13 C notatki 81 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite M Y CM MY CY CMY K fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 14 C M Y CM MY CY CMY K notatki Moje Laboratorium - Fizyka • 82 Composite fizyka instrukcja III 4/14/08 10:15 AM Page 15 C notatki 83 • Moje Laboratorium - Fizyka Composite M Y CM MY CY CMY K