Rozwiązanie zadania:
Rysunek do zadania
Odp. a) Stawiamy hipotezę:
Droga (s) przebyta przez samochód do momentu zatrzymania się zależy od wysokości (h), z której samochód zjeżdża po desce.
Zgodnie z zasadą zachowania energii, energia potencjalna samochodu zamienia się w energię kinetyczną. U podnóża równi, zabawka osiąga maksymalną energię kinetyczną, czyli posiada maksymalną prędkość. Wyprowadzimy wzór na tę prędkość
Widzimy, że prędkość ta zależy od wysokości (h) z jakiej zjeżdża samochodzik.
Od momentu gdy samochód porusza się po poziomym torze, zmiana energii kinetycznej jest równa pracy wykonanej przeciwko sile tarcia. Zapiszemy to wzorem
Ze wzoru wnioskujemy, że droga samochodu zależy od prędkości u podnóża równi, zaś prędkość w tym punkcie zależy od wysokości z jakiej zjeżdża samochód.
Odp. b) W doświadczeniu wystarczy użyć linijki lub taśmy mierniczej
Odp. c) Kolejne czynności
- ustawić jeden koniec deski na wysokości (h1)
- mierzymy wartość tej wysokości, pomiar zapisujemy
- puszczamy samochód i zaznaczamy miejsce, w którym sie zatrzymał
- mierzymy przebytą drogę (s1), czyli odległość od końca równi do punktu zatrzymania, zmierzoną wartość zapisujemy
- powtarzamy powyższe czynności dla kilku różnych wysokości (h)
Odp. d) W czasie wykonania doświadczenia nie należy zmieniać:
- rodzaju nawierzchni, po której zjeżdża samochodzik
- samochodziku
Nie możemy zmieniać nawierzchni, ponieważ dla różnych nawierzchni występują różne wartości siły tarcia. Nie możemy również zmienić rodzaju samochodziku, który też ma wpływ na wartość siły tarcia (różne rodzaje trących się powierzchni: koła- deska, osie itp.)
Odp. e) Wskazówka: Ruch samochodzika jest złożony z dwóch rodzajów ruchu: z ruchu przyspieszonego w czasie jazdy po pochyłej desce oraz ruchu opóźnionego w czasie jazdy po poziomym odcinku.
Z wykresu można odczytać:
- że dla h2>h1, czas (t2) zjazdu jest mniejszy, a szybkość (v2) przy dolnym końcu deski jest większa;
- opóźnienie pod wpływem tarcia na płaskiej powierzchni w obu przypadkach jest jednakowe, czyli przyspieszenie hamujące w obu przypadkach spełnia zależność
- pamiętając, że wartość pola pod wykresem v(t) jest liczbowo równe przebytej drodze, można zobaczyć, że pole figury dla wysokości (h2) jest większe niż dla wysokości (h1), a to oznacza, że droga hamowania przy zjeździe wysokości (h2) jest dłuższa.
- zaznaczone pola trójką są sobie równe, ponieważ ten fragment wykresu opisuje ruch zabawki w czasie jazdy po pochyłym odcinku drogi.
