Курс: «Физика и механика», модуль «Базовые занятия»
Урок «Таймер»
Маятник
Маятник. (маятник Ньютона) — механическая система, изобретенная Исааком Ньютоном чтобы продемонстрировать преобразования энергии различных видов друг в друга: кинетической в потенциальную и наоборот. При отсутствии силы трения, система могла бы действовать вечно, но в реальности это невозможно. Интересным является то, что первый шарик передаёт импульс последнему не непосредственно, а через средние шарики, которые остаются неподвижными. Самая большая Колыбель Ньютона в мире находится в г. Kalamazoo (штат Мичиган, США). В ней 16 шаров, массой 6,8 кг каждый, подвешенных на троссах длиной 6,1 м на высоте 1 м от поверхности.
Технология
  • Сочетание материалов и сборка деталей.
  • Использование механизмов – зубчатых колес (шестерен).
  • Испытание перед внесением изменений.
Естественные науки
    • Измерение времени.
    • Калибровка шкал.
    • Исследование импульса (количества движения).
    • Энергия.
    • Методы исследования.
    В технический словарик
      • маятник
      • точность (измерений)
      • калибровка
      • шкала
      • энергия
      Дополнительно потребуется
        • Секундомер или таймер.
        Установление взаимосвязей
        Дима и Катя смотрели по телевизору Олимпийские игры и заспорили о том, что значит побить олимпийский рекорд. Они отправились в парк и решили трижды обежать вокруг старого дуба, стоящего на лужайке.

        Катя бежала первой. Дима скомандовал: «На старт, внимание, марш!» и одновременно с командой «Марш!» нажал кнопку своего наручного секундомера. Но вот беда – он нажал слишком сильно, и секундомер сломался.

        Как же теперь ребятам узнать, за какое время они пробегут вокруг дуба?

        Сможете ли вы сделать таймер, который поможет засекать время забегов? Придумайте его!
        Конструирование
        Соберите таймер
        (Технологические карты 7A и 7B, с. 17, шаг 26)
        Поднимите собачку храпового механизма на верхней оси, выдвиньте шестерни и с помощью ручки поднимите противовес. Верните собачку и шестерни в первоначальное положение и качните маятник.

        Что происходит?
        Таймер начинает тикать.
        Рефлексия
        Заставьте время идти медленнее или быстрее!
        Сначала попробуйте предположить, а затем проверьте.

        A. Убедитесь, что большое колесо расположено в самой нижней точке маятника. За сколько секунд стрелка сделает один полный оборот?

        Примерно за 70 секунд.
        B. Теперь передвиньте большое колесо вверх по оси, раскачайте маятник и опять засеките время.

        Таймер тикает чаще. Стрелка опишет круг примерно за 55 секунд.
        C. Замените большое колесо на маятнике маленьким, как показано на с. 18, шаг 27. Сколько секунд потребуется стрелке на этот раз, чтобы описать один круг?

        Примерно 56 секунд. Это быстрее, чем когда на месте маленького колеса было большое, потому что масса маленького колеса меньше и ему нужно меньше энергии, чтобы заставить маятник совершать колебания между крайними положениями.
        Калибровка с точностью до 1 минуты
        Таймер можно откалибровать с точностью почти до 1 минуты. Поднимая и опуская колесико, добейтесь, чтобы стрелка делала один оборот за 60 секунд, время засекайте по секундомеру.
        Развитие
        Длинный маятник
        (Технологическая карта 7B, с. 20, шаг 3)

        Давайте посмотрим, что произойдет, если мы сделаем маятник намного длиннее.

        Поставьте таймер на край стола. Придерживайте модель за основание, чтобы она не опрокинулась. Что происходит?

        Механизм таймера работает гораздо медленнее. Длинный маятник раскачивается медленнее, а значит, теперь вы сможете отмерять больше 1 минуты, поскольку более длинному и тяжелому маятнику требуется больше энергии и времени на то, чтобы совершить колебание между крайними положениями.
        Made on
        Tilda