jsMath

Potopljeni valj

Potopljeni valj

Avtor: Gorazd Planinšič

Težavnost: srednja

Predvideni čas: 20-45 min

Več o projektu...

Poskus

Valj iz neznane snovi je pritrjen preko lahke paličice na silomer. Kliknite na gumb in si oglejte posnetek poskusa.

(./datoteke/puscici.png)

Flash version 9,0 or greater is required

You have no flash plugin installed

Download latest version from here

Film kaže potapljanje lesenega valja. Namenoma je prikazan v črno-beli tehniki, da se ne da razpoznati, iz kakšne snovi je valj. Demonstrator spušča valj počasi in s kar se da enakomerno hitrostjo.

Spreminjanje sile s časom

Graf kaže kako se je sila na silomer med poskusom spreminjala s časom. Silomer je umerjen tako, da kaže 0, če nanj ne deluje sila. Silomer pokaže pozitivni odčitek če nanj pritisnemo in negativni, če ga vlečemo s silo.

Graf kaže meritev, ki je potekala med izvajanjem poskusa, ki je prikazan na posnetku. Rečeno je, da je paličica lahka, zato njeno težo zanemarimo. Na začetku je izmeril silomer le težo valja (smer navzdol je pozitivna). Ko je del valja ali celoten valj potopljen, deluje na valj (in na silomer – preko paličice) še sila vzgona. Tedaj kaže silomer razliko med težo valja in vzgonom.

Pozoren opazovalec bo opazil drobne nepravilnosti pri prehodu med nagnjenim in ravnim delom grafa. Te so posledica sil zaradi površinske napetosti. Če nameravate poskus izvesti sami, lahko vpliv površinske napetosti zmanjšate tako, da vodi dodate kapljico tekočega mila.

Gostota

Kaj lahko na podlagi teh meritev sklepamo o gostoti snovi, iz katere je izdelan valj?

ρvalj=ρvoda
ρvalj<ρvoda
ρvalj>ρvoda
Primerjave med ρvalj in ρvoda ni mogoče narediti na podlagi teh meritev
Pri reševanju tega vprašanja je ključno, da pravilno razumemo, kaj predstavlja sila, ki jo silomer izmeri v prvem in kaj v drugem delu grafa (v prvem delu je to teža, v drugem pa razlika med težo in vzgonom).
Razmišljamo lahko takole. Ker med poskusom celotna sila, ki jo izmeri silomer, spremeni predznak, je vzgon na povsem potopljeno telo večji od teže telesa. Ker je vzgon enak teži izpodrinjene vode, je torej gostota telesa manjša od gostote vode.

Video

Pravilno!

Naprej

Odgovor ni pravilen. Pozorno poglejte, kaj nanašamo na navpično os. Razmislite, kaj pomeni predznak merjene sile in katera vrednost na grafu predstavlja težo valja.

Ponovno

Žal, odgovor tudi tokrat ni pravilen. Pravilen odgovor je, gostota valja je manjša od gostote vode.

Naprej

Graf F(t)

Video

Flash version 9,0 or greater is required

You have no flash plugin installed

Download latest version from here

Dogodki tekom poskusa

Na levi so navedeni različni dogodki, ki so se zgodili tekom poskusa. Povežite meritve, ki so predstavljene s črkami na desni, z ustreznimi dogodki na levi.

1. Spodnja ploskev valja se je dotaknila vodne gladine
2. Valj je delno potopljen
3. Zgornja ploskev valja se je potopila pod vodno gladino
4. Valj je v celoti potopljen in se je nehal premikati navzdol
B
C
D
med D in E
A
med A in B
E
(./datoteke/dogodki.png)
Naloga postopoma vodi učenca, da analizira posamezne korake poskusa. Pri tovrstnih nalogah razvijajo učenci čut za konsistentnost svojih izjav. Učenci, ki imajo ta čut bolj razvit, bodo lahko pravilno rešili nekatera vprašanja že na podlagi izločevanja. Čeprav takšen pristop ne odraža popolnega razumevanja snovi, pa je pomemben za navajanje na konsistentnost in spodbuja razmišljanje o lastnem razmišljanju (meta kognicija).
Preveri

Odlično!

Naprej

Odgovor (še) ni pravilen. Število pravilnih parov v vašem odgovoru je . . Morda bo pomagal namig: ko je valj potopljen se sila vzgona več ne spreminja, četudi valj enakomerno potiskamo navzdol.

Ponovno

Odgovor še vedno ni pravilen. Pravilni pari so 1-B, 2-C, 3-D, 4-med D in E.

Naprej

Teža valja

Na podlagi podatkov, ki jih dobite iz grafa, ocenite težo valja.

Teža valja: Fg= N

Težo valja razberemo iz začetnega izmerka silomera. Učenec lahko z odčitavanjem vrednosti na grafu izračuna povprečje ali preprosto oceni vrednost.
Kot pravilne se smatrajo vrednosti na intervalu 0.16 N ≤Fg≤ 0.18 N.

Graf F(t)

Preveri

Zelo dobro. Lahko gremo naprej.

Naprej

Rezultat je napačen. Natančno poglejte, kje je ničla (0) na navpični osi grafa in poskusite znova.

Ponovno

Rezultat je tudi tokrat napačen. Pravilna teža valja je med 0.16 N in 0.18 N.

Naprej

Sila vzgona

Na podlagi podatkov, ki jih dobite iz grafa, ocenite velikost sile vzgona na potopljeni valj.

Teža valja: N.

Sila vzgona na potopljen valj:
Fv= N

Silo vzgona, ki deluje na valj, dobimo kot razliko med začetno silo in končno silo, ki jo izmeri silomer. Prvo je učenec določil v prejšnjem vprašanju, zdaj določi še drugo, na enak način kot prvo. V računu mora še upoštevati, da imata sili nasproten predznak. Kot pravilne se smatrajo vrednosti na intervalu 0.32 N ≤Fv≤ 0.36 N. Ker naloga sprašuje po velikosti sile, so vrednosti pozitivne.

Graf F(t)

Preveri

Zelo dobro. Lahko gremo naprej.

Naprej

Rezultat je napačen. Morda bo pomagal naslednji namig: razmislite, v kateri legi je sila vzgona nič in v kateri legi deluje na valj celotna sila vzgona.

Ponovno

Rezultat je še vedno napačen. Pravilna sila vzgona je med 0.32 N in 0.36 N.

Naprej

Prostornina valja

Na podlagi izračunanih količin ocenite prostornino valja (upoštevajte, da je gostota vode 103 kg/m3).

Prostornina valja: V= cm3

Teža valja: N,
sila vzgona: N.

Učenec mora poznati izraz za vzgon. Iz izraza izračuna prostornino valja, pri čemer upošteva silo vzgona, ki jo je določil v prejšnji nalogi. Kot pravilne se smatrajo vrednosti na intervalu 33 cm3 ≤V≤ 37 cm3.

Graf F(t)

Preveri

Zelo dobro. Lahko gremo naprej.

Naprej

Rezultat je napačen. Ste zapisali v enotah, kot jih zahteva naloga? Ste upoštevali, da je g=9.81 m/s2?

Ponovno

Rezultat je žal še vedno napačen. Pravilna vrednost prostornine je med 33 cm3 in 37 cm3.

Naprej

Gostota valja

Zdaj na podlagi izračunanih količin ocenite še gostoto valja.

Gostota valja: ρvalja= kg/m3

Teža valja: N,
sila vzgona: N,
prostornina valja: cm3.

Učence mora smiselno uporabiti količine, ki jih je določil v prejšnjih vprašanjih. Iz teže in prostornine valja lahko izračuna gostoto valja. Kot pravilne se smatrajo vrednosti na intervalu 470 kg/m3 ≤ρvalja≤ 530 kg/m3.

PRVI MODUL
-----------------------------------------------------------------------------
DRUGI MODUL

Naloga je sestavljena modularno. Na tem mestu je zaključek prvega modula, ki omogoča manj motiviranim učencem, da zapustijo nalogo. Učitelj lahko uporabi le prvi modul, oba, ali le drugega. »e se odloči za zadnjo varianto mora k njej dodati še uvodni video in prvo vprašanje iz prvega modula.

Preveri

Zelo dobro. Pravilno ste določili gostoto neznane snovi. Valj, ki smo ga uporabili v poskusu, je iz smrekovega lesa.

(./datoteke/leseni valj detail.jpg)

Naprej

Rezultat je napačen. Spomnite se, kako je definirana gostota telesa in preverite ali ste rezultat zapisali v enotah kot jih zahteva naloga.

Ponovno

Rezultat je žal še vedno napačen. Pravilna gostota valja je med 470 kg/m3 in 530 kg/m3. Valj, ki smo ga uporabili v poskusu, je iz smrekovega lesa.

(./datoteke/leseni valj detail.jpg)

Naprej

Dodatno

Ali se želite preizkusiti še ob treh vprašanjih, ki se navezujejo na opisani poskus in ne zahtevajo računanja?

Da.
Ne.

Poskus z oljem in vodo

Zamislite si, da poskus ponovimo tako, da valj potapljamo v olje, ki ima manjšo gostoto od vode. Katera slika pravilno kaže oba grafa F(t)?

(./datoteke/legenda.png)


(./datoteke/grafA.png)
(./datoteke/grafB.png)
(./datoteke/grafC.png)
(./datoteke/grafD.png)
Pravilni odgovor je B. Učenci morajo ugotoviti, da je vzgon v olju manjši kot v vodi in da bo zato razlik sil na potopljeno telo manjša. To vprašanje je priprava na naslednje vprašanje.

Čestitamo. Pravilno ste odgovorili na vprašanje! Kar ste ugotovili pri tem vprašanju, vam bo koristilo pri naslednjem vprašanju.

Naprej

Odgovor ni pravilen. Morda bo pomagal namig v obliki dodatnih vprašanj. Ali izbira tekočine kaj vpliva na začetno vrednost meritve? Kakšna je gostota olja v primerjavi z gostoto vode?

Ponovno

Tudi tokrat je odgovor napačen. Pravilen odgovor kaže spodnji graf.

(./datoteke/grafB.png)

Naprej

Strmina grafa

Izmerjeni graf F(t) je sestavljen iz dveh vodoravnih delov med katerima je nagnjeni del. Strmina nagnjenega dela je odvisna od tega, s kolikšno hitrostjo spuščamo valj. Od česa je po vašem mnenju še odvisna strmina nagnjenega dela, če je oblika valja določena?

(./datoteke/F_t.png)
Še od razlike gostot valja in tekočine.
Še od vsote gostot valja in tekočine.
Še od gostote tekočine, v katero potapljamo valj.
Še od gostote snovi, iz katere je valj.
To je težje vprašanje. Učenec mora spoznati, da poleg hitrosti spuščanja valja odloča o strmini srednjega dela grafa še razlika med začetno in končno silo, ki jo izmeri silomer (odloča tudi presek valja, a to ni predmet vprašanja). Ta razlika je odvisna le od sile vzgona, ne pa od teže valja, zato je pravilni odgovor B.
Razmišljanje, da je vsota sil na valj razlika teže in vzgona pogosto navede (tudi med fiziki) na izbiro napačnega odgovora C.

Čestitamo. Pravilno ste odgovorili na zahtevno vprašanje! Čaka vas še zadnje vprašanje.

Naprej

Odgovor ni pravilen. Še enkrat dobro premislite, od česa sta odvisni začetna in končna vrednost meritve.

Ponovno

Odgovor je žal še vedno napačen. Pri izbranem valju je strmina odvisna še od gostote tekočine, v katero potapljamo valj.

Naprej

Poskus z neraztegljivo vrvico

  • Predstavljajte si, da poskus ponovimo tako, da valj privežemo na lahko neraztegljivo vrvico in to obesimo na silomer. Kateri graf pravilno kaže časovno spreminjanje sile v tem primeru (zanima nas le oblika grafa)?
(./datoteke/grafA1.png)
(./datoteke/grafB1.png)
(./datoteke/grafC1.png)
(./datoteke/grafD1.png)

To je težje vprašanje. Učenec mora v mislih ponoviti poskus in pri tem upoštevati:

  1. da vrvica prenese le sile, ki jo natezajo, ne pa tlačnih sil,
  2. da valj plava na vodi, če ga položimo na njeno gladino. To pomeni, da se bo valj nekoliko potopil, preden bo sila vzgona uravnovesila silo teže.
    Pravilen odgovor je D. Če učenec izbere (napačni) odgovor A, je pokazal več znanja kot če izbere odgovora C ali B.

Bravo! Uspešno ste prišli do konca. Upamo, da vam je bilo reševanje nalog v veselje.

Naprej

Odgovor ni pravilen. Premislite v čem se pri tem poskusu vrvica razlikuje od paličice. Spomnite se, da valj plava na vodi, če ga položimo na njeno gladino.

Ponovno

Odgovor je žal še vedno nepravilen. Vrvica lahko valj le vleče, ne more pa ga potiskati. Pravilen odgovor kaže spodnji graf. Upamo, da vam je bilo reševanje nalog v veselje.

(./datoteke/grafD1.png)

Naprej

Katere sile še delujejo na telo pri potapljanju?

Poleg teže in vzgona, ki sta v našem primeru največji sili, delujeta na telo pri potapljanju še dve sili. To sta sila površinske napetosti in sila upora.

Sila površinske napetosti Med molekulami kapljevine delujejo sile. Površina kapljevine se zato obnaša podobno kot nekakšna napeta opna. Ko potopljeno telo prodira skozi gladino kapljevine, se gladina na stiku s telesom upogne in zato deluje na telo s silo. Sila površinske napetosti je sorazmerna z dolžino meje med telesom in kapljevino na gladini, odvisna pa je tudi od vrste kapljevine.

Sila upora Telo, ki se giblje po tekočini vleče za seboj plasti tekočine, pri večjih hitrostih pa lahko ustvarja tudi vrtince. Zato deluje na telo sila upora, ki poskuša ustaviti gibanje telesa. Sila upora je tem večja, čim večja je hitrost gibanja telesa glede na tekočino.

Prišli ste do konca. Upamo, da vam je bilo reševanje nalog v veselje.

Konec

0%
0%