Fizikai Szemle honlap |
A gimnázium II. osztályában a fizika tananyaga az egyenesvonalú egyenletes és egyenletesen gyorsuló mozgással kezdődik. A két mozgás feldolgozása során lényeges fizikai mennyiségekkel ismerkednek meg a tanulók (út, sebesség, gyorsulás) és alapvető összefüggéseket derítenek fel. Ezt a sok nehézséget jelentő feladatot csak megfelelő kísérletek bemutatásával tehetjük számukra megoldhatóvá. Mivel a szereplő mennyiségek közötti összefüggések legvilágosabban grafikonon tanulmányozhatók, olyan kísérletek bemutatása lesz célszerű, amelyek a tanulók által is könnyen értékelhető mérési eredményeket szolgáltatnak.
A következő sorokban ismertetésre kerülő két kísérlet a mozgások tanulmányozására eddig is ismert és középiskolai bemutatásra alkalmas kísérletek választékát szeretné gazdagítani.
A mozgó test mindkét esetben a legtöbb szertárban megtalálható könnyen gördülő kis kocsi, az időmérő berendezés pedig házilag is könnyen elkészíthető, ecsettel felszerelt inga.
A kb. 25 cm hosszú, ólomsúllyal (A) ellátott, vízszintes tengely körül lengő ingát megfelelő nagyságú állványba szereljük. (1. ábra). A vasrúd (B) alján megfelelő szorítócsavar (C) tartja a hegyesre nyírt szokásos iskolai ecsetet (D). Az ecset alá szegelt kis fatuskó (E) keskeny papírcsík távírószalag - (F) vezetésére szolgál. Az ecsetet úgy állítjuk be, hogy éppen érje a fatuskó szalagvezető bilincseibe (G) fűzött távírószalagot. Ha az ecsetet tintába mártjuk és az ingát lengésbe hozzuk, az ecset az alatta a nyíl irányában mozgó távírószalagra féllengésenként egy, a mozgás irányára majdnem merőleges »időjelet« fest (2. ábra).
Az egyenletes mozgás vizsgálata esetén a kocsit gramofonnal mozgatjuk (3. ábra). A gramofon tányérjának középpontjában lévő kiálló tengelyvégre cérnaorsót rögzítünk (a biztosabb felfekvés és nagyobb tapadás elérése érdekében célszerű a cérnaorsót 15 cm átmérőjű furnírlemez-korongra szögelni). Az orsóra csavarodó cérnaszál egyenletes sebességgel mozgatja a kocsit. (A fordulatszám változtatásával a kocsi sebessége is változtatható.) A kocsi húzza a krokodilcsipesszel hozzáerősített távírószalagot az ecset alatt. A kocsi számára sima pályát úgy készítünk, hogy 100 × 15 cm-es deszkalapot 3-5 mm vastag üveglappal fedünk be. (Az egyik végére szerelt kis csiga a cérna vezetésére szolgál.) A mozgásról ilyen módon készített »fényképet« (2. ábra »a«) úgy értékeljük, hogy az első időjeltől lemérjük a következő időjelekig megtett utakat, az értékeket táblázatba (1. sz. táblázat) írjuk és grafikusan (1. sz. grafikon) ábrázoljuk. Ha meghatározzuk az inga lengésidejét (10-20 lengés idejének megmérésével), a kocsi tényleges sebességét is kiszámíthatjuk.
Az egyenletesen gyorsuló mozgás tanulmányozása esetén nincsen szükségünk a gramofonra. Az üveglappal fedett pályát egyik végén alátámasztva lejtős pályát kapunk. Ezen gördítjük végig a kocsit (4. ábra).
Ennél a kísérletnél a kocsi indítására kell ügyelnünk. Akkor kell a mozgást megindítanunk, amikor az ecset éppen a papírszalag felett halad el. Ezt a legkönnyebben úgy valósíthatjuk meg, ha a kocsit a szalagnál fogva rögzítjük indulási helyzetéhez és a szalagot a kellő időpillanatban elengedjük (2. ábra »b«).
A kapható mérési eredményeket a 2. sz. táblázatban találjuk, míg a 2. sz. grafikon az út-idő grafikon.
Látható, hogy egyetlen mérési eredménysorozatból helyes kérdésfeltevés mellett a mozgás minden sajátosságára választ kapunk.
Nem tartozik szorosan a mozgásokhoz a súrlódás kérdéseinek kísérleti vizsgálata. Mivel a már ismertetett eszközöket erre a célra is felhasználhatjuk, röviden megemlékezünk róluk.
4. ábra
csigán átvetett cérnaszálra akasztott súllyal mozgatjuk. Ennél a kísérletnél a mozgás egyenletességének biztosítása okoz nehézséget. Úgy segítünk, hogy a fakockát - az előbbi kocsihoz hasonlóan - gramofonnal vontatjuk. A súrlódási erő mérésére a gramofon és a fakocka közé dinamómétert kapcsolunk (5. ábra). Célszerű például a fakockát 10 mm-es fúróval átfúrni. A furat egyik végén keresztülütött szöghöz kötjük a dinamóméterként használt gumiszálat. Ennek megnyúlását kis skálán olvashatjuk le. A gumiszál megnyúlásának hitelesítése esetében a súrlódási együttható is meghatározható. A fakocka aljára különböző anyagból készült lemezt erősítve, különböző anyagok között fellépő súrlódás is vizsgálható.
5. ábra
Makai Lajos
Kísérleti Fizikai Intézet, Szeged.