22 września już po raz dziewiąty wzięliśmy udział w Powiatowym Pikniku Naukowym. Ania, Dominika, Jagoda, Justyna, Konstancja, Maja, Oliwia, Pola, Sofiia, Weronika i Wawrzyniec demonstrowali doświadczenia z dynamiki, fal mechanicznych i elektryczności.
Piłki
Maja i Pola prowadziły pokaz spadania i odbicia od podłoża trzech piłek ustawionych pionowo jedna nad drugą, od dołu: koszykowa, siatkowa i tenisowa. To doświadczenie powtarzaliśmy już na pikniku kilkakrotnie.
Efekt doświadczenia jest zaskakujący: piłka tenisowa unosi się na wysokość znacznie większą niż wysokość, z której spadała. Czy to jest zgodne z zasadą zachowania energii?
Piłka tenisowa musi unieść się najwyżej, bo pozostałe piłki były pod nią i siatkowa ją popchnęła w górę. Ale dlaczego na wysokość większą niż gdyby spadała sama?
Każda z piłek spadająca z tej samej wysokości unosi się na pewną wysokość mniejszą niż początkowa, bo zderzenia nie są doskonale sprężyste. Kiedy spadają jednocześnie, piłka koszykowa nie może się wznieść wyżej, niż wtedy, gdy spadała sama, ponieważ teraz podłoże działa na nią w górę tak samo jak poprzednio, ale siatkowa odpycha ją w dół. Siła wypadkowa jest mniejsza, więc przyspieszenie też mniejsze, zatem prędkość początkowa wznoszenia się jest mniejsza niż w przypadku pojedynczego odbicia, w takim razie wysokość, na którą wznosi się piłka koszykowa musi być mniejsza niż wcześniej. Podobnie jest z piłką siatkową. A tenisowa? Całkowita początkowa energia potencjalna piłek jest taka sama, jak suma początkowych energii potencjalnych piłek spadających pojedynczo. Jednak piłki koszykowa i siatkowa osiągnęły mniejsze wysokości niż wcześniej, więc żeby energia była zachowana, piłka tenisowa musi unieść się wyżej, niż spadając samodzielnie.
Zobacz na filmie
Dźwignia
Oliwia i Konstancja przedstawiały prawo równowagi dźwigni dwustronnej. Uczestnicy po obserwacji zachowania się belki, której ramiona obciążano w różnych odległościach od punktu zawieszenia, mogli siłować się z dziewczynami.
Ruch obrotowy
Justyna i Weronika demonstrowały ruch obrotowy. Zaczynały od ruchu po okręgu pojedynczego ciała – piłeczki w wirującej kolbie. Piłeczka zataczała okrąg po ściance kolby. Im większa prędkość piłeczki, tym dalej od osi obrotu piłeczka się poruszała, jakby chciała uciec z kolby. Siłą dośrodkową jest tu wypadkowa siły ciężkości i siły nacisku ścianki kolby na piłeczkę.
Bryła złożona ze sprężystych obręczy, umieszczonych na wspólnej osi tak, że można je ściskać wzdłuż osi, w czasie wirowania spłaszcza się. Tak zachowują się wirujące ciała niebieskie. Ich promienie równikowe są większe niż biegunowe. W przypadku gwiazd i gazowych planet spłaszczenie jest znaczne, w przypadku planet ziemskich – mniejsze.
Klocek, początkowo wiszący pionowo, przy odpowiednio dużej częstotliwości obrotów ustawia się poziomo. Okrągła, płaska płytka zachowuje się podobnie. Łańcuszek, zwisający z wirownicy, w czasie obrotów tworzy okrąg wirujący poziomo.
Skakanka i lina
Ania, Pola i Oliwia zajmowały się ruchem falowym i naprężaniem liny.
Kręcąc długą sprężyną z coraz większą częstotliwością można uzyskać kolejne przypadki fal stojących o coraz większej liczbie „grzbietów” (dokładniej strzałek i węzłów). Można je wykorzystać jako wieloosobowe skakanki.
Mimo silnego naprężenia liny łatwo docisnąć ją do podłoża. Dzieje się tak dlatego, że wypadkowa sił naprężenia, między którymi jest kąt niewiele mniejszy od półpełnego jest niewielka i łatwo ją pokonać. Siły, którymi dziewczyny ciągną za końce liny są większe niż siła dociskająca linę do podłoża.
Obwody elektryczne
Jagoda i Sofiia prowadziły montowanie obwodów elektrycznych. Zadaniem uczestników było budowanie coraz bardziej skomplikowanych obwodów elektrycznych. Zaczynali od żaróweczki podłączonej bezpośrednio do baterii, dodając kolejne elementy obwodu: wyłącznik, drugą żarówkę szeregowo, potem równolegle, aż wreszcie model instalacji domowej z dwoma odbiornikami i wyłącznikiem głównym.
Fizyczne zagadki
Dominika i Wawrzyniec demonstrowali fizyczne zagadki.
Kołyska Newtona to zestaw jednakowych stalowych kulek zawieszonych tak, że są ustawione jedna za drugą. Można je dowolnie odchylać i puszczać, obserwując skutki zderzeń. Np. jeżeli jedna kulka uderza w pozostałe, to zatrzymuje się, a odskakuje ostatnia kulka na wysokość zbliżoną do początkowej wysokości pierwszej kulki. Jeżeli jednak odchylimy dwie kulki, to po zderzeniu one się zatrzymają, a odskoczą dwie ostatnie.
Podwójny stożek umieszczony na dole równi pochyłej toczy się pod górę!
Pomiar wysokości stożka nad stolikiem pokazuje jednak, że stożek na szczycie równi znajduje się niżej, ponieważ ramiona równi rozszerzają się, i stożek zapada się w nią.
Z równi staczają się jednakowo wyglądające, mające jednakowe masy, puszki. Za każdym razem jedna, i ciągle ta sama puszka, wygrywa!
Po zajrzeniu do środka każdej z nich okazuje się, że ta która wygrywa, ma plastelinę przyklejoną do dna na środku, a ta, która przegrywa, przy ściankach. Zatem o bezwładności puszki decyduje rozłożenie masy. Im dalej od osi obrotu jest rozłożona masa, tym większa jest jej bezwładność, i trudniej ją rozpędzić.