Formål :
Eleverne kan med denne opgave undersøge, hvad som har indflydelse på faldtiden. Er det massen ? Overfladen ? Desuden kan eleverne eksperimentere sig frem til, hvad der kan ændre faldtiden – eksempelvis faldskærm.
Følgende ark er
ment som støtte til læreren.
Hvad kan eleverne
undersøge ?
Hvad skal de tage
højde for inden forsøget ?
Hvilke spørgsmål
kan det være relevant at stille, når man arbejder med tårnet :
Men har tårnets højde i det hele taget indflydelse på faldtiden ? I kan nu undersøge dette !
Hvad kan der være relevant at anvende til undersøgelse af faldtiden (klodser/lodder, målebånd, stopure).
Hvad har indflydelse på faldtiden – altså den tid det tager, når man slipper et lod eller en klods fra toppen af et tårn til det har nået jorden.
Undersøg om loddets vægt har indflydelse på faldtiden ?
Undersøg om tårnets højde har indflydelse på faldtiden ?
Hvilken betydning har overfladen på klodsen eller loddet for faldtiden ?
Undersøg om det har indflydelse på faldtiden, hvordan loddet slippes fra tårnets top ?
Hvordan kan man ændre faldtiden ?
Den tredje og sidste elevopgave er tårnet. Mange elever tror sikkert at jo tungere en ting er, jo hurtigere falder ting. Derfor kan denne elevopgave virke motiverende på elever, som ellers ikke interesserer sig for fysiske fænomener.
Vi har undersøgt faldtiden for to forskellige lodder fra to forskellige tårne. Resultatskemaet ses herunder:
|
Undersøgelser |
Lod 2,5 kg. |
Lod 5 kg. |
Lod 2,5 kg |
Lod 5 kg |
|
|
tårn 15 m |
tårn 15 m |
tårn 2,18 m |
tårn 2,18 m |
|
|
t (sek.) |
t (sek.) |
t (sek.) |
t (sek.) |
|
1 |
1,5 |
1,6 |
0,5 |
0,4 |
|
2 |
1,5 |
1,8 |
0,5 |
0,3 |
|
3 |
1,6 |
1,9 |
0,6 |
0,4 |
|
4 |
1,7 |
1,8 |
0,5 |
0,4 |
|
5 |
1,7 |
1,8 |
0,5 |
0,4 |
|
6 |
1,6 |
1,7 |
0,6 |
0,5 |
|
7 |
1,6 |
1,8 |
0,4 |
0,4 |
|
8 |
1,5 |
1,8 |
0,4 |
0,5 |
|
9 |
1,7 |
1,6 |
0,5 |
0,4 |
|
10 |
1,6 |
1,8 |
0,4 |
0,5 |
|
gennemsnit |
1,6 |
1,8 |
0,5 |
0,4 |
|
Beregnet værdi |
1,75 |
1,75 |
0,67 |
0,67 |
Som det fremgår af forsøgsresultaterne er faldtiden for tårnet på 2,18 m helt ude af proportion. Beregner man tyngdeaccelerationen udfra disse forsøg vil den ligge 9,47 – 27,25, hvilket vi må sige er noget fra den tyngdeacceleration man ellers regner med !!
Vi må derfor konkludere at vi ikke kan bruge disse resultater til noget. men vi vil forsøge os på en modelopstilling i fysiklokalet for at se om dette vil give et bedre resultat.
Modelforsøg med
frit fald.
Opstillingen ses på figuren til højre. Stålkuglen holdes fast af en magnet, og udløses af et lille relæ, der samtidigt starter tælleren. Herefter falder kuglen frit i tyngdefeltet indtil den, efter at have faldet højden h, rammer faldpladen, som stopper tælleren.
h er i dette tilfælde 0,417 m., til forsøget brugte vi to stålkugler på 4 g. og 23,7 g.
På næste side ses resultaterne af forsøget.
|
Forsøg |
Kugle 4g t (sek.) |
kugle 23.7g t (sek.) |
|
1 |
0,291 |
0,292 |
|
2 |
0,296 |
0,296 |
|
3 |
0,292 |
0,293 |
|
4 |
0,293 |
0,298 |
|
5 |
0,293 |
0,293 |
|
6 |
0,292 |
0,288 |
|
7 |
0,293 |
0,293 |
|
8 |
0,292 |
0,295 |
|
9 |
0,292 |
0,292 |
|
10 |
0,293 |
0,293 |
|
11 |
0,293 |
0,292 |
|
12 |
0,292 |
0,293 |
|
13 |
0,293 |
0,297 |
|
14 |
0,294 |
0,294 |
|
15 |
0,294 |
0,292 |
|
16 |
0,293 |
0,294 |
|
17 |
0,292 |
0,295 |
|
18 |
0,293 |
0,294 |
|
gennemsnit |
0,293 |
0,294 |
|
beregnet værdi |
0,291 |
0,291 |
|
acceleration |
9,71 m/s2 |
9,68 m/s2 |
Tyngdeaccelerationen som er beregnet udfra modelforsøget, afviger lidt fra den kendte værdi på 9,82 m/s2 . Vi mener dette skyldes tælleren, som måler præcist nok.
Når eleverne ikke kan få noget særlig godt resultat ud af målingen af faldtiden, kunne de undersøge hvad der eventuel kunne have indflydelse på faldtiden. Med andre ord de kunne undersøge om overfladearealet har nogen indvirken på faldtiden.
Undersøgelse af
overfladearealer (tårn 15 m.)
Vi nu ved at massen ikke har indvirken på faldtiden, er vi i denne undersøgelse kun interesseret i, at undersøge om overfladearealet af forskellige materialer kan påvirke faldtiden. Resultatet af denne
undersøgelse ses herunder :
|
|
Lod 93 g |
Lod 201 g |
Sort plade 350 g |
Træklods 101 g |
Flamingo 83 g |
|
Overfladeareal |
1,77 cm2 |
4,15 cm2 |
187,5 cm2 |
94,25 cm2 |
1350 cm2 |
|
Tid (sek.) |
1,5 |
1,6 |
1,8 |
2,1 |
7 |
|
Tid (sek.) |
1,6 |
1,7 |
1,9 |
2 |
7,5 |
|
Tid (sek.) |
1,6 |
1,8 |
1,9 |
2 |
7 |
|
Tid (sek.) |
1,7 |
1,8 |
1,8 |
2,2 |
6,5 |
|
Tid (sek.) |
1,7 |
1,7 |
2 |
2,1 |
7 |
|
Gennemsnit |
1,62 |
1,72 |
1,88 |
2,08 |
7 |
|
Beregnet |
1,75 |
1,75 |
1,75 |
1,75 |
1,75 |
|
Acceleration |
11,43 m/s2 |
10,14 m/s2 |
8,49 m/s2 |
6,93 m/s2 |
0,61 m/s2 |
Ikke helt overraskende har overfladearealet stor indvirken på faldtiden. Jo større arealet er, jo længere faldtid. Dette skyldes selvfølgelig at luftmodstand modvirker genstandens fald mod jorden.
I forbindelse med forsøget stødte vi på en række problemer som eleverne skal tage højde for når de laver deres undersøgelser var at vinden kunne drille. Eksempelvis når materialer med store overflader skal slippes fra tårnets top, kan vinden føre materialerne videre og måske ende i et stort træ ! Det helt optimale er derfor, at der ikke er træer i nærheden af tårnet.
Denne sidste undersøgelse vil eleverne helt klart kunne foretage med stor udbytte. Eleverne kan også se lidt anderledes på opgaven, og undersøge hvordan man kan forlænge faldtiden. Vi har prøvet at lave en faldskærm i form af en plasticpose, og vi fik følgende resultater.
|
Forsøg : |
Faldskærm 201 g t
(sek.) |
Faldskærm 93 g t
(sek.) |
|
1 |
3,0 |
3,7 |
|
2 |
2,7 |
3,8 |
|
3 |
2,7 |
3,5 |
|
4 |
3,2 |
3,5 |
|
5 |
2,7 |
3,6 |
|
Gennemsnit |
2,9 |
3,6 |
|
Beregnet |
1,75 |
1,75 |
|
Acceleration |
3,57
m/s2 |
2,31
m/s2 |
Sammenligner vi disse resultaterne med dem fra det første forsøg, kunne vi ændre faldtiden vha. vore hjemmelavede faldskærm. Her ligger klart en spændende opgave for eleverne, hvordan kan optimere sin faldskærm, altså få så lang faldtid som overhovedet muligt. Er sammenhæng mellem faldskærmens størrelse og faldtiden ? – hvad sker der hvis man ændre loddets masse ?
Andre overvejelser som eleverne skal gøre sig, når de arbejder med projektet, er at finde ud af hvordan man måler tårnets længde, samt hvilken indflydelse vejret kan have på resultatet. Eleverne skal også gennemtænke, om de skal benytte sig af de samme tidtagere og den samme elev der slipper loddet, gennem alle forsøg, vil det have nogen indflydelse hvis eleverne byttede rolle ?