Презентація. Автоматичне визначення часу в лабораторних роботах; «Визначення прискорення тіла в ході рівноприскореного прямолінійного руху» – при вільному падінні кульки.

    Автоматичне визначення часу в лабораторних роботах;    «Визначення прискорення тіла в ході рівноприскореного        прямолінійного руху» – при вільному падінні кульки 

    Щоб виміряти прискорення кульки, що вільно падає зазвичай проводять декілька замірів часу вільного падіння кульки і беруть середню величину. Щоб похибка вимірювання часу була менша, автор пропонує автомат; суть якого в тому, що учень за допомогою перемикача вмикає електронний секундомір і в цей же час електромагніт «відпускає» залізну кульку і вона вільно падає і в кінці жолоба  кулька попадає в корзинку і висмикує її з роз’єма і ланцюг роботи електронного секундоміра переривається- секундомір визначає час вільного падіння кульки. Ясно, що необхідно виміряти відстань від кульки, яка знаходиться коло електромагніту і до дна корзинки і це буде шлях, пройдений кулькою. Маючи дані шляху і час вільного падіння кульки, можливо обчислити прискорення за відомою, з курсу фізики, формулою.

Якщо жолоб поставити вертикально, то можливо обчислити прискорення кульки при вільному падіння g (м/с²) за формулою:

   Де g- (м/с²) прискорення кульки, що вільно падає, вважаючи, що початкова швидкість υ_п = 0 м/с

         h- шлях (висота), пройдений кулькою при вільному падінні, м          t- час пройдений кулькою, с

Обчисливши прискорення можливо обчислити і кінцеву швидкість за формулою: υ_к= g × t   

Принципова електрична схема автомата (та ж сама, що використовувалась для визначення прискорення при скочуванні залізної кульки по жолобу) приведена на рис. 1. Як видно з схеми- є два незалежних електричних ланцюга: в положенні перемикача SA1- «I»-  замкнутий ланцюг, де послідовно ввімкнуті електролампочка і електромагніт і при цьому необхідно кульку прикласти до електромагніту і вона буде утримуватись електромагнітом. Для електромагніту взято осердя від реле РПН і намотано на ньому 500 витків ізольованого дроту ПЭВ-2 ø 0,43 мм. В принципі, електромагніт можливо взяти і готовий, від реле на 6 В. Електролампа EL1 ввімкнена для обмеження струму. Батарея на 4,5 В зібрана з трьох елементів, типу АА, ввімкнених послідовно. В принципі, можливо використовувати і акумулятори на 4,8…6 В. При перемиканні перемикача в положення «II»- ланцюг живлення електромагніту  «обривається» і кулька скочується, або вільно падає. При перемиканні перемикача в положення «II»- вмикається ланцюг для відліку часу скочування, чи падіння кульки.

Коли кулька досягає дна корзини- вона відштовхує корзину і перемичка (металевий диск) висмикується з гнізд Гн.5, Гн.6, переривається ланцюг і облік часу закінчується. Електронний секундомір, який було описано раніше дає точність відліку 0,01 сек.- цього досить для замірів часу, навіть при малій висоті, малому шляху вільного падіння кульки.

       Виготовити пристрій для таких лабораторних робіт зовсім не складно. Для жолоба підходить металевий (алюмінієвий), пластмасовий, дерев’яний кутник. Автор використав алюмінієвий кутник довжиною 95 см (такий попався під руки). В принципі, краще використовувати жолоб, якомога довший. Внизу жолоба прикріплена корзина, в яку падає кулька і висмикує перемичку з гніздового роз’єма. В якості перемички взято металевий диск діаметром 40 мм, який прикріплено до корзини. Зовнішній вигляд нижнього вузла, разом з роз’ємом показано на фото 1.

Фото 1

          Фото 2. Роз’єм прикріплений до жолоба і перемичка вставлена в роз’єм

   Тумблер SA1 на фото 2 знаходиться в «II» положенні (вниз), тобто при підключенні джерела живлення електромагніт не буде працювати. При подачі напруги на електромагніт переключивши тумблер в «I»  положення (вверх) буде світити також електролампа EL1, що вказує- електромагніт під напругою; при такому положенні можна до нього прикласти залізну кульку і вона буде утримуватись. Довго подавати струм в електромагніт не бажано, щоб не розрядити батарею. Коли кулька знаходиться коло електромагніту необхідно підготовити секундомір, тобто зробити «обнулення». При перемиканні тумблера SA1 в «II» положення (вниз) замкнеться ланцюг для відліку часу, і одночасно електромагніт відпустить залізну кульку і вона буде скочуватись (вільно падати) і попаде в корзину, яка від маси кульки висмикнеться з роз’єма- відлік часу закінчиться. Гніздовий роз’єм відрегульовано так, щоб диск (прикріплений до корзини) легко висмикувався.

   Верхня частина роз’єма показана на фото 3. На кінці жолоба укріплено кільце, в якому є отвір через який просилено екранований двохжильний кабель. На кабелі є зажим- таким чином можливо змінювати місце розташування електромагніту, тобто змінювати шлях (висоту) скочування (падіння) залізної кульки. Електромагніт кріпиться до екрана кабеля, а два провідника кабеля підключаються до обмотки електромагніту.

Фото 3. Електромагніт під напругою і утримує залізну кульку

  Зовнішній вигляд пристрою- автомата, повністью, показаний на фото 4. Тумблер SA1 в верхньому положенні- на електромагніт поступає напруга (електролампа EL1 світить) і він утримує залізну кульку. Жолоб знаходиться у вертикальному положенню, що використовується в лабораторній роботі по визначенню прискорення при вільному падінні кульки.

 Фото 4. Жолоб в вертикальному положенні, на електромагніт         подана напруга- залізна кулька утримується електромагнітом.

Література:

1. Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин, 

   Інтернет, Саморобні прилади з фізики. https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/  

Автор: Бабин Дмитро Святославович