Sbírka fyzikálních pokusů

Pružná srážka vozíků a působící síly

Pokus číslo: 4478

• Cíl pokusu

  Cílem pokusu je ukázat pomocí vozíčků se zabudovanými siloměry od firmy Vernier, že síly působící při pružné srážce jsou stejně velké a působí opačným směrem, nezávisle na hmotnosti či rychlosti jednotlivých vozíčků.

• Teorie

  Zákon akce a reakce říká, že při vzájemném silovém působení dvou těles mají působící síly stejnou velikost a opačný směr. Při pružné srážce dvou vozíčků tak na oba působí stejně velké síly, nezávisle na rychlosti vozíčků před srážkou či na jejich hmotnosti.

• Pomůcky

  • ocelová dráha od firmy Vernier
  • dva vozíčky se zabudovanými siloměry
  • závaží k vozíčkům
  • kovový háček a pružný kovový nárazník
  • program Vernier Graphical Analysis (zkratka VGA)

• Postup

  1. Připravíme dráhu a vozíčky se zabudovanými siloměry, k jednomu z vozíčků přišroubujeme kovový háček a k druhému pružný kovový nárazník (obr. 1).

  

  2. Zapneme program Vernier Graphical Analysis.

     1. Vybereme měření pomocí senzorů a připojíme vozíčky. V kanálech vybereme sílu (obr. 2 vlevo).

     2. Vynulujeme siloměry (obr. 2 vpravo nahoře).

     3. U jednoho z vozíků zaškrtneme tlačítko Obráceně, protože vozíky jsou na dráze vůči sobě opačně (obr. 2 vpravo dole). Tím zajistíme, aby oba měřily ve stejné vztažné soustavě.

  3. 4. Nastavíme zobrazování 1 grafu, na x-ové ose zvolíme čas, na y-ové ose sílu u obou vozíčků (obr. 3).

  3. 5. Po kliknutí na tlačítko Režim nastavíme frekvenci, dobu měření a ruční zahájení měření. V našem případě byla frekvence měření 300 vzorků/s a doba měření 5 sekund (obr. 4).

  3. 6. Měření zahájíme kliknutím na tlačítko Zahájit měření (obr. 5).

     7. Měřítko lze upravit pomocí tlačítka Automatické měřítko tak, aby měl graf rozumnou velikost (obr. 5).

  

  

  

  

  3. Měříme síly působící při pružné srážce v následujících situacích:

     1. Pošleme nezatížené vozíčky proti sobě.

     2. Na oba vozíčky přidáme dvě závaží a experiment opakujeme.

     3. Jeden vozíček zatížíme čtyřmi závažími, druhý vozíček nezatížíme a experiment opakujeme.

     4. Jeden nezatížený vozíček necháme stát, druhý nezatížený vozíček proti němu pošleme.

     5. Na jeden vozíček přidáme čtyři závaží, necháme ho stát, druhý nezatížený vozíček proti němu pošleme.

     6. Nezatížený vozíček necháme stát, vozíček zatížený čtyřmi závažími proti němu pošleme.

• Vzorový výsledek

  Síly, kterými na sebe vozíky při srážkách v jednotlivých situacích působí, mají vždy stejnou velikost a opačný směr, a to bez ohledu na hmotnost vozíků i jejich rychlost.

• Technické poznámky

  • Závaží na vozíčky přidáváme vždy z obou stran, aby byla rovnoměrně zatěžována kolečka na obou stranách.

  • Před prováděním experimentu před žáky je třeba vynulovat siloměry, abychom v žácích neprohloubili či nevytvořili chybné představy tím, že by naměřené působící síly měly různou velikost.

  • Je dobré si experiment vyzkoušet předem kvůli nastavení doby trvání experimentu.

• Metodické poznámky

  Experiment lze využít při nabourávání následujících, obvykle silně zakořeněných, miskoncepcí:

  • Těžší těleso působí na lehčí větší silou.

  • Při srážce dvou těles srovnatelných rozměrů, působí to, které mělo větší rychlost, větší silou.

  • Při vzájemném silovém působení předchází působení akce působení reakce.

  Podle Mandíkové, D. a Trny, J., Žákovské prekoncepce ve výuce fyziky, Paido 2011, ISBN 978-80-7315-226-0.

• Komentář

  Podobný pokus se nachází v Kuchařce k senzorům od firmy Vernier.