Οι Φυσικές Επιστήμες στο σχολείο… και όχι μόνο

Yλικά / Όργανα:

1. Ελατήρια
2. Σταθμά των 50 g
3. Νήμα (για την κατασκευή απλού εκκρεμούς)
4. Χρονόμετρο ή κινητό τηλέφωνο εφοδιασμένο με κατάλληλη μικροεφαρμογή (app)

Πείραμα:

1. Οι μαθητές χωρίζονται σε ανομοιογενείς ομάδες των πέντε ατόμων. Καθεμιά παραλαμβάνει τα απαραίτητα υλικά για την εκτέλεση του πειράματος.
2. Στο κάτω άκρο κατακόρυφου ελατηρίου στερεωμένου σε ακλόνητο σημείο στερεώνουμε ένα από τα σταθμά και το αφήνουμε να ισορροπίσει. Στη συνέχεια το εκτρέπουμε από τη θέση ισορροπίας του και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί.Οι ομάδες μετρούν το χρόνο που απαιτείται για τέσσερις πλήρεις ταλαντώσεις του σώματος. Κατόπιν υπολογίζουμε την περίοδο και τη συχνότητα της ταλάντωσης (πώς;).  Με στόχο την καλύτερη εκτίμηση του αποτελέσματος οι βρίσκουμε το μέσο όρο των τιμών που προέκυψαν και το αντίστοιχο σφάλμα (με τη βοήθεια συναρτήσεων προγραμμάτων λογιστικών φύλλων, MS Excel ή OpenOffice Calc).
3. Επαναλαμβάνουμε το ανωτέρω πείραμα για ακόμα δέκα φορές με διαφορετικό πλάτος ταλάντωσης κάθε φορά. Τι συμπεραίνουμε; Εξαρτώνται η περίοδος και η συχνότητα της ελεύθερης ταλάντωσης από το πλάτος;
4. Επαναλαμβάνουμε το ανωτέρω πείραμα με το ίδιο πλάτος άλλες δέκα φορές στερεώνοντας διαφορετικές μάζες στο άκρο του ελατηρίου. Τι συμπεραίνουμε; Εξαρτώνται η περίοδος και η συχνότητα από τη μάζα του σώματος; Παριστάνουμε γραφικά τις σχέσεις T = f(m) και T ² =  f(m). Πώς εξαρτώνται η περίοδος και η συχνότητα από τη μάζα του σώματος;
5. Επαναλαμβάνουμε το ανωτέρω πείραμα για ακόμα δέκα φορές με διαφορετικά ελατήρια. Τι συμπεραίνουμε; Εξαρτώνται η περίοδος και η συχνότητα από το ελατήριο; Προτείνετε μια πειραματική διαδικασία προκειμένου να διαπιστωθεί το πώς εξαρτώνται.

Επέκταση:

Επαναλαμβάνουμε παρόμοια διαδικασία για ταλαντώσεις σχετικά μικρού πλάτους στο απλό ή μαθηματικό εκκρεμές, προκειμένου να βρούμε από ποιους παράγοντες και πώς εξαρτώνται η περίοδος και η συχνότητα της ταλάντωσης.

Ερωτήσεις- συμπεράσματα:

1. Ποια σχέση δίνει τη συχνότητα του συστήματος «κατακόρυφο ελατήριο- σώμα»; Να τη διατυπώσετε με λόγια και με μαθηματικό τύπο.
2. Ποια σχέση δίνει τη συχνότητα του συστήματος  «απλό εκκρεμμές»; Να τη διατυπώσετε με λόγια και με τύπο.
3. Σε ποιες θέσεις η δυναμική ενέργεια του ταλαντούμενου συστήματος είναι μηδέν και σε ποιές μέγιστη;
4. Σε ποιες θέσεις η κινητική ενέργεια του ταλαντούμενου συστήματος είναι μηδέν και σε ποιές μέγιστη;
5. Τι συμβαίνει με την ολική ενέργεια του ταλαντούμενου συστήματος όταν υπάρχουν τριβές και αντιστάσεις; Τι θα συνέβαινε αν δεν υπήρχαν;

Αρχεία Πειραματικών Αποτελεσμάτων:

Γ Γυμνασίου (Υπολογσιμός Περόδου και Συχνότητας)