Pomôcky:
dve loptičky – jedna
pingpongová a druhá gumová veľmi pružná,
kovová špajľa z kolesa bicykla
kliešte, pilník
menší klinec – priemer menší ako priemer špajle
sviečka, zápalky
fixka
|
Postup:
Pomocou kliešťov ustrihneme asi 20cm kúsok z špajle, tak aby
jeden koniec bol so závitom. Do gumovej loptičky vyhĺbime pomocou klinca dierku. Dierka by mala byť taká
hlboká aký dlhý je závit na špajli. Po vytiahnutí klinca sa dierka
znova stiahne, to však nevadí. Špajľu zaskrutkujeme do otvoru. V prípade
ak špajľa vypadáva môžeme ju prilepiť.
|
Na
pingpongovú loptičku si urobíme fixkou dve značky symetrické cez
stred loptičky. Druhý zvyšok špajle nahrejeme nad plameňom sviečky a vyrobíme
si otvory v pingpongovej loptičke, podľa značiek. Otvory by mali
byť čo najmenšie najmenšie ale aby špajľa nimi prechádzala bez väčšieho
trenia.
|
Realizácia:
Pingpongovú loptičku nasunieme na špajľu trčiacu z gumovej loptičky.
Uchopíme takto vzniknutú sústavu za koniec špajle, jemne medzi dva
prsty, tak aby špajľa mala zvislú polohu. Pustíme asi z výšky
1,5m. Pingpongová loptička sa po náraze na zem vysunie zo špajle a vyletí
do výšky väčšej ako bola maximálna výška pádu. Pri vhodne
zvolenej podložke, dokáže vyletieť aj do 3m výšky.
|
Vysvetlenie:
Veľmi jednoduché pre ZŠ: Pri pokuse môžeme pozorovať, že gumová loptička už nevyletí do výšky
a teda skoro celá jej energia je využitá pingpongovou loptičkou.
Hmotnosť pingpongovej loptičky je však menšia ako hmotnosť gumovej a teda
táto energia stačí na vyskočenie do naozaj nečakanej výšky.
SŠ: Pokúsme sa odôvodniť
túto výšku pomocou zákona zachovania energie (ZZE) a zákona
zachovania hybnosti (ZZH). Zanedbáme rozmery loptičiek, predpokladáme,
že gumová loptička je 7x ťažšia ako pingpongová loptička . Loptičky
padajú z výšky h, to znamená, že na podložku dopadne
gumová loptička rýchlosťou . Odrazí sa a ak zanedbáme straty energie tak poletí smerom hore rýchlosťou
, vtedy do nej narazí pingpongová loptička, letiaca smerom dole rýchlosťou
. Napíšeme zákony zachovania.
ZZE:
celková potenciálna energia loptičiek na začiatku pohybu = kinetická energia
gumovej loptičky + kinetická energia pingpongovej loptičky, po odraze
od podložky
ZZH:
hybnosť gumovej loptičky a hybnosť pingpongovej loptičky na začiatku zrážky
= hybnosť na konci.
Po
vypočítaní tejto sústavy rovníc je počiatočná rýchlosť
pingpongovej loptičky
. Čo znamená, že v ideálnom prípade by loptička vyletela do výšky,
ktorá je 6,25-násobok pôvodnej výšky. samozrejme táto sústava má
dve teoretické riešenia, jedno však zodpovedá prechodu loptičiek cez
seba, čo v realite nie je možné.
Pre
šikovnejších žiakov môžeme zadať problém, že nepoznáme pomer
hmotnosti loptičiek a teda by sme radi vypočítali všeobecnú závislosť
rýchlosti pingpongovej loptičky od konštanty k a výšky
h (
).
Poznámky:
Pozor na
podložku, nie každá je totiž vhodná. Koberec napríklad utlmí žiadaný
efekt skoro úplne.
Loptičky
treba púšťať z naozaj zvislej polohy, inak sa pingpongová loptička
vôbec nedostane preč zo špajle.
Analogickým pokusom je
spadnutia otvorenej PET fľaše s vodou. Pri takomto páde a nasledujúcom
náraze na zem sa často stane, že cez hrdlo fľaše vytryskne malý prúd
vody do dosť veľkej výšky,.
Otázky:
-
Platí
pri tomto pokuse zákon zachovania energie? Veď vidíme, že pingpongová
loptička vyskočí do vyššej polohy v akej bola na začiatku
pohybu.
-
Do
akej výšky vyskočí pri tomto pokuse gumová loptička?
- Ako
by sa pokus zmenil keby sme vymenili pingpongovú loptičku za inú, napr.
gumovú?
- Aký
je pomer hmotnosti pingpongovej a gumovej loptičky?
Odpovede:
- Samozrejme, že zákon platí :-). Pinpongová loptička vyskočila
do väčšej výšky ako bola jej pôvodná preto, lebo prijala určitú
energiu od spodnej gumovej loptičky, ktorá sa odrazila len veľmi málo.
- Porovnajte výpočet vo vysvetlení s praxou, polemizujte prečo je
to tak.
- Gumová loptička je ťažšia ako pinpongová a teda vyletí do menšej
výšky. Keďže tam nebude taký veľkí pomer medzi spodnou a
vrchnou loptičkou, môže sa stať, že v dôsledku straty energie
deformáciou a odporom vzduchu loptička nevyskočí do väčšej výšky
ako bola jej pôvodná výška.
- V mojom prípade to bol pomer hmotností 7, samozrejme to závisí
od druhu loptičiek, ktoré použijete.
|