Halina Binkiewicz
Warszawa

Lekcja z wykorzystaniem interfejsu pomiarowego CoachLab II,
została przygotowana dla klasy II gimnazjum. Z poprzedniej lekcji uczniowie potrafią opisać ruch drgający.

Cel dydaktyczny:

Po przeprowadzonej lekcji uczeń wie:

Doświadczenie 1
Wykonujemy obserwację ruchu wahadła.
Pomiary przeprowadzamy przy pomocy CoachLab II w układzie jak na rysunku 1.

Ustalamy dowolną długość wahadła. Wahadło odchylamy od położenia równowagi o maksymalnie 20⁰. W programie Coach Junior wybieramy projekt "Badanie ruchu" i w nim ćwiczenie "Pomiar położenia w zakresie 2 m". W oknach programu ustawiamy prezentację tabeli pomiarowej i wykresu x(t).

Po dokonaniu pomiaru drukujemy dla każdego ucznia tabelę pomiarową i wykres (rysunek 2 i 3). Wyniki pomiarów można zapisać w arkuszu kalkulacyjnym Excela . Ułatwi to obróbkę pomiarów.

Lp	T (s)	X (m)	Lp	T (s)	X (m)	Lp	T (s)	X (m)	Lp	T (s)	X (m)	Lp	T (s)	X (m)
1	0	0,586	21	2	0,764	41	4	0,69	61	6	0,523	81	8	0,549
2	0,1	0,647	22	2,1	0,77	42	4,1	0,642	62	6,1	0,503	82	8,1	0,586
3	0,2	0,705	23	2,2	0,762	43	4,2	0,59	63	6,2	0,499	83	8,2	0,629
4	0,3	0,751	24	2,3	0,731	44	4,3	0,545	64	6,3	0,516	84	8,3	0,67
5	0,4	0,779	25	2,4	0,683	45	4,4	0,508	65	6,4	0,551	85	8,4	0,707
6	0,5	0,783	26	2,5	0,629	46	4,5	0,49	66	6,5	0,592	86	8,5	0,749
7	0,6	0,764	27	2,6	0,573	47	4,6	0,492	67	6,6	0,64	87	8,6	0,74
8	0,7	0,722	28	2,7	0,527	48	4,7	0,516	68	6,7	0,683	88	8,7	0,727
9	0,8	0,673	29	2,8	0,495	49	4,8	0,555	69	6,8	0,718	89	8,8	0,703
10	0,9	0,612	30	2,9	0,479	50	4,9	0,601	70	6,9	0,738	90	8,9	0,664
11	1	0,551	31	3	0,486	51	5	0,651	71	7	0,744	91	9	0,623
12	1,1	0,508	32	3,1	0,516	52	5,1	0,701	72	7,1	0,727	92	9,1	0,584
13	1,2	0,475	33	3,2	0,562	53	5,2	0,733	73	7,2	0,699	93	9,2	0,549
14	1,3	0,469	34	3,3	0,614	54	5,3	0,749	74	7,3	0,66	94	9,3	0,523
15	1,4	0,486	35	3,4	0,668	55	5,4	0,749	75	7,4	0,614	95	9,4	0,516
16	1,5	0,521	36	3,5	0,714	56	5,5	0,733	76	7,5	0,571	96	9,5	0,525
17	1,6	0,571	37	3,6	0,749	57	5,6	0,696	77	7,6	0,538	97	9,6	0,549
18	1,7	0,629	38	3,7	0,759	58	5,7	0,653	78	7,7	0,514	98	9,7	0,586
19	1,8	0,686	39	3,8	0,757	59	5,8	0,603	79	7,8	0,51	99	9,8	0,623
20	1,9	0,731	40	3,9	0,731	60	5,9	0,56	80	7,9	0,521	100	9,9	0,664
												101	10	0,699

Rysunek 3. Tabela wyników pomiarowych jest uproszczona. Obejmuje co 5 pomiar (Dt=0,1s).

Na podstawie wykresu i tabeli pomiarowej uczniowie określają: okres, amplitudę drgań i częstotliwość wahadła. Zaznaczają na wykresie 2 proste równoległe do osi czasu przechodzące przez wierzchołki maksymalnego i minimalnego wychylenia. Jest to podstawą do dyskusji na temat tłumienia drgań.

Doświadczenie 2
Celem doświadczenia jest określenie - od czego zależy okres drgań.
Ustalamy długość wahadła na l = 0,25m i mierzymy czas 10 drgań. Wynik dzielimy przez 10, aby otrzymać czas 1 drgania (otrzymujemy T = 1s). Teraz zadajemy uczniom pytanie - jaką należy ustalić długość, aby wahadło odmierzało 2 sekundy. Większość uczniów odpowiada, że 0,50 m. Dokonujemy pomiaru okresu dla wahadła o długości l = 0,50 m. Postępujemy jak poprzednio mierząc czas 10 drgań i dzieląc przez 10. Wielkim zaskoczeniem jest, gdy okazuje się, że T 1,41 s. A więc: jeżeli długość wzrosła 2 razy to okres T wzrósł

razy. Na tej podstawie wyciągamy wniosek, że:

Przeprowadzamy analizę ruchu wahadła. Co jest powodem, że wahadło odchylone z położenia równowagi zaczyna się wahać? Jeżeli działa na nie stała niezrównoważona siła to jak możemy określić przyspieszenie wahadła? Jak zachowałoby się wahadło, gdybyśmy mogli zmienić wartość przyspieszenia ziemskiego? Dochodzimy do wniosku, że okres drgań zależy od przyspieszenia ziemskiego. Możemy jednak wywnioskować tylko tyle, że maleje, gdy g rośnie. Zapisuję wzór na okres drgań: