Pelajaran Teach
Momen inersia: jisim yang sama, dekat atau jauh dari paksi?
Murid menggunakan dua larian terkawal makmal jarak jauh Momen Inersia untuk menguji bagaimana mengalihkan jisim yang sama mengubah gerak balas putaran.
Kali pertama menggunakan LabsLand? Cipta akaun guru anda
Hasil pembelajaran
Menjalankan perbandingan terkawal yang hanya mengubah jarak jisim titik dari paksi.
Mendapatkan halaju puncak dan masa berlalu hingga puncak daripada hamparan makmal.
Menggunakan I_total yang lebih kurang sama dengan I_bar ditambah 2mr kuasa dua untuk meramal kesan taburan jisim.
Menulis penjelasan bersepadu yang disokong oleh satu perbandingan ukuran yang mewakili data.
Mengenal pasti perkara yang tidak dapat ditentukan oleh eksperimen daripada rakaman halaju-masa yang disimpan.
Pratonton aktiviti pelajar
Kandungan aktiviti
Pratonton sahaja. Dalam sesi kelas, pelajar boleh mengisi jawapan dan menyerahkan hasil kerja mereka kepada guru.
Sistem berputar dengan satu perbezaan penting
7 min
Pada alat permainan taman yang berpusing, dua orang boleh duduk berhampiran pusat atau bergerak ke tepi. Jumlah jisim tidak berubah, tetapi adakah alat itu akan bertindak balas dengan cara yang sama apabila satu daya memutarkannya?
Anda akan menyiasat soalan ini menggunakan radas sebenar yang dikendalikan dari jauh. Kedua-dua larian menggunakan bar yang sama, dua jisim titik yang sama dan jisim tergantung yang sama. Satu-satunya perubahan yang dirancang ialah jarak dua jisim titik itu dari paksi putaran.
Radas sebenar: jisim dekat dengan paksi
Radas sebenar: jisim jauh dari paksi
Foto pertama menunjukkan tetapan dekat dan foto kedua menunjukkan tetapan jauh. Kedua-duanya menunjukkan radas sebenar, bukan hasil. Bar dan jisimnya sama; hanya jarak jisim dari paksi berubah.
Momen inersia, I, menerangkan rintangan sistem berputar terhadap perubahan gerakan putarannya. Model anggaran untuk perbandingan ini ialah:
Model bar dan dua jisim titik yang sama
I_{total} \approx I_{bar} + 2mr^2
Di sini, m ialah setiap jisim titik dan r ialah jaraknya dari paksi. Jisim tergantung yang sama memberikan kesan pemacu yang boleh dibandingkan dalam kedua-dua larian.
Menurut model, tetapan manakah mempunyai sumbangan lebih besar daripada dua jisim titik?
Dalam satu atau dua ayat, kaitkan pilihan anda dengan gerak balas sistem yang dijangka apabila jisim tergantung yang sama memacunya.
Jalankan perbandingan terkawal dekat/jauh
15 min
Antara muka makmal mungkin menggunakan label bahasa Inggeris atau Sepanyol. Pilihan yang diperlukan ialah Bar / Barra, Point masses / Masas puntuales, Near the center / Cerca del centro, Far from the center / Lejos del centro dan Hanging mass 1 / Masa colgante 1.
Setiap konfigurasi memainkan rakaman tersimpan daripada radas sebenar. Membukanya semula memainkan rakaman yang sama; ini bukan ulangan bebas. Gunakan hamparan setiap larian. Lajurnya ialah Velocity vector (m/s) dan Time (s). Oleh sebab graf boleh menggunakan skala menegak yang berbeza, bandingkan nombor dalam hamparan, bukan ketinggian ketara graf.
Buka makmal Momen Inersia
Buka makmal daripada aktiviti ini dan pilih Start configuring / Empezar a configurar.
Pilih Bar / Barra, kemudian Point masses / Masas puntuales.
Pilih Near the center / Cerca del centro dan Hanging mass 1 / Masa colgante 1.
Pilih Start measurement / Comenzar medición. Pada skrin pemerhatian, tekan Start / Iniciar dan tunggu hingga rakaman tamat.
Pilih Download spreadsheet / Descargar hoja de cálculo dan biarkan fail itu terbuka.
Kembali ke Configuration / Configuración. Kekalkan bar, jisim titik dan jisim tergantung 1, tetapi pilih Far from the center / Lejos del centro.
Mainkan rakaman kedua hingga tamat dan muat turun hamparan kedua.
Kembali ke aktiviti ini dengan kedua-dua fail terbuka. Kemudian tandakan blok makmal sebagai selesai.
Tukarkan dua hamparan kepada bukti
9 min
Masukkan nilai daripada dua fail, bukan nilai yang dianggarkan daripada ketinggian graf. Gunakan tiga tempat perpuluhan untuk halaju dan dua tempat perpuluhan untuk masa.
Bagi setiap fail, gunakan kaedah ringkas ini:
1. Dalam sel C1, di luar dua lajur data, masukkan =MAX(A:A) untuk mendapatkan nilai terbesar dalam lajur halaju.
2. Gunakan Find untuk mencari nilai itu dalam lajur A, kemudian baca masanya daripada lajur B pada baris yang sama.
3. Salin masa pertama dalam lajur B dan kira masa berlalu hingga puncak = masa puncak - masa pertama.
Ukuran dekat/jauh
Lengkapkan tepat dua baris permulaan. Masa pertama dan masa puncak diambil terus daripada hamparan; masa berlalu hingga puncak ialah perbezaannya.
| Konfigurasi | Masa pertama s | Halaju puncak m/s | Masa pada puncak s | Masa berlalu hingga puncak s |
|---|---|---|---|---|
Pernyataan manakah sepadan dengan nilai dalam jadual lengkap anda?
Jelaskan perkara yang berubah — dan yang tidak dapat dibuktikan oleh data
9 min
Maklumat makmal memberikan r = 0.0265 m bagi kedudukan dekat dan r = 0.170 m bagi kedudukan jauh. Oleh sebab kedua-dua jisim titik tidak berubah, jisimnya terhapus apabila sumbangan ideal dibandingkan:
Nisbah yang perlu dikira
R=\left(\frac{0.170}{0.0265}\right)^2
Kira R kepada nombor bulat terdekat. R ialah nisbah jauh-kepada-dekat bagi sumbangan ideal 2mr² jisim titik sahaja; R bukan nisbah halaju yang diukur. Dalam satu ayat, jelaskan sebab nisbah terma model ini tidak semestinya sepadan dengan perubahan halaju yang dilaporkan.
Dalam 2–3 ayat, tulis satu penjelasan bersambung tentang bagaimana mengalihkan jisim yang sama lebih jauh dari paksi mengubah momen inersia dan gerak balas putaran. Sokong dakwaan anda dengan satu perbandingan angka yang mewakili data daripada jadual — sama ada dua halaju puncak atau dua masa berlalu — dan jelaskan arah perubahan menggunakan r². Gunakan R hanya untuk membandingkan sumbangan ideal 2mr² dua jisim titik; jangan anggap R sebagai nisbah halaju ukuran.
Kesimpulan manakah melampaui perkara yang boleh ditentukan daripada rakaman tersimpan eksperimen ini?