Invitation to Science Inquiry Invitation to Science Inquiry : (Mida on meil õppida kosmoseteadusest)

Mida on meil õppida kosmoseteadusest

1. Pane münt klaasi

See katse põhineb tavalisel omadusel, et kõikidel objektidel on inerts. Münt on kaardi peal liikumatult ning kui kaart järsku liikuma hakkab, libiseb münt kaardil ja kukub klaasi.

Vahendid:

1. Paberkaart ja münt
2. Tass või joogiklaas

Protseduur:

1. Kata klaas paberkaardiga ning pane selle peale münt.

2. Nüüd küsi õpilastelt: „Kuidas ma saan mündi klaasi ilma kaarti tõstmata?“

3. Pärast kõikide lahenduste pakkumist löö oma nimetissõrmega kaarti horisontaalses suunas.

Miks kukub münt klaasi, kui kaarti lüüa? Vastama
Mis hoidis münti liikumast, kui kaart liikuma hakkas? Vastama
Mis juhtub mündiga, kui kaarti aeglaselt liigutada? Vastama
Kas me võiksime kaarti löömise asemel tõmmata? Vastama
Kus me näeme sarnast olukorda igapäevaelus? Vastama

Selgitus See katse põhineb tavalisel omadusel, et kõikidel objektidel on inerts. Münt on kaardi peal liikumatult ning kui kaart järsku liikuma hakkab, libiseb münt kaardil ja kukub klaasi. Mida järsemalt kaart liigub, seda paremini jääb münt liikumatuks. Kui kaarti aeglaselt tõmmata, liigub münt koos kaardiga. Kui löömise asemel tõmmata, peab ka see liigutus olema tehtud järsult. Igapäevaelus kohtame samasugust nähtust, kui me seisame bussis, mis järsku liikuma hakkab. Buss liigub järsult edasi ning seisev inimene kaldub tahapoole, sest tal oli inerts, mida nimetatakse ka omaduseks säilitada oma paigalolekut. Mida suurem on objekti mass, seda suurem on tema inertsus. Objekti inertsus on võrdelises sõltuvuses tema massiga.

2. Tõmba laualina

Äkilise liigutusega on võimalik laudlina nõude alt ära tõmmata.

Vahendid:

1. Suur anum (või mõni teine sileda põhjaga klaasist nõu)
2. Pikk kitsas riidejupp

Protseduur:

1. Täida anum veega ja tee kindlaks, et anum on väljastpoolt täiesti kuiv.

2. Otsi väga sile tasapind, kuivata see ja aseta veega täidetud anum paberrätikule, mis asub laua äärel.

3. Nüüd tõmba paberrätikut, alguses aeglaselt, kuni anum jõuab umbes 2 cm kaugusele laua äärest, ning siis tõmba järsult.

Miks anum laualt maha ei kukkunud? Vastama
Miks liikus anum laua ääre suunas? Vastama
Miks peab laua pind olema sile? Vastama
Mis eesmärk on anumas oleval veel? Vastama
Milliseid kasutusi leidub selle printsiibiga igapäevaelus? Vastama

Selgitus Katse on kõige dramaatilisem, kui asetada anum umbes 50 cm kaugusele laua servast ning tõmmata seda nii kaua, kuni ta asub laua servast umbes 2 cm kaugusel. See näitab õpilastele, et rätiku tõmbamisega liigub anum sellega kaasa. Aeglase tõmbamise korral on paberi ja anuma vahel piisavalt suur hõõrdumine, et anum püsib paberi peal. Vesi muudab anuma raskemaks ning mida raskem on objekt, seda suurem on tema inertsus või tema omadus üritada paigalolekut säilitada. Seetõttu on katse efektiivsem, kui anumas on vesi. Laua pind ja anuma põhi peavad olema siledad, et paberi ja laua vahel oleks minimaalne hõõrdumine, kui paberit mööda lauda tõmmata. Selle Newtoni esimese seaduse rakendust kasutatakse igapäevaelus kruusa või mõne muu raske materjali kühveldamine. Me lööme labida järsu liigutusega kruusahunniku alla.

3. Liikumatu münt

Mündi alt papitükki kiiresti ära lüües võib see jääda uskumatult täpselt näpu otsale seisma.

Vahendid:

1. Münt, paberist kaart, õhuke paber
2. Lühike klaastoru, kinnitus ja stend
3. Terav ja pikk kööginuga

Protseduur:

1. Lõika paberist kaart pooleks, aseta selle keskele münt ning tasakaalusta kaart oma sõrme otsal (vaata joonist).

2. Löö oma keskmise sõrmega kaarti külje peale (tee seda kaardi tasapinnas horisontaalselt). 

3. Kinnita klaastoru vertikaalselt, aseta selle peale lühike õhukesest paberist riba ning selle peale pane münt (vaata joonist).

4. Löö paberi väljaulatuvat otsa kööginoa terava otsaga. Münt jääb klaastorule.

Miks jäi münt sõrmele või klaastorule? Vastama
Kas kaardi või paberi aeglane eemaldamine annaks samasuguse tulemuse? Vastama
Milliseid esemeid võime veel mündi asemel kasutada? Vastama
Milliseid nähtusi esineb selle katse korral, kui seda teha kuul? Vastama

Selgitus Kaardi või paberi eemaldamine peab toimuma järsu liigutusega, sest muidu hakkab rolli mängima hõõrdetegur. Paberi või kaardi aeglasema liigutamisega liigub münt sellega kaasa. Lisaks peab kaardi löömine toimuma nii, et kaart liiguks horisontaalselt ning libiseks mündi all. Väljaulatuva paberiosa löömisel terava noaga murdub paber täpselt selles kohas, kus nuga seda tabab. Noa teravik võtab paberist „kinni“ ja tõmbab ta eemale. Mündi asemel võib kasutada ka seibe. Kuu peal saab seda katset teha palju lihtsamalt, kuna mass jääb samaks, aga kaal väheneb. Selle tõttu on hõõrdumine väiksem.

4. Lase muna klaasi

Vahendid:

1. Üks toores muna
2. Üks munapeeker
3. Üks alumiiniumist koogiplaat
4. Suur joogiklaas
5. Majapidamisluud

Protseduur:

1. Täida suur joogiklaas 3/4 ulatuses veega.

2. Pane tühi alumiiniumist koogiplaat klaasi keskele ning selle keskele munapeeker koos munaga.

3. Aseta klaas lauale serva äärde, nii et plaadi äär ulatub üle laua (vaata joonist).

4. Küsi õpilastelt: „Kuidas saada muna ilma seda lõhkumata klaasi luua abil?“ Eeldatav vastus: „Ei tea.“

5. Hoia luuda vastu plaati ning vajuta luuale, et ta painduks. Pane üks jalg luuale samal ajal luua pulgast tagasi tõmmates ning lase siis järsult lahti. Luud lööb vastu plaati.

Miks kukkus muna täpselt klaasi? Vastama
Mis eesmärk oli klaasis oleval veel? Vastama
Mis juhtuks, kui plaadil poleks kõrgendatud ääri? Vastama
Miks pidi plaadi ots ulatuma üle laua serva? Vastama
Kas mõni teine ese võiks selles katses munapeekris olla? Vastama

Selgitus Luua ots tabas plaati ilma klaasi ja muna puudutamata, sest tema liikumine lõppes, kui ta tabas laua serva. See järsk jõud liigutas plaadi muna ja munapeekri alt ära. Kuna munapeeker hõõrdus plaadiga, siis liikus ta sellega kaasa (vaata joonist). Muna ei liikunud ning üritas ka löögi ajal oma paigalolekut säilitada (Newtoni esimene seadus). Anumas oli vesi, et muna klaasi kukkumisel muna ei puruneks. Igasugune teine objekt kukus munapeekrist klaasi, eeldusel et tal on piisavalt suur mass.

5. Lase kriit pudelisse

Paberist rõngale asetatud kriiditükk kukub otse alla, kui rõngas vahelt ära lüüa.

Vahendid:

1. Painduv plastikust rõngas
2. Kitsa kaelaga pudel
3. Väike kriidijupp

Protseduur:

1. Lõika painduvast polüetüleenpakendist kitsas (1 cm laiune) rõngas.

2. Aseta see pudeli suule ning rõnga kõrgemale otsale kriidijupp, mis on vertikaalselt pudeli kaelaga.

3. Löö sõrmega vastu rõnga sisemist äärt kriidi alt (aga hoia sõrme rõnga välimisel osal enne löömist).

4. Räägi õpilastele oma tegemisest ning lase neil jälgida, kuhu sa rõngale lõid.

5. Lase õpilastel proovida kriiti pudelisse saada (need, kes teavad, kuhu lüüa tuleb, saavad sellega hakkama, teised ei saa).

Kas sa jälgisid, millisele rõnga osale sõrmega löödi? Vastama
Miks lendab kriit üles, kui lüüa vastu rõnga välimist äärt? Vastama
Milline jõud mõjub kriidile, kui lüüa vastu rõngast väljastpoolt? Vastama
Mis juhtub rõngaga, kui teda lüüa vastu sisemist või vastu välimist äärt? Vastama

Selgitus Seda katset saab kasutada õpilaste tähelepanu kontrolliks ning vaatlemise oskuste kasutamiseks. Nad peaksid ilma lööki nägemata aru saama, kuhu tegelikult löödi. Kui lüüa rõngast sissepoole, siis see laieneb ning kaob kriidi alt ära. Kui lüüa rõngast aga väljast, mõjub jõud ülespoole ning kriit suundub samuti üles.

6. Lõhu nöör ükskõik kuskohast

Niit puruneb kas ülevalt või altpoolt koormust, vastavalt sellele, kui kiiresti nööri tõmmatakse.

Vahendid:

1. Kaks taskuraamatut
2. Horisontaalne stend
3. Õmblemisniit

Protseduur:

1. Seo niidid ümber raamatute nii, et mõlemale poole raamatuid jääks vaba niiti.

2. Seo ühed nendest otsadest ümber horisontaalse stendi ning lase raamatutel kõrvuti rippuda.

3. Nüüd küsi õpilastelt: „Kust te tahate mul raamatu number 1 niiti lõhkuda, kas raamatust üleval- või allpool?“ Kui nad ütlevad ülevalpool, siis tõmba niiti aeglaselt.

4. Teise raamatu korral tõmba niiti tugevalt ja järsult: niit puruneb raamatust allpool.

Kas niitide tõmbamisel oli mingeid erinevusi? Vastama
Miks läheb niit katki ülevalpool raamatut, kui tõmmata niiti aeglaselt? Vastama
Miks läheb niit katki allpool raamatut, kui tõmmata niiti järsult? Vastama
Milline kahest purunemisest kasutab raamatu inertsust? Vastama

Selgitus Kui tõmmata niiti aeglaselt, siis mõjutab niiti lisaks meie oma jõule ka raamatu raskusjõud. Seega võrreldes jõuga raamatu all on raamatust ülevalpool olevas niidis palju suurem pinge ning niit puruneb raamatu kohal, kus pinge on kõige suurem. Kui tõmmata niiti järsult, siis hoiab raamatu inertsus mõjuva jõu raamatust allpool. Kuigi raamatust ülevalpool olevas niidis on mingi pinge, on see väiksem kui pinge allpool raamatut ning seetõttu puruneb niit just raamatust allpool.

7. Mis lõhub niidi?

Pendli koormise inerts lõhub nööri kohas, kus sellele mõjub pinge on kõige suurem.

Vahendid:

1. 1 kg mass või kivi
2. Keskmise suurusega nöör või õmblemisniit
3. Stend, klamber

Protseduur:

1. Riputa raskus nööri otsa, mis on seotus klambri ja stendi külge.

2. Seo niit ümber raskuse ning tõmba sellest aeglaselt ja näita õpilastele, et on võimalik liigutada raskust kõrgele ilma niiti katki tegemata.

3. Lase raskusel vertikaalselt rippuda ning tõmba nöörist järsult. Küsi: „Milline raskuse omadus tegi niidi katki?“

4. Seo teine niit raskuse külge, tõmba sellest raskust ning lase see edasi-tagasi liikuma. Lase oma käel pendliga samas faasis liikuda samal ajal niiti käes hoides. Järsku jäta käsi seisma ning küsi: „Milline raskuse omadus tegi niidi katki?“

Millisel Newtoni esimese seaduse osal põhines niidi esimene purunemine? Vastama
Millised sündmused meie igapäevaelus põhinevad samal printsiibil? Vastama
Millisel Newtoni esimese seaduse osal põhines niidi teine purunemine? Vastama
Kas sa oskad nimetada mõnda sündmust meie igapäevaelust, mis põhinevad sellel printsiibil? Vastama

Selgitus Kui niit purunes esimesel korral, siis see juhtus järsu tõmbe tõttu. Raskus oli paigal ja ta üritas seda olekut säilitada. (Newtoni esimese seaduse esimene osa.) Selle printsiibi näiteks meie igapäevaelus on laualina tõmbamine nõude alt, labida lükkamine liivahunniku alla jne. Teisel korral purunes niit käe järsu peatuse tõttu, kui raskus veel liikus. Raskus oli liikumises ning ta üritas seda olekut säilitada. (Newtoni esimese seaduse teine osa.) Sündmused igapäevaelust, mis põhinevad sellel printsiibil: Kirve pea tihenemine puidust osa otsas, bussi järsu pidurdamise tõttu inimeste ettepoole kaldumine.

8. Õun ja nuga

Õun poolitab või lükib end noa otsa inertsi jõul. 

Vahendid:

1. Kaks värsket õuna
2. Pikk kööginuga
3. Puidust varras või pulk

Protseduur:

1. Vajuta kööginoaga umbes 1/4 ulatuses läbi esimese õuna, hoia nuga horisontaalselt ja löö selle otsa puidust vardaga (joonis A). Õun läheb pooleks ning see illustreerib Newtoni esimese seaduse esimest poolt.

2. Nüüd suru õun kööginoa otsa kuni teise õunani. Küsi õpilastelt: „Kuidas ma saan õunad käepidemele lähemale?“

3. Hoia nuga vertikaalselt laua kohal nii, et noa teravik oleks suunatud ülespoole. Liiguta nuga kiirelt laua suunas ja lase noa käepidemel vastu lauda lüüa. Õun liigub käepideme poole, mis illustreerib Newtoni esimese seaduse teist poolt (joonis B).

Miks esimene õun pooleks läks? Vastama
Kas Newtoni esimest seadust järgis õun või nuga? Vastama
Kumb järgis õuna libisemisel Newtoni esimese seaduse teist poolt: kas õun või nuga? Vastama
Milliseid igapäevaelus esinevaid näiteid võib nimetada Newtoni esimese seaduse esimese ja teise poole jaoks? Vastama

Selgitus Newtoni esimene seadus väidab, et liikumatu objekt üritab oma sellist olekut säilitada ja liikuv objekt üritab sirgjoonelist liikumist säilitada. Esimene õun läks pooleks, sest ta üritas jääda liikumatuks, kui teda noaga löödi. Teine õun libises käepideme poole, sest ta üritas oma liikumist säilitada, aga nuga jäi seisma, kuna ta tabas lauapinda.

9. Kukkuvad seibid

Vahendid:

1. Kuus või seitse metallist seibi
2. Tugev peenike niit
3. Vana filmikanister

Protseduur:

1. Seo kuus või seitse seibi üksteisest täpselt 30 cm vahedega niidi külge ja kinnita niidi ots filmikanistriga nii, et esimene seib oleks kanistrist 30 cm kõrgusel.

2. Seisa toolile ja hoia niiti kanistri kohal pingul ning kanister asub põrandal. Küsi õpilastelt: „Millist tüüpi heli seibid tekitavad, kui ma lasen seibidel kukkuda, kas võrdsete või järjest kiirenevate ajavahemikega?“ Nüüd lase seibidel kukkuda (joonis A).

3. Seo seitse seibi teise niidi otsa järgnevate kaugustega: kanistrist esimese seibini 5 cm, järgmised 6 seibi: 15, 25, 35, 45, 55, 65 cm üksteisest.

4. Korda punkti number 2 (joonis B).

Millist tüüpi heli tekitasid seibid esimeses katses võrreldes heliga teises katsega? Vastama
Millisel seitsmest seibist oli vastu kanistrit jõudes kõige suurem kiirus? Vastama
Mis tüüpi liikumine on seibide vabalangemine? Vastama
Mis annab kukkuvale objektile oma kiirenduse? Vastama

Selgitus Kukkuvaid seibe mõjutab gravitatsioonijõud, mis tekitab igale seibile kiirendusega liikumise. Newtoni teine seadus väidab, et F=ma (F – jõud, m – mass, a – kiirendus), ja kuna seibide jõud ning massid on võrdsed, siis on ka kiirendus sama. Mida kõrgemal on seib, seda suurem on seibi kiirus kanistrit tabades. Vahemaa seibide vahel katses B leiti valemist s = 1/2at (kus s – vahemaa, a – kiirendus ja t – aeg).

10. Õhupalli ralli

Kuidas teha õhupallist sirgjoones liikuv rakett? Üks võimalus on kasutada juhtniiti.

Vahendid:

1. Kaks pikka silindrilist õhupalli
2. Õngenöör või tugev niit
3. Kaks kõrt ja teip

Protseduur:

1. Jaga klass kahte rühma, kuna tulekul on võistlus.

2. Lase mõlema rühma ühel õpilasel siduda 10 m pikkune õngenöör klassi ühe seina lähedal oleva toru külge.

3. Too nöör teise klassi otsa ja lase mõlemast grupist teisel õpilasel panna kõrs läbi nööri. Hoia nöör pingul.

4. Lase järgmistel õpilastel puhuda täis õhupall ning hoia õhupalli suu kinni (ära seo kinni). Hoia õhupalli kõrre all nii, et tema suu oleks suunatud lähema seina poole.

5. Lase järgmistel õpilastel õhupall teibiga kõrre külge kinnitada (üks riba kõrre keskelt). Nüüd oleme ralliks valmis.

6. Lase õpilastel õhupallist samal ajal lahti lasta.

Millises suunas liikus õhk õhupallis? Vastama
Miks õhupall liikuma hakkas? Vastama
Kas suurem või väiksem õhupall liigub kiiremini? Vastama
Kui me tahame, et õhupall hakkaks liikuma, siis millises suunas me peaks õhupalli suu asetama? Vastama

Selgitus Sellel ajal, kui õhupalli hoiti suletud suuga ruumi otsas, olid õhupallis jõud tasakaalus võrdsete ja vastassuunaliste jõududega. See on ka põhjus, miks seotakse õhupalli suu kinni või hoitakse kosmoses olev kamber suletud. Kui õhupall lahti lasta, siis kaob allapoole suunatud jõu toime ning resultantjõud on suunatud ülespoole. See on üsna sarnane survekambriga raketis või satelliidis. Kui on vaja teha vasakpööret, avatakse paremal pool asetsev klapp ning õhk väljub sealt.

11. Tikurakett

Vahendid:

1. Puidust tikud
2. Kirjaklambrid
3. Alumiiniumist foolium

Protseduur:

1. Jaga igale õpilaste paarile kaks tikku ja kirjaklambrit ning riba fooliumit (las õpilased töötavad paarikaupa).

2. Demonstreeri õpilastele, kuidas raketti teha: Kinnita tikk õhutihedalt ühe kirjaklambri otsaga (vaata joonist A) ning lükka klamber välja (see tagab „väljalasketoru“). Painuta teine klamber nii, et ta seisaks alusel ning pane seotud tikk vastu klambrit (vaata joonist B). Süüta seotud tikk teise põleva tikuga.

3. Lase õpilastel proovida teha selline rakett, mis lendab kõige kaugemale.

Miks rakett õhku tõuseb? Vastama
Mis juhtuks, kui süüdata seotud tikk ilma „väljalasketoruta“? Vastama
Kas nurk tiku ja laua vahel mõjutab raketi lendamiskaugust? Vastama
Millised teised faktorid mõjutavad raketi lendamiskaugust? Vastama

Selgitus Kui siduda ümber tiku (raketi) alumiiniumist foolium, siis me peame asetama ühe kirjaklambri otsa vastu puidust pulka, et toimuks gaaside eraldumine, kui tikk süüdata. Vahel, kui see väljalasketoru ei tööta korralikult, siis toimub tiku pea juures alumiiniumist fooliumi lendamine. Faktorid, mis mõjutavad raketi lendamist on raketi kaal (meie katses alumiiniumist fooliumit peaks olema võimalikult vähe, aga ta peaks olema piisavalt tugev), tikk (mõnedel tikkudel on suuremad pead, mis võimaldavad suuremat jõudu), lähetusnurk (45 kraadi on optimaalne nurk tiku ja laua vahel, suuremad ja väiksemad nurgad annavad lühemaid vahemaid). See katse põhineb Newtoni kolmandal seadusel, mis ütleb, et iga juhtumi jaoks on olemas võrdne ja vastassuunaline reaktsioon.

12. Piimapakist veepritsija

Vesi voolab piimapakist horisontaalselt välja, seega mõjub piimapakile võrdne, aga vastassuunaline jõud ja piimapakk hakkab pöörlema vee voolamisele vastassuunas.

Vahendid:

1. Tühi piimapakk või suur tinast purk
2. Tugev nöör

Protseduur:

1. Tee piimapaki iga külje paremale alla nurka väike auk.

2. Seo piimapakk ülevalt nööriga kinni, et ta ripuks kraanikausi kohal.

3. Täida pakk veega ning hoia seda nööriga õhus, vaata toimuvat.

Kui vaadata pakki ülevalt, siis millises suunas piimapakk pöörleb? Vastama
Kas on võimalik pöörata pakki vastupidises suunas? Vastama
Kus peavad olema augud, et pakk liiguks vastupidises suunas? Vastama
Millal pakk pöörlemise lõpetab? Vastama
Millisel printsiibil see katse seisneb? Vastama

Selgitus See katse põhineb Newtoni kolmandal seadusel: igale mõjule on olemas vastasmõju. Vesi voolab piimapakist horisontaalselt välja, seega mõjub piimapakile võrdne, aga vastassuunaline jõud ja piimapakk hakkab pöörlema vee voolamisele vastassuunas.  Piimapaki asemel võib kasutada tinast purki, millesse lüüakse samas suunas kalde all naelaga augud.

13. Kõrrest rakett

Vahendid:

1. Plastikust painduv pudel
2. Kaks joogikõrt erineva suurusega
3. Voolimissavi, ehituspaber

Protseduur:

1. Valmista pudelist „starter“ pannes voolimissavi ümber väiksema kõrre ning pudeli avast sisse. Katseta, kas see peab õhku: pane sõrm kõrre lahtise ava peale ning suru pudelit. Kui õhku kusagilt läbi ei tule, siis on pudeli kokkusurumine raske.

2. Valmista rakett teipides kaks paberist rõngast suurema kõrre külge. Suurem rõngas kinnita kõrre kaugemale otsa ning väiksem lähemasse otsa. Pane kõrre lähemasse otsa savi.

3. Nüüd on rakett valmis. Aseta suurem kõrs väiksema sisse, hoia paberist rõngad teise kõrrega ülevalpool ning suru pudel järsu liigutusega kokku.

Miks liikus rakett edasi? Vastama
Miks peab väiksem kõrs tihedalt pudelisse minema? Vastama
Mis eesmärk on savitükil suures kõrres? Vastama
Mis eesmärk on paberist rõngastel? Vastama
Milline lisategevus andis raketile energiat edasi liikuda? Vastama

Selgitus Plastikust pudeli kokkusurumisel liigub õhk läbi väiksema kõrre suuremasse kõrresse. Kui suurem kõrs on kinnitatud ette otsa, siis tekib suurem rõhk ning rakett lendab üles. Nagu Newtoni seadus väidab: iga tegevuse jaoks on olemas võrdne ja vastassuunaline reaktsioon. Tegevus on selles katses õhu liikumine raketis ning reaktsioon on raketi edasiliikumine. Paberist rõngaste eesmärk on kõrre horisontaalse liikumise säilitamine. Mänguasjad, mis tulistavad plastmassist palle surudes plastmassist püssile ning õhukahurid järgivad sama printsiipi, kus tegevusel on reaktsioon.

14. Puhu ise purje

Kui propelleriga vastu papist plaati puhuda, siis mõjuvad rulale kaks sama tugevusega aga vastassuunalist jõudu. Kui papist plaat ära võtta, siis on üks jõud eemaldatud ning teine on alles, mistõttu hakkab rula liikuma puhumisele vastassuunas.

Vahendid:

1. Rula
2. Väike mootor
3. Propeller
4. 6 x 1,5 V patareid
5. 2 ühendusjuhet
6. Papist plaat

Protseduur:

1. Kinnita propeller ja mootor puidust või metallist ribade abil rula ühele otsale.

2. Kinnita 6 patareid kolmesteks komplektideks ning pane nad rulale. Ühenda juhtmed patareide ja mootoriga (jäta üks juhtme ots hetkel kinnitamata).

3. Kinnita papist plaat rula teise otsa nii, et propeller puhuks õhku vastu seda plaati.

4. Küsi õpilastelt: „Mis juhtub rulaga, kui propeller sisse lülitada?“ Nüüd sulge vooluring.

5. Küsi õpilastelt: „Mis juhtub rulaga, kui papist plaat ära võtta?“ Võta papist plaat rula küljest ära.

Millised jõud mõjuvad rulale, kui propeller töötab ning papist plaat on rula küljes? Vastama
Millised jõud mõjuvad rulale, kui propeller töötab ning papist plaat on rulalt eemaldatud? Vastama
Miks purjepaadi puhumisel tuulevaiksel päeval paat edasi ei liigu? Vastama
Mille vastu propeller puhub, kui puri eest ära võtta? Vastama

Selgitus Kui propelleriga vastu papist plaati puhuda, siis mõjuvad rulale kaks sama tugevusega aga vastassuunalist jõudu. Kui papist plaat ära võtta, siis on üks jõud eemaldatud ning teine on alles, mistõttu hakkab rula liikuma puhumisele vastassuunas. Samal põhjusel ei tööta ka tuulevaiksel päeval oma purje puhumine, kuna kaks sama tugevusega vastassuunalist jõudu teevad tööd. Samad kaks jõudu eksisteerivad, kui me lükkame lauda. Me tunneme, kuidas laud surub meie käsi tagasi.

15. Tagasipõrkav rula

Selles katses on rula ja kivi omavahelises vastastikmõjus - kui kivi lendab ühele poole hakkab rula liikuma teisele poole.

Vahendid:

1. Rula
2. Kivi
3. Tugev kummipael
4. Jupp nööri

Protseduur:

1. Lõika kummipael ning seo selle otsad rula eesmise otsa külgedele.

2. Seo nöör kummipaela keskele ning tõmba seda nagu katapulti eemale (vaata joonist) ning kinnita nööri teine ots rula tagumise otsa külge.

3. Aseta keskmise raskusega kivi kummipaela ette ning lõika nöör läbi (ära puutu rula, kui sa nööri lõikad).

Mis juhtus rulaga, kui kivi rula etteotsa paiskus? Vastama
Kui kaugele rula liikus ning kui kaugele kivi lendas? Vastama
Kas rula liiguks suurema kiviga kaugemale või lähemale? Vastama
Millised igapäevaelu näited on sellele sündmusele sarnased? Vastama
Milliseid esemeid või meetodeid saab rula asemel kasutada? Vastama

Selgitus Selles katses on rula ja kivi omavahelises vastastikmõjus - kui kivi lendab ühele poole hakkab rula liikuma teisele poole. Newtoni kolmas seadus ütleb, et kivi lennutav jõud on võrdne jõuga, mis paneb rula liikuma. Kuna kahe objekti massid on erinevad, siis on kiirendused samuti erinevad. Kivi impulss on võrdne rula impulsiga: m1v1=m2v2, kus m1 on kivi mass, m2 rula mass, v1 on kivi kiirus, v2 rula kiirus. See impulsside võrdsus näitab, et kivi saab selles katses palju suurema kiiruse kui rula. Rula asemel saab kasutada ka puidust lauda väikeste kuulikeste peale. Kummipael ning nöör võivad olla kinnitatud knopkadega.

16. Kleepuv münt

Vahendid:

1. Traadist riidepuu
2. Münt

Protseduur:

1. Venita riidepuu pikemast otsast välja (vaata joonist A) ning tee sellest pikk kitsas kujutis (vaata joonist B).

2. Lase riidepuul oma parema käe nimetissõrme otsas rippuda (kui oled vasakukäeline, siis vasaku käe nimetissõrme otsas) ning pane münt riidepuu traadi otsa peale (ots peab olema lapik).

3. Hakka riidepuud kõigutama, alguses aeglaselt edasi-tagasi, siis tee täisringe (see vajab veidi harjutamist, et münt maha ei kukuks).

4. Kõiguta riidepuud aeglasemalt (kui hakkad katset lõpetama) ning püüa münt kinni.

Miks oli münt riidepuu otsa külge nagu kinnitatud? Vastama
Mis hoidis münti riidepuu otsas? Vastama
Kas münt püsiks ka siis riidepuu otsa küljes, kui kõigutamist teha palju aeglasemalt? Vastama
Millised sündmused meie igapäevaelust on sarnased mündi liikumisele? Vastama

Selgitus Mündi pöörlemine annab talle tsentrifugaaljõu, mis hoiab münti vastu riidepuud. Mida kiiremini keerutada, seda tugevam on see jõud, mida aeglasemalt keerutada, seda nõrgem on münti hoidev jõud. Seetõttu kukub münt riidepuu otsast alla, kui pöörlemine on liiga aeglane. Tsentrifugaaljõud mõjub ka pesumasinas, kus riiete ja veega täidetud trumli kiirel pöörlemisel eraldub vesi riietest. (Püüdlus säilitada oma liikumist sirgjooneliselt põhjustab selle inertsjõu või tsentrifugaaljõu.)

17. Lendavad veiniklaasid

Vahendid:

1. Kolm või neli plastikust veiniklaasi
2. Tugev plastikust kandik
3. Tugev painduv köis

Protseduur:

1. Puuri plastikust kandiku nurkadesse neli väikest auku.

2. Seo neli köiejuppi iga augu külge, seo nöörid omavahel kokku anuma kohal.

3. Seo veel üks sõlm köie otsa, umbes 1 m kaugusele eelmisest sõlmest.

4. Aseta veiniklaasid kandikule ning täida nad 3/4 ulatuses punast värvi veega.

5. Alusta kandiku kõigutamist ning kui hoog on piisav, tee kandikuga täisringe. Ole kindel, et pinge köies on piisav.

Miks jäi vein klaasi isegi siis, kui klaasid olid tagurpidi? Vastama
Miks jäid klaasid kandiku külge? Vastama
Millele viitab köies olev pinge, kui kandik pöörleb? Vastama
Mis juhtuks, kui köies olev pinge kaoks sellel hetkel, kui kandik on tagurpidises asendis? Vastama
Kuidas saab köies üsna sarnast pinget hoida kui seda kõigutada? Vastama

Selgitus Liikumisel üritavad nii klaasid kui ka vein liikuda sirgjooneliselt (Newtoni esimese seaduse teine osa). Kuna nad liiguvad mööda ringjoont, siis surutakse neid vastu kandikut (tsentrifugaaljõud) ja sellega võrdne „keskpunkti otsiv“ jõud, tsentripetaaljõud, on köies olev pinge. Mida kiiremini pöörlemine toimub, seda tugevam on pinge köies. Enam-vähem sarnane pinge köies saadakse köie aeglase edasi-tagasi kõigutamisega alguses ning kui kandik jõuab peaaegu horisontaalsesse asendisse, teha täisring. (Harjuta seda nööri külge seotud kivi abil.)

18. Tsentripetaaljõu mõõtmine

Vahendid:

1. Auguga kummist kork
2. Tükk klaastoru (umbes 15 cm pikk)
3. Metallist seibid
4. Tugev nöör, kirjaklambrid

Protseduur:

1. Pane nöör läbi klaastoru nii, et mõlemast otsast jääks välja umbes 50 cm pikkune nöörijupp.

2. Seo üks nööri ots auguga kummist korgi külge ning teise nööri otsa kinnita kirjaklamber. Painuta kirjaklambri üks ots veidi eemale.

3. Riputa kirjaklambri otsa mõned seibid ning kinnita teibiga üks kirjaklamber umbes 30 cm kaugusele nööri külge (näitamaks kas nöör liigub üles- või allapoole).

4. Keeruta kummist korki oma pea kohal hoides klaastorust kinni. Ürita hoida kirjaklambrit samal kõrgusel pöörlemise kiirust muutes.

5. Lisa mõned seibid alumise kirjaklambri külge. Mida peab pöörlemise kiirusega tegema?

Missugune on suhe pöörlemise kiiruse ja seibide arvu vahel? Vastama
Missugune on suhe pöörlemise kiiruse ja diameetri vahel? Vastama
Missugune on suhe pöörleva objekti diameetri ja seibide arvu vahel? Vastama
Kuidas mõõta pöörleva korgi tsentripetaaljõudu? Vastama

Selgitus Kui hoida pöörleva objekti diameeter konstantsena, siis kiirema pöörlemise korral peab kirjaklambrile lisama rohkem seibe. Sama kehtib diameetri kasvamise kohta, kui hoida kiirust konstantsena. Sama arvu seibide korral mida väiksem on diameeter, seda kiiremini toimub pöörlemine, et hoida jõud tasakaalus. Tsentripetaaljõud on kirjaklambri küljes rippuv koguraskus.

19. Raskusjõu masin (1)

Kuidas on seotud küünalde põlemine ja gravitatsioon? Kuidas tõenäoliselt luuakse raskusjõud tulevikus ehitatavates kosmosejaamades?

Vahendid:

1. Vana muutuva kiirusega pöörlev alus
2. Puidust laud (kahekordne 30 cm pikkuse joonlaua paksus ja pikkus)
3. Kaks samasugust tühja klaaspurki (kaantega)
4. Kaks keskmise suurusega küünalt, liim

Protseduur:

1. Tee puidust laua keskele väike auk nii, et pöörleval laual olev spindel läheks sellesse tihedalt sisse.

2. Kinnita purkide kaaned liimiga puidust laua otste külge.

3. Kinnita küünlad purgikaante keskele (küünlavahaga).

4. Süüta küünlad ning näita, kuidas küünlad käituvad, kui pöörlev alus on sisse lülitatud (tee seda aeglasel kiirusel).

5. Küsi õpilastelt, mis juhtub küünlaleekidega, kui kinnitada kaante külge purgid ning panna pöörlev alus tööle.

6. Kinnita purgid kaante otsa ning pane pöörlev alus kohe tööle (kasuta kiiremaid kiiruseid). Jälgi leeke.

Miks olid leegid suunatud pöörleva aluse keskpunkti poole? Vastama
Millises suunas on küünlaleek suunatud seisvas õhus? Miks? Vastama
Mida teeb purkide pöörlemine õhu molekulidega purgi sees? Vastama
Millises purgi osas on tihedam õhk? Vastama
Millises suunas tekitas pöörlemine gravtitatsioonilise jõu? Vastama

Selgitus Pöörleval alusel liikuvad purgid tekitasid tsentripetaaljõu (keskpunkti otsiv jõud). Õhu molekulid purkides hakkavad liikuma ning üritavad liikuda sirgjooneliselt. Kuna purgid liiguvad ringjoonelisel trajektooril, üritavad õhu molekulid liikuda väljapoole, mistõttu on purkide välimised osad tihedama õhuga. Kuna küünlaleek on alati suunatud hõredama õhu poole (paigal seisvas õhus ülespoole) siis on leegid purgis suunatud pöörleva aluse keskpunkti poole. Kosmoses tekitatakse üsna tõenäoliselt satelliitide keskuste gravitatsioon samal viisil. Teised kasutusalad esinevad lõbustusparkides, kus mootorrattad sõidavad mööda trummisarnast auku.

20. Raskusjõu masin (2)

Vees nööri küljes üles poole "rippuvad" ping-pong pallid kaldvad pöörleval alusel pööreldes pöörlemistelje poole.

Vahendid:

1. Kaks samasugust tühja klaaspurki kaanega
2. Kaks ping-pongi palli
3. Teip, niit
4. Pöörlev alus, puidust laud

Protseduur:

Raskusjõu masin (2)

1. Puuri puidust laua keskele väike auk nii, et pöörleval laual olev spindel läheks sellesse tihedalt sisse.

2. Kinnita teibiga kaks purki laua otstele.

3. Kinnita umbes 10 cm pikkused niidid ping-pongi pallide külge ning niidi teine ots kinnita purgi põhja külge (kui pallist kinni hoida nii, et niit oleks sirge, peab pall olema umbes 3/4 kõrgusel purgist).

4. Täida purgid veega (pallid peaks tõusma) ning kinnita purgid kaantega.

5. Enne pöörlema panemist küsi: „Millises suunas pallid liiguvad, kui alus pöörlema panna?“ Eeldatav vastus: „Väljapoole või pöörlemisele vastassuunas“. Lülita pöörlev alus sisse.

Millises suunas pallid pöörlemise ajal liikusid? Vastama
Miks olid pallid suunatud ülespoole? Vastama
Mis võiks toimuda pallidega, mis ripuvad purgi kaante küljes õhuga täidetud purkides? Vastama
Mis võiks toimuda golfipallidega, mis ripuvad purgi kaante küljes veega täidetud purgis? Õhuga täidetud purgis? Vastama
Millises suunas liiguks heeliumiga täidetud õhupall kiirendavas bussis? Edasi, tagasi või jääks paigale? Vastama

Selgitus Nii nagu eelmises katses (Raskusjõu masin (1)), ping-pongi pallid on kergemad kui vesi ning üritavad liikuda väiksema tihedusega alade suunas. Kui veega täidetud purgid hakkavad pöörlema, hakkavad vee molekulid liikuma väljapoole, mistõttu on purgi välimine pool tihedam ja sisemine pool (pöörleva aluse keskpunkti poolne) hõredam. See on põhjus, miks pallid liiguvad pöörleva aluse keskpunkti suunas. Kui ping-pongi pallid ripuksid purgi kaane küljes õhuga täidetud purgis, liiguksid pallid keskpunktist kaugemale, kuna nad on raskemad kui õhk. Nii toimub ka golfipallidega õhus ja vees. Aga heeliumiga täidetud õhupall liigub järsult kiirendavas bussis ettepoole ning pidurdavas bussis liigub õhupall tahapoole.

21. Naljakad kuulikesed

Vahendid:

1. Plastmassist joonlaud (30 cm pikkune, sälguga keskel)
2. Seitse samasugust kuulikest

Protseduur:

1. Pane seitse kuulikest joonlaua sälku üksteise kõrvale nii, et kõik puudutaks oma kõrval olevat kuulikest.

2. Nüüd võta üks kuulike ja veereta sellega eemalt vastu teisi kuulikesi (ainult 1 kuulike eemaldub).

3. Pane kuulikesed tagasi algsesse asendisse ning tee sama veeretamist kahe kuulikesega.

4. Nüüd eemalda 4 kuulikest ning enne veeretamist küsi õpilastelt: „Mitu kuulikest eemale liigub?“

Kui üks kuulike põrkub vastu ülejäänud kuut kuulikest, siis miks liigub eemale vaid üks kuulike? Vastama
Kas ülejäänud 5 kuulikest liiguvad pärast kokkupõrget? Vastama
Mitu kuulikest eemalduks, kui 5 kuulikest veeretada vastu kahte seisvat kuulikest? Vastama
Kas kaks korda raskem kuulike liigutaks samuti ainult ühe kuuli eemale? Vastama
Kas viimane kuulike liiguks kiiremini eemale, kui esimene kuul liigub enne põrget kiiremini? Vastama

Selgitus See katse demonstreerib impulsi jäävust. Kui kõik kuulikesed on suuruselt ja massilt identsed, liigub sama palju kuulikesi eemale kui palju kuulikesi enne põrget nende poole liikus. Need viimased liikuvad kuulikesed saavad lihtsalt esimestelt kuulikestelt impulsi. Liikuva objekti impulss on tema massi ja kiiruse korrutis (mv). Kui see edasi kanda teisele kehale, saab see keha sama suure impulsi (m1v1 = m2v2). Kui kehad on sama rasked, siis teise keha kiirus peab olema sama esimese keha kiirusega. Kui liikuv kuulike on kaks korda raskem kui paigal seisvad kuulikesed, liigub eemale kaks kuulikest. Kiiremini liikuv kuulike annab sama massiga kuulikesele samasuguse kiiruse. Paigal seisvast kuulikesest kaks korda väiksema massiga kuulike annab seisvale kuulikesele kaks korda väiksema kiiruse. Sellele printsiibile järgivad veoauto ja sõiduauto kokkupõrked, kus veoauto juht elab peaaegu alati liiklusõnnetuse üle kuid mitte autos reisijad.

22. Põrkuvad rulad

Kokkupõrkekohas liigub suurema impulsiga rula samas suunas edasi ning väiksema impulsiga rula liigub endise liikumissuunaga vastassuunas.

Vahendid:

1. Kaks rula
2. Telliskivi

Protseduur:

1. Aseta telliskivi ühe rula peale.

2. Hoia rulasid siledal pinnal üksteisest umbes meetri kaugusel (laud või põrand sobib hästi, rulasid võivad hoida kaks õpilast).

3. Lase õpilastel rulasid samal ajal umbes sama kiirusega üksteise poole lükata.

Kumb rula liigub algse liikumisega samas suunas edasi? Vastama
Kummal rulal on suurem impulss? Vastama
Kui siduda muna mõlema rula külge, siis kumb muna läheks suurema tõenäosusega katki? Vastama
Milliste sõidukitega liikluses võib rulasid võrrelda? Vastama
Miks sõidu- ja veoauto kokkupõrkel tavaliselt veoautojuht jääb ellu kuid sõiduautojuht mitte? Vastama

Selgitus Rulal, mille peal on telliskivi, on palju suurem mass ning seega ka palju suurem impulss. Kokkupõrkekohas liigub suurema impulsiga rula samas suunas edasi ning väiksema impulsiga rula liigub endise liikumissuunaga vastassuunas. See on peamine põhjus, miks sõiduauto ja veoauto kokkupõrkel tavaliselt veoauto juht jääb ellu. Kokkupõrkel liigub veoauto samas suunas, kuid sõiduauto surutakse järsult liikuma vastupidises suunas. Selles autos olevate inimeste kiirus kokkupõrkel on kahe auto sõidukiiruste summa. Kui näiteks veoauto sõidab kiirusega 100 km/h ning sõiduauto 90 km/h, siis kokkupõrkel saavad inimesed sõiduautos kiiruse 90 + 100: see tähendaks nagu sõita kiirusega 190 km/h vastu kiviseina, samas kui veoautos sõitja jaoks kaoks ainult suur osa tema algsest kiirusest.

23. Põrkuvad teraskuulikesed

Vahendid:

1. Kaks keskmise suurusega teraskuulikest (diameetriga umbes 1 cm)
2. Plastmassist joonlaud
3. Metallist seib
4. Jäik juhe, teip
5. Neli koopiapaberit

Protseduur:

1. Tee kaks 90-kraadist konksu juhtme mõlemasse otsa nii, et vahemaa kahe konksu vahel on võrdne joonlaua pikkusega.

2. Painuta plastmassist joonlauda ning hoia seda paindes juhtme kinnitamisega joonlaua külge (hoia joonlaua keskel olev sälk vabana).

3. Kinnita joonlaua ots laua külge (kinnitamisel teibi ainult joonlaua tagumine pool ja küljed, jäta pealmine osa vabaks).

4. Tee kirjaklambrist väike teraskuulikese hoidja ning kinnita see laua servale nii, et kuulike asuks üle joonlaua ääre sälgust natuke kõrvale kallutatud (vaata joonist).

5. Riputa metallist seib nööriga kirjaklambri külge ning leia allpool kahe kuulikese põrkumiskoht.

6. Teibi neli koopiapaberit nelja tavalise paberi peale põrandal nii, et kukkuvad kuulikesed maanduksid paberile.

7. Lase kuulikesel joonlaualt 4-5 korda alla veereda ning püüa see pärast esimest põrget. Aseta kirjaklambrile teine kuulike ning lase esimene kuul samast kohast veerema kust enne. Kuulikesed põrkuvad, püüa mõlemad pärast esimest põrget kinni (kasuta õpilase abi). Tee seda 4-5 korda.

8. Võta maast koopiapaberid ning joonista vektorid põrkekohast kuni punktini, kuhu kukkus üksik kuul ning põrkekohast kuni punktini, kuhu kaks kuuli koos kukkusid.

Kuidas vektorid üksteisesse suhtuvad? Vastama
Kuidas vektorid näitavad jõu või impulsi ülekannet esimeselt kuulikeselt teisele? Vastama

Selgitus Üksiku kuulikese vektor on nagu kahe kuulikese põrkumise vektori resultant.

24. Kui kõrgele pall põrkab?

Vahendid:

1. Üks golfipall
2. Üks ping-pongi pall

Protseduur:

1. Hoia golfipalli umbes vöökoha juures kõva põranda kohal või umbes poole meetri kõrgusel laua pinnast ning lase sellel kukkuda. Las õpilased jälgivad, kui kõrgele pall põrkab.

2. Tee sama ping-pongi palliga ning lase õpilastel vaadata, kui kõrgele pall põrkab.

3. Nüüd aseta ping-pongi pall golfipalli peale ning küsi õpilastelt, et kui kõrgele võiks ping-pongi pall põrgata.

4. Lase mõlemal pallil korraga kukkuda ning jälgi. (Vahel põrkub ping-pongi pall mingi nurga all, aga korda katset, kuni mõlemad pallid kukuvad vertikaalselt).

5. Vaheta pallide järjekorda ning küsi: „Kui kõrgele nüüd pallid võiksid põrgata?“ Lase pallidel kukkuda ning vaata.

Miks ping-pongi pall nii kõrgele põrkas? Vastama
Kas põrkamise kõrgus oli võrdne eraldiolevate pallide põrkamiskõrguse summaga? Kas see oli kõrgem kui see summa? Vastama
Kust sai ping-pongi pall oma energia, et ta nii kõrgele põrkas? Vastama
Miks pallid peaaegu ei põrganudki, kui golfipall oli peal? Vastama
Mis juhtuks, kui golfipalli asemel kasutada tennisepalli? Vastama
Milline oleks põrge siis, kui kasutada kahte ping-pongi palli? Vastama

Selgitus Iga palli põrke kõrgus on umbes 3/4 tema algsest kõrgusest. Kui ping-pongi pall kukub koos golfipalliga samal ajal, siis võiks eeldada, et pall põrkab nii kõrgele, kui on kahe palli kõrguse summa, kuid see põrkab palju kõrgemale. See on põhjustatud golfipalli palju suuremast massist võrreldes ping-pongi palliga. Kuna golfipalli impulss jääb alles, siis kantakse see üle ping-pongi pallile (M1V1=M2V2). Kuna ping-pongi palli mass on palju väiksem, peab ta saama suurema kiiruse, et massi ja kiiruse korrutis jääks samaks. Kui kaks palli ümberpööratult maha lasta, siis kannab ping-pongi pall golfipallile edasi väga väikese impulsi, mis pole piisav, et golfipall üles põrkaks, mistõttu mõlemad pallid jäävad maha lebama.

25. Katseklaasist kahur

Vahendid:

1. Paksu seinaga katseklaas ja kummist kork
2. Pikk stend
3. Õhuke juhe
4. Benseenipõleti
5. Kaitseprillid

Protseduur:

1. Seo kaks juhet katseklaasi külge ning riputa see pika stendi kolge nagu näidatud joonisel A (väikese kaldega, et katseklaasi ava oleks suunatud ülespoole).

2. Vala katseklaasi mõni milliliiter vett ning pane katseklaasile kork peale. Tähelepanu: Ära sulge korki liiga tihedalt!

3. Pane kaitseprillid pähe ning alusta katseklaasi kuumutamist. Suuna katseklaasi ava inimestest ja katkiminevatest asjadest eemale.

4. Jätka vee kuumutamist – hoia põletit väljasirutatud käes ning hoia oma nägu katseklaasist võimalikult kaugel. Oota „plahvatust“ ning jälgi katseklaasi liikumist.

5. Teine võimalus selle katse tegemiseks on näidatud joonisel B.

Miks katseklaas pärast „plahvatust“ liikuma hakkas? Vastama
Milline erinevus on kasutades kummist või puidust korki? Vastama
Kas rohkema või vähema vee kasutamine mõjutab tagasilöögi tugevust? Vastama
Kuidas mõjutaks pikem või laiem katseklaas tagasilööki? Vastama
Milline oht on korgi liiga tugeval kinnitamisel? Vastama
Kas korgi kinnitamise tugevus mõjutab tagasilöögi tugevust? Vastama

Selgitus Vee kuumutamisel katseklaasis moodustub aur ning seega tekib rõhk, kuna katseklaas on tihedalt suletud. Aurumolekulid liiguvad soojuse toimel aina kiiremini ning hetkel, kui rõhk on piisavalt suur, et ületada hõõrdejõud klaasi ja korgi vahel, lendab kork klaasist välja. Mida raskem on kork (kummist kork võrreldes puidust korgiga), seda tugevam on tagasilöök, kuna korgi impulss (M1V1) on võrdne katseklaasi impulsiga (M2V2), kus M – mass ning V – kiirus. Kui M1 suurendada ning teised suurused jätta muutmata, siis suureneb V2. Kasutades laiemat katseklaasi suureneb korgi ja katseklaasi mass, siis tõenäoliselt tagasilöök ei muutuks. Pikema katseklaasi kasutamisel suureneks M2 ning seega pole tagasilöök nii tugev. Seda võib võrrelda kasutades revolvrit või püssi (püssil on nõrgem tagasilöök).

26. Pöörlevad planeedid

Näitame, et kõik pöörlevad objektid pöörlevad ümber oma masskeskme.

Vahendid:

1. Alumiiniumist või vasest varras või toru (diameeter 1 cm, pikkus 50 cm)
2. Suur ja väike stüroplastist pall, nöör

Protseduur:

1. Pane ühte toru otsa pliid ning kinnita suurem pall toru raskema otsa külge ning väiksem pall toru teise otsa külge.

2. Leia toru masskeskme punkt ning märgi see koht markeriga.

3. Seo nöör toru geomeetrilise keskpunkti ümber kinni ning näita, et toru ei ole selles punktis tasakaalus. Küsi: "Kuidas saab nööriga toru horisontaalselt hoida?"

4. Nüüd keeruta toru hoides nöörist kinni ning lase torul pöörelda (toru ripub nüüd nöörist horisontaalselt). Jälgi märgitud masskeskme asukohta.

Kas geomeetriline keskpunkt jäi pöörleva süsteemi keskmesse? Vastama
Millise punkti ümber süsteem pöörles? Vastama
Mis hoidis toru nööri küljes rippudes horisontaalselt? Vastama

Selgitus Kõik pöörlevad objektid pöörlevad ümber oma masskeskme ning seetõttu püsib märgitud koht alati samas kohas, kui toru pöörleb. Kuna üks toru ots oli raskem kui teine, siis pole toru geomeetriline keskpunkt ka süsteemi masskeskmeks ning seetõttu pidi geomeetriline keskpunkt pöörlema ümber masskeskme. See on põhjus, miks me saame hoida toru pöörlemas. Kuna toru pöörles horisontaalsel tasandil, siis seda hoiti horisontaalselt, sest ta rippus nööri suhtes horisontaalselt, kuigi süsteem ei rippunud masskeskme juures. Toru pöörlemistasand oli horisontaalne tasand. Kui toru saaks panna pöörlema suuremal kiirusel, siis võib pöörlemistasand olla ükskõik millises asendis.

27. Papist bumerang

Vahendid:

1. Jäik papp (12x20 cm)
2. Käärid

Protseduur:

1. Lõika kääridega papist bumerangi kujutis (vaata joonist).

2. Hoia bumerangi kumerusest kahe sõrmeotsaga kinni ning keera teravikud veidi ülespoole.

3. Hoia bumerangi väga õrnalt nimetissõrme ja pöidla vahel umbes 45-kraadise nurga all vasakus käes. Löö seda oma parema käe keskmise sõrmega (vaata joonist).

Miks bumerang ise tagasi tuli? Vastama
Mis on kõige tähtsam, et bumerang tagasi tuleks? Vastama
Kui bumerang ei pöörleks, kas ta siis tuleks tagasi? Vastama
Miks peab bumerang liikuma natuke ülespoole? Vastama
Kas bumerang töötaks teistsuguste kujudega? Vastama

Selgitus Kui me lööme bumerangi, siis saab ta kahekordse liikumise: pöörlemine ja üldine liikumine ülespoole. Pöörlemine sunnib bumerangi viltu tõusma ning säilitama pöördemomenti oma liikumistasandis kuni üldine ülespoole liikumine lõpeb. Sellel hetkel bumerang ikka pöörleb, kuid ülespoole liikumise asemel hakkab ta oma raskuse mõjul allapoole liikuma. Siiski ei kuku ta kohe maha, aga kuna ta üritab oma pöördemomenti ja pöörlemistasandit säilitada, siis liigub bumerang tagasi lööja poole. Õhutakistus aitab bumerangil jääda oma pöörlemistasandis ning ta põhimõtteliselt sõidab õhu peal ning jõuab tagasi lööjani, kust tema liikumine alguse sai. Lendavat taldrikut (frisbee) saab samamoodi lennutada, kui teist mängijat pole.

28. Pöörlev jalgpall

Vahendid:

1. Ameerika jalgpall (tõeline või mänguasi)
2. Tasane lauapind

Protseduur:

1. Aseta jalgpall horisontaalselt lauapinnale.

2. Hoia seda tugevalt ühe käe sõrmedega ning pane ta kiirelt pöörlema. Jälgi. (Kui midagi ei juhtu, siis ta ei pöörelnud piisavalt kiiresti, proovi uuesti).

3. Jalgpalli asemel võib kasutada keedetud muna ning see käitub samamoodi.

Mis palliga pöörlemisel juhtus? Vastama
Miks hakkas pall pöörlema vertikaalselt? Vastama
Mis juhtuks, kui panna pall pöörlema aeglaselt (horisontaalselt)? Vastama
Mis juhtuks, kui panna pall pöörlema vertikaalselt? Vastama
Miks ei jää pall vertikaalselt pöörlema? Vastama
Mis juhtuks, kui panna pall kiirelt ja vertikaalselt pöörlema? Vastama
Miks ei saa palli panna pöörlema kiirelt ja horisontaalselt nii, et pall jääks horisontaalselt pöörlema? Vastama

Selgitus Palli pöörlemiseks horisontaalselt kulub rohkem energiat kui tema pöörlemiseks vertikaalselt. See on põhjustatud jalgpalli massi jaotumisest masskeskmest (mis on ka pöörlemise keskpunkt) kaugemal, kui ta on horisontaalses asendis. Süsteemil on omadus liikuda väikseima sisemise energia või entalpia suunas, milleks antud olukorras on juhtum, kui jalgpall liigub horisontaalsest asendist vertikaalsesse. Aga et selles asendis pöörelda, peab tal olema piisavalt suur energia. Seetõttu kui panna pall pöörlema horisontaalselt liiga aeglaselt, siis jääb pall ka horisontaalselt pöörlema. Sellist printsiipi kasutatakse iluuisutamises, kus uisutaja pöörleb kiiremini, kui ta paneb oma käed pöörlemise ajal kehale lähemale. Vettehüpetes kõrgelt sukeldumisel hoiavad sportlased oma keha võimalikult jalgade lähedal, kui nad pöörlevad. Kui nad tahavad pöörlemise kiirust vähendada, siis nad sirutavad oma keha. Tavaliselt tehakse seda veidi enne vette maandumist.

29. Inimgüroskoop

Vahendid:

1. Vana jalgratta ratas
2. Puidust laud (umbes 50x50 cm)
3. Vana harjavars
4. Peotäis terasest kuullaagrit

Protseduur:

1. Lõika mõni jupp harjavarrest ning kinnita need jalgratta ratta mõlemale teljepoolele käepidemeteks (puuri augud puidu ühte otsa ning kruvi see ratta teljele).

2. Aseta puidust laud tasandil olevate kuullaagrite peale ning lase kellelgi laual seista.

3. Lase laual seisval inimesel ratas käepidemetest vertikaalselt kinni võtta. Pane ratas eest allapoole suunas pöörlema.

4. Lase laual seisval inimesel pöörlemistasandit pöörata vertikaalsest horisontaalseks pöörates seda vasakule. Mis juhtub inimesega?

5. Nüüd lase inimesel ratas pöörata tagasi vertikaalsesse asendisse ning edasi teisele poole horisontaalseks. Mis nüüd juhtub?

Millises suunas hakkas inimene liikuma, kui ta pööras ratta vasakule (pealtvaates), kas päripäeva või vastupäeva? Vastama
Kui ratas on pööratud vasakule, millises suunas liigub ratas, kas päripäeva või vastupäeva (pealtvaates)? Vastama
Kui viia ratas tagasi vertikaalsesse asendisse, mis juhtus ratast hoidnud inimesega? Vastama
Millises suunas pöörlesid ratas ja inimene, kui ratas oli pööratud paremale? Vastama

Selgitus Pöörates pöörlevat ratast vasakule, pöörles ratas päripäeva ning inimene laual pöörles vastupäeva (pöördemomendi säilitamine). Mida kiiremini ratas pöörleb ja mida suurem on ratta mass, seda suurem on pöördemoment ning seetõttu on raskem pöörlemistasandit muuta (hoorattad laevas). Inimese vasakule pöörlemine, kui ratas on pööratud vasakule, on pretsessioon. See juhtub näiteks mootorrattaga sõites: et pöörata vasakule kallutab juht mootorratta vasakule ning peaaegu ei pea rooli keeramagi. Parempööre tehakse ratta kallutamisega paremale.

30. Tinast purkide võistlus

Vahendid:

1. Erinevad tinast purgid (supi-, köögivilja-, koeratoidupurgid)
2. Meetripikkune tasane plaat
3. Stopper (valikuline)

Protseduur:

1. Pane tasase plaadi üks ots raamatute peale, nii et plaat oleks laua peal kaldu.

2. Jaga klass vähemalt 3 inimese suurusteks gruppideks: üks õpilane laseb purgid plaadi otsast lahti, üks püüab purgid plaadi lõpus kinni, üks jälgib, milline kahest purgist võitis "võistluse".

3. Lase igal õpilaste rühmal valida purk, mis nende arvates liigub plaadilt kõige kiiremini alla.

4. Lase kahel grupil korraga omavahel võistelda. Ühe võistluse võitja võistleb järgmise grupiga jne. kuni kõik grupid on saanud võistelda. Kuuluta välja üldine võitja.

Milline purkidest on üldvõitja? Vastama
Mis on võitnud purgi sisu? Vastama
Kuidas läks tomatisupil võrdluses tihedama supiga? Vastama
Kuidas läks suurematel purkidel võrreldes väiksemate purkidega? Vastama
Kas raskemad purgid võitsid alati kergemaid purke? Vastama
Millised muutujad mõjutavad pöörlemise kiirust? Vastama
Millised on sõltuvad ja sõltumatud muutujad? Vastama
Kuidas me saame kontrollida teisi muutujaid? Vastama

Selgitus Purkide pöörlemist mõjutavad suurused on pöörlemiskiirus (sõltuv), suurus, sisu, purgi raskus, tasandi kalle jne. Viimased suurused on sõltumatud muutujad. Kui me tahame näiteks muuta purgi suurust, siis me võtame kaks erineva suurusega purki, mis sisaldavad sama asja. Kui me võtame näiteks purgi tomatisuppi ja purgi koeratoitu (sama suurusega), siis me muudame sisu. Võrdluses tahke ja vedel sisu võidab alati tahke sisuga purk, kuna inertsimomendi ületamine on selles kõige väiksem. Purgid, mis sisaldavad lahtiseid tahkeid osasid (nagu näiteks tükkidega supp), on üldiselt kõige aeglasemad, kuna nende mass satub äärealadele ning seega on nende inertsimoment kõige suurem. (Võib kasutada ka õõnsaid ja täidetud silindreid, et võrrelda pöörlemise kiiruseid).

31. Kohvitopsi kukkumine

Kas kaaluta olekus saab ka katkist anumat vedelike hoidmiseks kasutada?

Vahendid:

1. Stüroplastist tops
2. Lai sügav ämber
3. Kohv või tugevalt värvunud vesi

Protseduur:

1. Tee pliiatsiotsaga kohvitopsi alumisse osasse auk. Pane sõrm sellele peale ning täida tops kohvi või värvunud veega (kui kasutada värvunud vett, peab see olema tugevalt värvunud).

2. Seisa ning hoia vedelikuga täidetud topsi ämbri kohal, mis on asetatud põrandale sinu ette. Võta sõrm augu eest ära ning näita õpilastele, et vedelik hakkab topsist väljuma.

3. Pane sõrm tagasi augu ette ning ütle õpilastele, et sa lased topsil kukkuda. Lase neil kukkuvat topsi jälgida ning vaadata, kas august tuleb vedelikku välja. Nüüd lase topsil kukkuda ja samal ajal võta sõrm augu eest ära.

Miks vedelik alguses august väljub? Vastama
Kas vedeliku väljumine oleks Kuul samasugune, kui kõik teised muutujad oleks samad? Vastama
Miks vedelik enam august ei väljunud, kui tops kukkus? Vastama
Mis juhtuks, kui eemaldada sõrm augult veidi varem kui tops kukkuma hakkab? Vastama
Kui seda sama vedelikuga täidetud topsi hoida satelliidil, kas siis tuleks august vedelikku välja? Kas oleks võimalik hoida vedelikku avatud topsis? Vastama

Selgitus Kui hoida vedelikuga täidetud topsi kohapeal, siis gravitatsioon tõmbab vedelikku allapoole, põhjustab vees rõhu suurenemise, ning vedelik väljub mööda auku, mis põhjustab vedeliku voolamise. Kui tops kukub, siis vedelikus tekkinud rõhk kaob ning vedelik august ei välju. Kui hoida kõik muutujad samad ja hoida topsi kuu peal, siis voolaks vesi välja 1/6 korda aeglasemalt, sest kuu gravitatsioon on võrdne umbes 1/6-ga Maa gravitatsiooniga võrreldes. Kosmosesatelliidil ei väljuks topsis olevast august ega kukkuvast topsist üldse vedelikku, sest kõik materjalid on kaaluta olekus. Satelliidis oleks väga raske hoida vedelikke lahtistes anumates.

32. Langev lift

Vahendid:

1. Vannitoakaal
2. Kiirelt liikuv lift

Protseduur:

1. Vii õpilased väikeste gruppidega kiirelt liikuvasse lifti.

2. Lase ühel õpilasel lifti keskel asuvale kaalule astuda ning lase teistel õpilastel kaalu skaalat vaadata.

3. Saada lift üles ja alla ning jälgi kaalul tekkivad muutust, kui lift liigub.

Mida näitas kaalu skaala ülespoole liikumise alguses? Vastama
Milline oli sinu kaal allapoole liikumise alguses? Vastama
Kuidas tavaliselt aru saada, kummas suunas lift liigub, kui tulukesi mitte vaadata? Vastama
Mis juhtuks sinu kaaluga, kui lift kukus vabalt? Vastama
Mis põhjustab selle, et esemetel on kaal? Vastama
Kas kaalutus mõjutab eseme massi? Vastama

Selgitus Esemetele annab nende kaalu Maa külgetõmbejõud. Seda kaalu mõõdetakse skaala järgi, mis tavaliselt pöörleb mingi nurga võrra, kui vedru kokku surutakse. Liikumatus liftis on õpilase kaal sama, mis liikumatul põrandal. Kuid kui lift hakkab liikuma ülespoole, suureneb õpilase poolt tekitatav jõud, mistõttu õpilase kaal suureneb. See jõud mõjub ainult kiirendusega liikumisel ülespoole. Kui lift liigub alla, väheneb allapoole suunatud jõud ning õpilase kaal väheneb. Kui lift langeks vabalt, oleks tal konstantne kiirendus ning allapoole suunatud jõud väheneks. Sellisel juhul ülespoole suunatud jõud kaoks täielikult ning põhjustaks õpilase kaaluta oleku.