NB Tegum on jätkuvalt arenduses, aga ideest on ehk võimalik juba aru saada.
Seda teemat on kindlasti võimalik esitada mänguliselt või võistlusena. Kuna idee on mitte lubada proovihüppeid, peavad õpilased/tudengid päriselt rakendama oma füüsikateadmisi, ka tervet mõistust, et parim tulemus saavutada.
Teemat annab lihtsustada, kui jätta välja kaudmõõtmiste mõõtemääramatuse hindamine. Sest arusaamise tõenäosusest, millega auto purki tabab, annavad ikkagi eelkõige korduskatsed (auto kiirused varieeruvad katsest katsesse üsna olulisel määral). Teine võimalik lihtsustus on lõppvalemite ette andmine.
Niisiis ...
Challenge
Gravitatsiooniväljas liikuv viskekeha on gümnaasiumi II kursuse teema. Nii et idee poolest võiks töölehtedes põhitõdede meenutamine olla piisav, et asjaga tegeleda. Ja põhitõed on allpool ka meenutatud. Seda küll, et seal on mõndagi sellist, mida tegelikult vaja ei lähe. Aga oskus infot selekteerida on samuti midagi, mida tasub harjutada.
Arvutame, kui kaugele lendab hooga üle laua serva sõitev auto
Niisiis, eduka lõppkatse eelduseks on auto kiiruse võimalikult täpne määramine, kui see stardiplatvormilt välja paiskub. Õpilastel ei ole vahendeid selleks, et kiirust otse mõõta. Kui keegi prooviks seda teha stopperiga, siis heaga see ei lõpe - kiirus on suur, aega ei õnnestu täpselt mõõta, pealegi liikumine mööda misiganes pinda on paratamatult aeglustuv. Nii et tuleb olla nutikam.
Näeme kahte arutluskäiku eesmärgi saavutamiseks.
- Üks on kiiruse arvutamine impulsi jäävuse seaduse kaudu, kus stardiplatvorm kinnitatakse vankri külge ja katses paiskub auto ühele, vanker stardiplatvormiga teisele poole. Auto kiirus lõppkatses järeldub siis energia jäävuse seadusest.
- Teine variant on arvutada auto kiirus stardiplatvormi tagasilöögi energiast, kui kinnitamata stardiplatvorm hakkab libisema ja on teada hõõrdejõud stardiplatvormi ja aluspinna vahel.
Teine variant on veel läbi katsetamata.
Nii impulsi jäävuse seadus kui ka mehaanilise energia jäävuse seadus on gümnaasiumi dünaamika kursuse teemad.
Sissejuhatavas töölehes näitame katseseadet ja palume õpilastel meenutada, mida nad asjast õigupoolest mäletavad. Kui vastustest selgub, et neid tuleks järele aidata, siis tuleks seda arvatavasti ka teha.
Mida ja kuidas mõõta?
Siin tuleb valemi impulsi jäävuse seadus, mehaanilise energia jäävuse seadus ja katset kirjeldava valemi tuletamine - saame valemi, mis lubab arvutada stardiseadmest välja paiskunud auto kiiruse, kui on teada stardiseadme külge kinnitatud vankri kiirus. Ka siin võib kaaluda varianti, et valemid antakse õpilastele ette. Sel korral läheb fookus rohkem katsetamisele, loodetavasti siis ka tähelepanelikumale katsetamisele.
Katse teooria
Kui on teada auto algkiirus, siis saab selle järgi arvutada, kuhu tuleks panna tops, et auto sinna sisse kukuks. Selliste lõppvalemite välja kirjutamine on füüsikas ilus komme. Jällegi lihtsamas versioonis võiks lõppvalemi õpilastele ette anda.
Arvutame lennukauguse
Teine mõõtemääramatuse hindamise harjutus. Selline tegutsemisjuhis on tegelikult praktikas kasulik, nii et ehk ei tasukski seda karta. Siiski, selle mõtteni jõudmiseks peaks teemaga eelnevalt tuttav olema. Nii et, jällegi võib vahele jätta.
Lennukauguse sõltuvus algparameetrite väikestest muutustest
Esimene katse - vankri kiiruse määramine, kui sellele kinnitatud stardiplatvorm auto endast eemale paisanud - on heaks tulemuseks kriitilise tähtsusega. Õpilased tuleb juhtida mõttele, et äkki stardiplatvormist välja paiskuva auto kiirus muutub katsest katsesse ja kui nii, siis peaks sellega kuidagi arvestama?
Kindlasti on võimalik mõõdetavale suurusele, vankri kiirusele, anda B-tüüpi mõõtemääramatuse hinnang. Aga see hinnang tuleb liiga optimistlik, ca , mis ca hüppe korral annab ca täpsuse. Samas stardiplatvormist välja paiskuva auto kiirus võib varieeruda kuni .
A-tüüpi mõõtemääramatuse hindamisel tuleks teha minimaalselt korduskatset. Pärast nende katsete tegemist leiame eeldatava auto kukkumiskauguse varieeruvuse.
Kui katset ei ole võimalik ise läbi viia, siis võib kasutada eelsalvestatud katseid ning analüüsida nende tulemusi.
Teeme mõõtmised
Mõõdame ka teised katse parameetrid, nendega ei ole suurt muret. Kui kasutatakse eelsalvestatud katseid, tuleb lähtuda fotodest ja lugeda sealt tarvilikud mõõdised.
Mõõdame parameetrid
Paneme andmed valemisse. Arvutame.
Arvutame topsi asukoha
Milline peaks olema topsi kuju ja suurus, et auto sinna 100% kindlusega sisse kukuks. Aga kui võtta risk ja leppida tabamistõenäosusega?
Õige suurusega tops
Reaalses meeskondade võistluses tuleks kriitilise katse tegemine ka võistlusena välja mängida. Meeskonnad vaatavad üksteise katseid jne jms.
Auto hüppab topsi
Järgnev tööleht peaks andma võimaluse aru saada, mis õpilastele/tudengitele meelde jäi, mis meeldis, mis mitte. Ja kas nad tunnevad, et nad nüüd mõnest asjast paremini aru saavad.