Embed Size (px)
Citation preview
Tudj meg mindent a klasszikus mechanika alapját képező Newton mozgás törvényekről, amelyek a mai napig is képesek
leírni a legtöbb élethelyzetet. Kísérletezz a kinetikus és potenciális energiával annak érdekében, hogy feltárd az energia
tulajdonságait és hogy hogyan alakul át az egyik formából a másikba. Építs 8 működő modellt, mint például a ballisztikus
katapult, a gravitációs ventilátor, az ütköző autó, a mozgó kabin, a léggömb hajtású repülő és a dragster (gyorsulási autó).
Minden modellhez könnyen követhető építési útmutatót találsz online és a szetthez mellékelt füzetben egyaránt. A füzet-
ben megtalálod továbbá a különböző tudományos alapelvek részletes magyarázatát, valamint olyan újszerű kísérleteket is,
melyekkel játszva tanulhatsz. A végén találsz egy kvízt is, mellyel az újonnan szerzett tudásodat teheted próbára!
10
6
3
18
© C
op
yri
gh
t E
ng
ino
.ne
t Ltd
. A
ll R
igh
ts R
ese
rve
d.
5 291664 001556
Az energia tárolásának számos módja létezik, az
egyik ilyen a léggömb használata. Építsd fel ezt a
modellt és figyeld meg, hogyan repül a repülőgép az
alap körül, amikor a léggömbből kiáramlik a levegő.
Változtasd meg a léggömb pozícióját és tanulj a
lendületről és a centrifugális erőről.
• Milyen centrifugális és centripetális erők vannak?
• Hogyan alakul át a rugalmas energia kinetikus
energiává?
Építs ütköző autót és kísérd figyelemmel a
lendület utasokra jelentkező hatását. Az ülések
szabadon mozgathatók az ütközés után, ezáltal
bemutatva az autóbiztonság fontossága.
• Hogyan tárolja az energiát a gumiszalag?
• Energia átalakítása egyik formáról a másikra.
Az ókorban a városokat falak védték, és elpusztításuk
egyedül a katapultok segítségével volt lehetséges. Ez
a modell szimulálja az igazi katapult működését, és
tesztelhető, hogy a gravitációs erő milyen hatással
van a mozgásra, illetve, hogy a lövedék távolsága a
kezdeti sebességtől és a vetület szögétől függ.
Építs ütköző autót és kísérd figyelemmel a
lendület utasokra jelentkező hatását. Az ülések
szabadon mozgathatók az ütközés után, ezáltal
bemutatva az autóbiztonság fontossága.
• Hogyan befolyásolja a gravitáció a mozgás útját?
• Newton 3. hatás-ellenhatás törvénye.
• Mely tényezők befolyásolják a lendületet?
• Newton első tehetetlenségi törvénye.
NEWTON TÖRVÉNYEI
Építs ballisztikus katapultot! Építs ütköző autót!
Építs léggömb meghajtású repülőt!
Építs dragstert!
8-16+
1
8 7
Tehetetlenség, lendület, kinetikusés helyzeti energia
enginojatek.hu
KÖZPONTI IRODA ÉS GYÁRTÓ: ENGINO.NET LTDP.O.BOX 721004200, LIMASSOL, CYPRUS Tel: +357 25821960Fax: +357 25821961Email: [email protected]: www.engino.com
IMOPRTŐR ÉS FORGALMAZÓ: Formatex Kft.H-1112 Budapest, Rétkerülő út 41.Fax: 1-310-7188E-mail: [email protected] Web: www.formatex.huSzármazási ország: Ciprus
Cikkszám: ENGST07
HU
nyomtatottútmutató
onlineútmutató
3D interaktív útmutatók
letölthetők az okoseszközökre
építhető
modell
oldalnyi elmélet és érdekesség!
oldalnyi kísérleti feladat!
oldalnyi felmérő kvízkérdés!
oldalnyirészletes útmutató
DISCOVERING
Science Technology Engineering MathematicsTudomány Technológia Mérnöki tudomány Matematika
Discovering STEM
03 Amiről tanulni fogunk
03 Newton törvényeinek története
05 Erők és munka
06 Newton 1. mozgás törvénye
07 Newton 2. mozgás törvénye
08 Gyorsulás
09 Lendület
10 Newton 3. mozgás törvénye
11 Az energia tulajdonságai
12 Az energia főbb formái
13 Newton első mozgás törvénye
14 Newton második mozgás törvénye
15 Newton harmadik mozgás törvénye
16 Lendület
17 Az energia tulajdonságai
18 Potenciális és kinetikus energia
19 1. feladat
20 Feladatok: 2-5.
21 Feladatok: 6-7.
Discovering STEMThe purpose of STEM education - Science, Technology, Engineering and Mathematics - is to provide students with
the necessary skills, knowledge and experience in order to cope with the technological challenges of the future.
Modern pedagogical theories suggest that the study of engineering should be incorporated in all other subjects,
starting from elementary level. DISCOVERING STEM series offers a practical solution for facing all these educational
issues, aiding the teacher to engage students in STEM disciplines in a fun, exciting and interesting way!
The educational packages are also ideal as a home learning tool! The series covers a broad area of subjects:
Mechanics and Simple machines, Structures, Newton’s Laws, Renewable Energy and even Programmable Robotics.
B E S T P R A C T I C E S M E
T . or yD
PRODUCTBest Green
MOST INNOVATIVE TOY 2010
Emelőkarok és kapcsolóelemek
Kerekek és tengelyek
Csiga meghajtások
Hajtókarok
Fogaskerekek és csigahajtások
Épületek és hidak
Newton törvényei
A STEM oktatás - tudomány, technológia, mérnöki tudományok és matematika - célja, hogy a tanulóknak biztosítsa a
szükséges készségek, ismeretek és tapasztalatok megszerzését, hogy sikeresen meg tudjanak birkózni a jövő technológiai
kihívásaival. A modern pedagógiai elméletek szerint a mérnöki ismereteket az összes többi tantárgyba be kellene építeni,
már egészen az alapoktól kezdve. A DISCOVERING STEM sorozat gyakorlati megoldásokat biztosít mindezen oktatási
kérdésre, és segítségével a tanárok a diákokat szórakoztatva, izgalmasan és érdekesen vonhatják be a STEM alapelveinek
megismerésébe. Az oktatási csomagok otthoni tanulási eszköznek is kiválóak. A sorozat számos témával foglalkozik:
mechanika és egyszerű gépek, szerkezetek, Newton törvények, megújuló energia, és a programozható robotika.
Díjak:
Tartalom
Elmélet Kvíz
Kísérletek
Science Technology Engineering Mathematics
Tudomány Technológia Mérnöki tudomány Matematika
Látogass el weboldalunkra, ahol még több összeépítési útmutatót találsz: enginojatek.hu
04
Tudtad?
Nem kérdés, hogy Newton egy zseni volt,
de mindössze kevesen tudják róla, hogy a
felfedezéseinek nagy részét a
huszonegyedik és huszonhetedik
születésnapja között tette. Azonban a
későbbi években tett felfedezéseiről nem
beszélt senkinek. Érdekelte számos
különböző tudományos terület, mint
például a matematika, geometria, fizika,
optika, asztronómia (gravitáció) és alkímia.
A vallásról és a filozófiáról szóló általános
nézeteit is kifejtette.
03
Elmélet
A mozgó dolgokat évezredeken át tanulmányozták, a
bolygók keringésétől az inga mozgásáig. A mai napig
felmerülhet a kérdés: Hogy mozognak a csillagok, a Hold
és a Nap az űrben?; Milyen tényezők befolyásolják egy
tárgy sebességét és hogyan gyorsíthatjuk vagy
állíthatjuk meg őket?; Mit jelent a lendület és az utasok
miért esnek ki az üléseikből, amikor az autó ütközik?;
Hogyan lehet a szél kinetikus energiáját hasznosítani és
átalakítani más energia formára?; Milyen formái vannak
a potenciális energiának és hogyan hajtják gépeinket?. A
fentebb említett kérdések könnyen megválaszolhatók,
ha minden idők egyik legnagyobb tudósának, Sir Isaac
Newtonnak a mozgásra vonatkozó három törvényét
vesszük alapul.
Amiről tanulni fogunk
Newton törvényeinek története
A tárgyak mozgásáról felmerülő kérdések már ősidők óta
furdalja a filozófusok és tudósok kíváncsiságát. Az ókori
görög filozófus, Arisztotelész úgy gondolta, hogy minden
objektumnak természetes helye van a világegyetemben: a
nehéz tárgyak (mint például a sziklák) a Földön, a könnyű
tárgyak, mint például a füst az égen voltak nyugalmi
állapotban, míg a csillagok a mennyekben akartak marad-
ni. Először úgy gondolta, hogy egy testnek a természetes
helyzete, amikor nyugalomban van, és hogy a test egye-
nes vonalban, állandó sebességgel megmozduljon, egy
külső tényező folyamatos ösztönzésére van szüksége,
máskülönben megáll a mozgásban.
A gyorsulás jelenségének megértése az olasz fizikus,
Galileo Galilei (1564–1642) munkásságának
köszönhető. A 16. század végén és a 17. század elején
Galileo először a ferde síkon leguruló tárgyak
mozgását vizsgálta. Matematikai egyenleteket állított,
melyek a tárgyak sebességének gyorsulását mutatták
be amint legurulnak a síkról. Ezek az egyenletek írták
le először a gyorsulás forgalmát. Newton később
megmagyarázta Galileo megfigyeléseit. Például, hogy a
síkon guruló labda esetében az erő, ami a labdát lefelé
mozgatja nem más, mint a gravitáció.
Munkája azonban csak évekkel később, 1687-ben jelent meg.
"Principia" című munkája a mechanikai tudományok (minden, ami
mozog) alapját képezi és a "mozgás három törvényét" magyarázza:
Első törvény: minden test megtartja nyugalmi állapotát, vagy
megmarad az egyenes vonalú egyenletes mozgás állapotában,
míg más test mozgásállapotának megváltoztatására nem készteti.
Második törvény: A tárgyakra ható erők (F) összege megegyezik
a tárgy tömege (m) szorozva a tárgy gyorsulásával (a) (F=m×a).
Harmadik törvény: Két test kölcsönhatásakor mindkét test
egyenlő és ellentétes erővel hat a másikra.
Sir Isaac Newton (1642-1727) matematikus és fizikus, minden
idők egyik legfontosabb tudományos szellemisége volt.
Newton a lincolnshire-i Grantham közelében született,
gazdálkodással foglalkozó családba. 17 éves korában anyja
ragaszkodott hozzá, hogy az iskolából térjen vissza a gazdaság
működtetéséhez. Szerencsére, Newton rossz farmer volt, és
nem sokkal később, a nagybátyja sikeresen meggyőzte az
anyját, hogy a birtokon robotolás helyett engedje a cambridge-
i Trinity College-ra tanulni. Kis idő múlva, 1667-ben megkapta
első titulusát: Fellow of Trinity College, majd 1669-ben az
egyetem matematika professzora lett. 1696-ig az egyetemen
maradt, ahol az évek során leginkább előadásokat tartott.
A Cambridge-ben eltöltött idejében volt
kreativitásának csúcsán. A jól ismert történet
(valószínűleg nem igaz!) szerint egy kertjében,
1665 és 1666 között leeső alma hatására fogant
meg a gondolat, hogy ugyanaz az erő irányítja a
Hold, a bolygók és az alma mozgását.
Kiszámította, hogy mennyi erőre van szükség
ahhoz, hogy a Hold a pályáján maradjon,
összehasonlítva a tárgyat a föld felé húzó erővel.
Három év intenzív munka után, Newton megírta
"Philosophiae Naturalis Principia Mathematica"
című könyvét, amelyet általában "Principia"
néven ismerünk.
A Discovering STEM: Newton törvényei füzet egy átfogó elméleti szakaszt tartalmaz tele kihívásokkal és érdekes
tényekkel, hogy mindennapi életükben megtanuljanak mindent az alkalmazásukról. Kísérletezések során
fedezhetjük fel a tudományelveket részletes útmutatók és elgondolkodtató feladatok segítségével. Az építési
útmutatók használatával építhetünk izgalmas modelleket, mint a mozgó kabin, a ballisztikus katapult, az ütköző
autó, a léggömb hajtotta repülő, a gravitációs ventilátor és a gyorsulási autó. A további modelleket keresd online! Az
újonnan szerzett tudás tesztelésére a füzet végén egy ismétlő kvíz található.
Az alma felgyorsul, miközben a földre esik
Arisztotelész (Kr.e.384 - 322)
Newton saját Principia példája
kézzel írott jegyzetekkel
Sir Isaac Newton (1642 - 1727)
Newton-t a bolygók mozgása érdekelte
A holdat a Föld gravitációs ereje húzza
Galileo Galilei (1564 - 1642)
05 06
Bár az erőket nem láthatjuk, a hatásukat könnyen
megérthetjük alkalmazásuk közben. Mikor meghúzunk
egy gumiszalagot, láthatjuk, ahogy feszül. Egy dobozt
összegyűrhetünk a kezünkben lévő erő segítségével.
Általában ahhoz, hogy megváltoztathassuk egy
objektum alakját, átmenetileg vagy állandóan erőt kell
rá kifejteni. Az erők a tárgyakat mozgásukban is
befolyásolják. A tárgyak elmozdításához is erőt kell
alkalmaznunk. Hasonló erőfeszítésre van szükségünk,
ha csökkenteni akarjuk a tárgy sebességét vagy meg
akarjuk változtatni a mozgás irányát.
Az alábbi ábrán láthatók az erő fő elemei. Ezt egy nyíl
jelöli, amit a tudomány vektornak nevez.
We can observe the results of a force
A rendszerben lévő erők kiszámítása egyszerűsített diagramok segítségével történik, amelyek általában az objektum
egyszerű felépítését foglalják magukban. Az alkalmazott erőket vektorok (nyilak) jelzik. Gyakorlati okokból a diagram
csak azokat az erőket mutatja, amelyek egy bizonyos jelenség tanulmányozásához szükségesek.
A földön mozgó tárgyra ható erők
F
f
N
w
A munka a tárgy
mozgatásához használt
energia, és a tárgyra
kifejtett erőtől, illetve a
mozgatás távolságától
függ. A munka (W)
egyenlő az erővel (F) és a
mozgatás távolságának
(S) a szorzatával.
W = F x S
S
F
Az erők és a munka
Az erő elemei
Munka (W)
Erők hozzáadása
Az erők kiszámítása
A jobb oldali diagramon láthatjuk, hogy kettő (F1, F2)
vagy esetleg még több erő-komponens esetén hogyan
számolhatjuk ki az eredő erőt (F ) a paralelogramma ered
módszerrel.
A következőkben az erő kiszámításának egy egyszerű
módja látható. Jelen esetben az alkalmazott erőket
láthatjuk egy tárgyon, amely a földön fekszik, és jobbra
halad az erő (F) miatt.
Ν: a talaj által az objektumra gyakorolt normál erő
(a tömegre gyakorolt hatás).
w: a tárgy súlya
F: az alkalmazott erő
f: súrlódás a talaj és a tárgy között
Az erő elemei
Irány támadáspont
hatásvonal
nagyság
Paralelogramma módszer
F2
F1
Fered
Newton első mozgás törvénye
Tudtad?
A világ leggyorsabb állata a gepárd, amely
akár a 120 kilométer per órás (km/h)
sebességet is elérheti. Ez azt jelenti, hogy
ha a gepárd képes lenne egy irányba
szaladni egy teljes óráig, 120km-t tudna
megtenni. Természetesen a gepárdok
hamar elfáradnak és mindössze egy percig
tudják tartani ezt a sebességet. Ha ez alatt
az idő alatt nem sikerül elkapniuk a
prédát, megállnak és hosszú ideig
pihenniük kell, hogy visszanyerjék erejüket
és újra sprintelni tudjanak.
A világ leggyorsabb állata a gepárd
A nagy hajónak nagy a tehetetlensége
Newton első mozgás törvénye kimondja, minden test megtartja
nyugalmi állapotát, vagy megmarad az egyenes vonalú
egyenletes mozgás állapotában, míg más test mozgásállapotának
megváltoztatására nem készteti. Egyszerűbben megfogalmazva,
az objektum sebességének megváltoztatása érdekében erőt kell
alkalmazni. Ha az erő iránya megegyezik a tárgy mozgásának
irányával, akkor a tárgy felgyorsul, viszont, ha az ellenkező irányba
mutat, lelassul. Ha az erőt más szögből éri, az a tárgyat fordulásra
készteti. Newton első törvényét a tehetetlenség törvényének is
nevezik (alább kifejtve), amely leginkább nagyobb tömeggel
rendelkező tárgyak esetében figyelhető meg (pl. nagy hajók).
Egyes esetekben megfigyelhetjük az ellentétes hatást
is, például kerékpározás közben, ha szerzünk egy kis
sebességet, majd abbahagyjuk a pedálozást (tehát
befejezzük az erőkifejtést), akkor hamarosan a kerék-
pár megáll, amelyért a súrlódás a felelős. Ugyan a
súrlódás sok esetben nem látható vagy észrevehető,
de mindig jelen van, és ha ellentétes erővel nem
ellensúlyozzuk a súrlódást, a tárgy elkerülhetetlenül
megáll. Valójában a kerékpár Newton első törvényé-
nek hatályba lépése miatt áll meg ahelyett, hogy
tovább haladna. A forgó alkatrészek közötti
légellenállás és súrlódás a mozgás irányával
ellentétes irányban hat, és lassítja a kerékpárt.Ha abbahagyjuk a pedálozást, a kerékpár végül megáll.
Tehetetlenség
A kerékpár a pedálozás befejezése után a tehetetlenség miatt tud
mozgásban maradni. A tehetetlenség a fizikai testek azon tulaj-
donsága, mely ellenállásukat fejezi ki a mozgási vagy nyugalmi
állapotuk megváltoztatásával szemben. Ha egy tárgy mozog, akkor
a mozgást folytatni “akarja”, ha viszont tétlen, akkor tétlen “akar”
maradni. A tárgyak mozgásra való “hajlandóságának hiányát”
nevezzük tehetetlenségnek.
Képzeljük el, ha a bicikli helyett kocsink vagy teherautónk lenne. Az
utóbbiakat sokkal nehezebb lenne mozgatni és megállítani. A
tehetetlenség a tárgyak tömegétől függ: minél nagyobb a tömeg,
annál nagyobb a tehetetlenség. Ezt érezhetjük, amikor a kocsiban
ülünk, és a vezető benyomja a féket, vagy amikor a repülő felszáll
és besüppedünk a székünkbe. A sérülésveszély elkerülése érde-
kében ezért mindig be kell kapcsolni a biztonsági övet az autóban
és a repülőben egyaránt.
®Engino „dragster” makettje
Építési feladat
Dragster: ha a járművezető túl gyorsan próbálja meg változtatni
az autó sebességét, a tehetetlenség a kerekek forgását eredményezi.
Figyeld meg a tehe-
tetlenség jelenségét a
dragster modell
használatával
(építési útmutató a
14-16 oldalon)!
Newton második mozgás törvénye
08
Newton második törvénye kimondja, hogy a tárgyakra
ható erők (F) összege megegyezik a tárgy tömege (m)
szorozva a tárgy gyorsulásával (a) (F=m x a).
Ez a törvény ott folytatódik, ahol az első befejeződött. Egy
alapvető fogalmat vezet be, a tömeg fogalmát. Newton a
tömeg szót az “anyag mennyisége” és a “mennyi van vala-
miből” pontos megfogalmazásaként használta. Manapság
pontosabban definiáljuk a tömeget, mint a fizikai testek
tulajdonsága, amely a tehetetlenségüket méri.
v =S
t
A képletből egyértelműen kiderül, hogy az erő, a
tömeg és a gyorsulás összefügg egymással. Valójában
az erő egyenesen arányos a tömeggel és a
gyorsulással. Ezért ezt a kapcsolatot kétféleképpen
tudjuk kifejezni: (a) azonos tömeg esetén minél
nagyobb az erő, annál nagyobb a gyorsulás és (b) hogy
az azonos gyorsulás eléréséhez, minél nagyobb a
tömeg, annál nagyobb erőre van szükség.
A bal oldali képen láthatjuk, amint egy férfi egy kocsit
tol. Mivel a kocsinak nagy a tömege, a férfinak nagy
erőkifejtésre van szüksége, hogy mozgásra és
gyorsulásra késztesse a járművet.
Az atléta sebességének
kiszámításához (ahogy a
következő kép is mutat-
ja) mindössze a megtett
utat és az időt, ami alatt
az utat megtette, kell
kiszámolni. Ha ez meg-
van, elosztjuk a távolsá-
got az idővel és meg-
kapjuk a sebességet. A
gyorsaság mértékegy-
sége méter per
másodperc (m/s).
A sebesség számolásának
képlete
Sebességvektor
F = m x a
F = erő
m = tömeg
a = gyorsulás
A kocsinak nagy a tömege, ezért nagy erőre van
szükség a megmozdításához
Newton második törvényének képlete
A sebességvektor az egységnyi idő alatt megtett út
Már lefedtük az erő és a tömeg fogalmát, de mi a
helyzet a gyorsulással? Ehhez először meg kell értenünk
a sebességvektor fogalmát. A sebességvektor az
egységnyi idő alatt megtett út. A fizikában kezdőbetű-
jével, a (v) jelöljük. Leegyszerűsítve, ha nagyobb távol-
ságot kevesebb idő alatt sikerül megtenned, nagyobb a
sebességed. Sok esetben a sebességvektort egyszerűen
sebességnek is szoktuk nevezni, azonban a sebesség
csak a sebességvektor mennyiségére utal. Mint az erő, a
sebességvektor is egy vektor és ugyanúgy rendelkezik
támadási ponttal, iránnyal és hatásvonallal.
07
s
t
Az atléta S távolságot tesz meg t idő alatt
Tudtad?
Minden tárgy (csillag, bolygó, galaxis)
vonzza egymást a gravitáció miatt, amely a
tárgyak tömegétől függ. A kis tárgyak
(emberek, bútorok stb.) szintén vonzzák
egymást, de a kis tömeg miatt olyan
gyenge az erő, hogy nincs valódi hatása. A
föld gravitációs gyorsulása (amit g betűvel
jelölünk) miatt van súlyunk. Az űrben az
űrhajósok súlytalannak érzik magukat a
gravitáció hiánya miatt, míg a nagyobb
bolygókon sokkal súlyosabbak lennének,
mint a Földön.
A gyorsulás a sebesség változási gyorsasága, lassúról gyorsra
vagy gyorsról lassúra. A gyorsulás úgy viszonyul a sebesség-
hez, ahogy a sebesség a távolsághoz. A gyorsulás a sebes-
séghez hasonlóan vektormennyiség, a mértékegysége a
méter per másodperc a négyzeten (m/s2). Egy méter per
másodperc a négyzeten gyorsulásnak számít, ami a tárgy
sebességét másodpercenként egy méterrel növeli. A képletet
a jobb oldalon találod.
A sebességvektor képletének pontosabb jelölése
a Δv lenne, ami a sebesség különbségét
(végsebesség mínusz kezdeti sebesség) valamint
az idő jelölése a Δt, ami az időbeli különbséget
jelölné.
Vegyük például a fiatal fiút, aki biciklizni tanul az
édesapjával. Kezdetben a bicikli gyorsasága
nulla, mivel a fiú nem fejt ki erőt. Az édesapja
meglöki, hogy növelje a bicikli gyorsaságát. 10
másodperc után a fiú eléri a 7m/s-os
sebességet, ami azt jelenti, hogy minden egyes
másodpercben 7 métert tesz meg, tehát a fiú 2gyorsulása 0,7 m/s volt (a=7/10).
Azonban, ha a fiú nem tudja, hogyan kell tekerni a pedált és az
apuka nem tolja már tovább, akkor a kerékpár fokozatosan
megáll. Ezt lassulásnak nevezik, ami tulajdonképpen negatív
gyorsulás. Mind a gyorsulás, mind a lassulás eléréséhez
erőkifejtésre van szükség. Az erő hatása nélkül és Newton első
törvénye szerint a tárgyak ugyanolyan sebességgel folytatnák
útjukat. Az erő, amely lelassítja a kerékpárt, a súrlódás.
A lassítás hatását az alábbi kép példáján figyelhetjük meg: a
motoros olyan gyorsan húzza meg a féket, hogy a motor
hátulja felemelkedik. Az első törvény szerint a motorkerékpár
nem hajlandó ilyen gyorsan megállítani a mozgását, ezért
tovább mozog.
Gyorsulás
Az asztronauta súlytalansága az űrbenA motoros túl hirtelen lassít
A fiú felgyorsul nulláról, ahogy egyre nagyobb lesz
a sebessége (a pedálozásnak köszönhetően)
a =v
t
A gyorsulás számolásának képlete
a = gyorsulás
v = sebességvektor
t = idő
Lendület
09 10
Tudtad?
A hatás ellenhatás törvénye vezette
Newtont a lendület megmaradás törvé-
nyének felfedezésére. A megértésére
vezető legegyszerűbb példa a fegyver
visszarúgása, amikor kilőnek belőle egy
golyót. A puskaporból származó gázok
rendkívül nagy sebességgel tolják ki a
golyót a puskacsőből, mivel a puskago-
lyónak kicsi a tömege. A golyó lendülete
egyenlő és ellentétes a fegyver lendületé-
vel, de mivel a puskának nagyobb a töme-
ge, sokkal kisebb sebességgel rúg vissza.
Minden tárgynak a tömegétől függő tehetetlensége van
függetlenül attól, hogy nyugalmi állapotban, vagy mozgás-
ban van. Ha egy tárgynak sebessége van, a tehetetlenség
lendületet generál. Minél nagyobb a tárgy sebessége, an-
nál nagyobb a lendülete. Ezt a jelenséget a francia tudós
és filozófus, Descartes vezette le. A lendület (p) a tárgy
tömegének (m) és sebességfaktorának (v) eredménye.
Az egyik legfontosabb fizikai törvény a lendület
megőrzése. A lendület megőrzése azt jelenti, hogy
amikor egy zárt rendszerben az objektumok ütköznek
egymással, a teljes lendület változatlan marad.
Ilyenkor lendületátadás történik két tárgy között, és az
egyik tárgy által elvesztett lendületet a másik veszi át.
Az egyik legjobb példa erre a billiárd. Amikor a fehér
golyó (fehér szín) megüt egy másikat, megfigyelhetjük,
hogy a másik golyó tovább gurul, míg a fehér golyó
elveszti sebességfaktorát.
Számítási okokból gondoljunk csak egy 45 kg-os
személyre, aki mozdulatlanul ül egy jó minőségű
(súrlódásmentes) gördeszkán, egy sima padlón. Egy
másik, kevéssel előtte álló személy egy labdát dob
közvetlenül felé 5m/s-os sebességgel, közelről, hogy a
labda tökéletesen vízszintesen mozogjon. Az ülő
ember elkapja és megtartja a labdát, aminek hatása
miatt hátrafelé kezd gurulni. Ebből kiszámíthatjuk a
labda és a személy lendületét, mielőtt és miután
elkapta a labdát.
A gravitáció a Föld összes tárgyát húzza lefelé. Tehát vajon
mi okozhatja, hogy egy halom könyv az asztalon maradjon, a
Föld felszíne felett? Miért nem esnek le csak úgy egyszerűen
a könyvek? Ezt a jelenséget az első törvény magyarázza; egy
nyugalomban lévő test azt jelenti, hogy nem hat rá erőhatás.
Mivel azonban a gravitáció még mindig jelen van, léteznie
kell egy olyan erőnek, amely ellensúlyozza a gravitációt. Ezt
nevezte Newton "ellenhatásnak", amely egyenlő és ellentétes
a könyv gravitációs vonzásával. Egyszerű szavakkal, a
könyvek azért maradnak az asztalon, mert az asztal
ellenerővel hat a könyvekre.
A két vagy több tárgy kölcsönhatásából eredő erőket
hatásnak és ellenhatásnak nevezik, és Newton
harmadik mozgás törvényének tárgyát képezik.
Egyszerűen fogalmazva, Newton harmadik törvénye
kimondja, hogy két test kölcsönhatásakor mindkét
test egyenlő és ellentétes erővel hat a másikra. Ez az
állítás azt jelenti, hogy minden interakció esetén a
két egymásra ható tárgy között egy páros erő hat. Az
erő nagysága az első tárgyon megegyezik a második
tárgyra ható erő nagyságával.
Newton harmadik mozgás törvénye
A kísérlet elvégzése során megfigyelhető, hogy miután
az ember elkapja a labdát, ő és a labda sokkal kisebb
sebességgel gurul hátrafelé, mint a labda sebessége
volt, mielőtt az ember elkapta volna. Ez várható, mivel
a személy tömege sokkal nagyobb, így a lendület
megőrzésének elve szerint a rendszer teljes lendülete
változatlan marad.
Ezért a személy és a labda “új” együttes objektumának
ugyanolyan lendülete lesz, mint az ütközés előtt és a
sebességük lecsökken, hogy kiegyenlítse a
megnövekedett tömeget. A lendület egyenletét
használva kiszámíthatjuk (lásd a bal oldalon), hogy az
új sebességfaktor (v) 0,5 m/s lesz.
A labda és a személy lendülete MIUTÁN
a személy elkapja a labdát
Lendületátadás a fehér golyó és a többi golyó között
A fiú nyomja a falat és a fal tolja vissza a fiúty
Az asztal visszanyomja a könyvrakást
A lendület megőrzése
Űrkutatás
René Descartes (1596 - 1650)
Vázlat egy labdát
elkapó fiúról
p = 5 x 5 = 25 Kg.m/slabda
A labda és a személy lendülete MIELŐTT
a személy elkapja a labdát
p = (45 + 5) x v v = 25/50 = 0.5 m/sszemély + labda
p = p + pszemély + labda személy labdap = pelőtte utána
p = 45 x 0 = 0 Kg.m/sszemély
Az űrkutatás a Newton harmadik törvényének köszönhetően
lehetséges. A Föld gravitációja bármit visszahúz, amik
megpróbálnak elmenekülni a Földről. Ez az erő annyira erős,
hogy a Föld gravitációs húzásának elkerüléséhez szükséges
sebesség kb. 40000 km/h. Ezért az űrkutatóknak különleges
propulziós módszereket kellett feltalálniuk, amelyek képesek
elérni ezt a sebességet. A rakéta olyan folyékony, nagy
energiatartalmú gázokat kibocsátó üzemanyagot használ,
amelyek hatalmas erőt fejtenek ki a talajra. A harmadik
törvény szerint a talaj ugyanilyen hatalmas erővel tolja
felfelé a rakétát, ezáltal mozgatva rendkívül nagy
sebességgel a rakétát.
A golyó kilövése következtében a
fegyver visszarúg
Űrsikló kilövése
p = m x vp = lendület
m = tömeg
v = sebességfaktor
A lendület számolásának képlete
súly
ellenhatás
Az energia főbb formáiAz energia tulajdonságai
11 12
Az energiamegmaradás törvénye kimondja, hogy az
elszigetelt rendszerben lévő energia
mennyisége változatlan marad. Az energiát csak egyik
formáról a másikra lehet átalakítani. Amikor ételt
eszünk, testünk a kémiai energiát mechanikus vagy
termikus energiává alakítja. A szélturbinák szélenergiát
használnak, ezt alakítják át a lapátok kinetikus
energiává, amely később elektromos energiává alakul.
A napelemek a napenergiát, míg az atomerőművek az
atomenergiát alakítják át elektromos árammá.
A könyv elején megtanultuk, hogy az erők munkát
végeznek, amikor a tárgyakat mozgatják.
Azonban a munka elvégzéséhez szükség van energiára.
Az energia rengeteg formában jelenik meg; láthatunk,
illetve érzékelhetünk energiát a természetben, mint a
szelet, hullámokat, napfényt, de előállíthatjuk kémiai
úton is, mint például az üzemanyagokat vagy az
elemeket. Az energia egyik leggyakoribb formája az a
kinetikus energia, amely minden mozgó tárgy energiája.
A "kinetikus" szó a görög "κίνησις" (kinisis) szóból
származik és mozgást jelent. Newton törvényeinek
elemzése alapján már értjük, hogy egy nagy tömeg
nagyobb tehetetlenséggel, és a nagy sebességgel
rendelkező tárgyak nagyobb lendülettel rendelkeznek.
Ezért várható, hogy minél nagyobb a mozgó tárgy
tömege és sebességvektora, annál több energiával
rendelkezik. A kinetikus energia (KE) kiszámításához
használt egyenlet a bal oldalon látható.
Még egy nem mozgó tárgyban is megvan a helyváltoztatás
lehetősége. Ez a "tárolt" energia helyzeti energia (PE) néven
ismert. A helyzeti energiának különböző formái vannak,
melyek közül a legnyilvánvalóbb a Föld gravitációs vonzása.
Ha bármilyen tárgyat, mint például könyveket tartunk a
kezünkben és elengedjük őket, leesnek a földre. Az alábbi
egyenlet azt mutatja, hogyan lehet kiszámítani az objektu-
mok helyzeti energiáját egy bizonyos magasságban.
Ha elengedjük a könyveket, leesnek, mivel a helyzetükből
(magasság) kifolyólag helyzeti energiával rendelkeznek
Bármilyen energia transzformáció során valamennyi
energia elvész a környezetben. Az "elveszett" nem azt
jelenti, hogy "eltűnt", hanem hogy az energia egy része
akaratlanul veszett kárba, mint például a hő és a hang.
Ennek a veszteségnek köszönhetően egyetlen gép sem
működhet soha 100%-os hatékonysággal. Az
"energiaátalakítás hatékonysága" azt jelenti, hogy egy gép
vagy rendszer mennyire hatékonyan tudja átalakítani az
energiát egyik formájából a másikba. Minden rendszer
különböző energiatermelési hatékonysággal rendelkezik.
Például a vízturbináknak rendkívül magas, közel 90%-os
az energia-konverziós hatékonysága. Az autók,
teherautók és motorkerékpárok égető motorjai 10% és
50% közötti konverziós hatékonysággal rendelkeznek.
A labdának addig nincs kinetikus energiája,
amíg meg nem ütikAz ingák energiával látják el az óra mechanizmusát
Az élelmiszerek kémiai energiát
tartalmaznak
Kinetikus energia
Helyzeti energia
Az energia átalakításának hatékonysága
A szélenergia kinetikussá
alakul át
A napenergia elektromossá alakul Az atomenergia elektromossá
lakul
Az energia egy fizikai mennyiség, mely 3 fő
tulajdonsággal rendelkezik:
1) Az energia idővel konzerválódik, és idővel nem
megújítható, illetve megsemmisíthető.
2) Az energia tárolható és átvihető egyik tárgyról a
másikra az erők közötti kölcsönhatáson keresztül.
3) Az energia sokféle formában jön létre (kinetikus,
potenciális, hang, hő stb.), és az egyik formából a
másikba alakul.
A motoroknak a lehető leghatékonyabban kell
működniük
2KE = ½ m x v
KE = kinetikus energia
m = a tárgy tömege
v = a tárgy sebességvektora
A kinetikus energia számolásának képlete
PE = m x g x h
PE = helyzeti energia
m = a tárgy tömege
g = gravitációs gyorsulás
h = a tárgy magassága
A helyzeti energia számolásának képlete
A helyzeti energiának több
alkategóriája is létezik, melyekbe
sok más energiafajta sorolható. Az
egyik ilyen a rugalmas energia,
amely rendszerint a könnyen
deformálható tárgyakban, mint a
gumiszalagokban, az összenyo-
mott rugókban és a felfújt léggöm-
bökben található. Ezek a tárgyak
deformált állapotukban tárolt
energiával rendelkeznek, aminek
felszabadulása hatással van a
közvetlen környezetükre. A bal
oldali képen látható a rugalmas
energia egy példája, a kifeszített íj.
A kifeszített íjnak rugalmas energiája van
Az egyenlet azt mutatja, hogy a tárgy helyzeti energi-
áját irányító összes tényező egyenesen arányos vele. A
gravitációs gyorsulás (g) körülbelül 10 m / s2 a Föld
felszínén, azonban más bolygókon ez az érték más.
Ugyanazon tárgynak a helyzeti energiája a Holdon
sokkal kisebb, mint a Földön és sokkal nagyobb az
óriásbolygókon. A többi tényező a tömeg és a magas-
ság; minél magasabban van a tárgy, annál nagyobb a
helyzeti energiája.
14
Az elmés angol matematikus és fizikus Sir Isaac Newton (1642 -
1727) volt az első, aki teljesen megértette a tárgyak tényleges
mozgását, és kinyilvánította három híres mozgásszabályát.
Ennek, és sok más felfedezésének köszönhetően minden idők
egyik legbefolyásosabb tudósává vált.
Szükséges anyagok:®- Engino Newton ( 07) törvényei ENGST vagy
Fizikai mestere (ENGST50).
Szükséges anyagok:®- Engino Newton ( 07) törvényei ENGST vagy
Fizikai mestere (ENGST50).
- Hosszú gumi- és mérőszalag
Newton első mozgástörvénye
Newton törvényei
Galileo Galilei (1564-1642) olasz fizikus volt az a másik nagyszerű
tudós, aki hozzájárult az erők tulajdonságainak, valamint a
gyorsulás felfedezéséhez még Newton kora előtt. Gördülő golyókat
gurított le különböző ferde síkokon, és olyan képletekkel rukkolt
elő, amelyeket végül Newton fejtett ki évszázadokkal később.
Newton második mozgástörvénye• Hogyan ösztönzik mozgásra a tárgyakat
az erők?
• Mi Newton első mozgástörvénye?
Fedezd fel:
1. Töltsd ki a táblázatot a kísérlet során végzett mérések
alapján.
• Mi Newton második mozgástörvénye?
• Hogyan viszonyulnak egymáshoz a tárgyra
ható erők, illetve a tárgy tömege és
gyorsulása?
1. Magyarázd el, miért marad a modell egyhelyben a kísérlet 2.
lépésében az alkalmazott erők összegére vonatkoztatva.
Eljárás:
1. Keresd a leírást az 1-2. oldalon és építsd meg a
mozgó kabint.
2. Helyezd a modellt sík felületre. A kabin
önmagától mozdulatlan marad. Az 1. feladatban
magyarázd meg ennek az okát.
3. Helyezd a kabint középre és kezd el finoman
mozgatni a járművet a két oldalán található rúd
segítségével. Figyeld meg a kabin mozgását és
válaszolj a 2. kérdésre!
4. Tartsd a kabint középen és told meg a
járművet ezúttal határozottan. Figyeld meg újra
hogyan viselkedik a kabin, és válaszolj a 3.
kérdésre.
5. A végső teszt gyanánt imitáljunk egy balesetet.
Helyezd a kabint az egyik szélére, és told a
járművet határozottan a nagy rúd segítségével a
fal vagy bármilyen más erős akadály felé.
A sérülésveszély elkerülése érdekében, vigyázz,
nehogy túl erősen told, mert darabok repülhet-
nek szét. Ügyelj rá, hogy az összes széthullott
darabot összeszedd. A kabin mozgásáról tett
észrevételeidet gyűjtsd össze a 4. feladatban.
6. Olvasd el figyelmesen Newton első mozgás
törvényét a jobb oldalon, és írd le a megszerzett
tapasztalatokat a segítségével az 5. feladatban.
2. Mikor a modell lassan mozog a 3. lépésben, hogyan mozog a
kabin? Rajzold be az erők összegét az alábbi rajzba!
mozgasd a
járművet a nagy rúddal
2. Hasonlítsd össze a távolságokat a 3 teszt vonatkozásában. Mi
figyelhető meg?
3. Olvasd el Newton második mozgástörvényét és fejtsd ki a
kísérlet során tett megfigyeléseid. Ne feledd, hogy az erő (a
gumiszalag feszültsége) minden esetben megegyezik.
3.
TesztLövedék
(kerekek száma)
Lövedék távolsága (m)
Átlagos
távolság (m)
1.
2.
3
1
2
Eljárás:
1. Keresd a leírást az 3-5. oldalon és építsd meg a
ballisztikus katapultot. Hajtsd át kétszer a lyukon
a gumiszalagot és a végét kösd össze.
2. A balesetveszély elkerülése érdekében végezd
a kísérletet a szabadban és bizonyosodj meg
róla, hogy senki nem áll a katapult előtt, ha a
katapult meg van töltve és kilövésre kész állapot-
ban van. Szintén vigyázni kell a gumiszalaggal,
mert a nagy feszültség hatására elszakadhat.
3. Az összes kilövés során fontos, hogy a
gumiszalag feszültsége és a kilövési pont állandó
maradjon.
4. Az 1. vizsgálathoz helyezd a katapultot egy
rögzített pontra, és tölts be egy keréktárcsát (lásd
a táblázatban, a lövedék oszlop alatt). Tartsd a
katapultot egy kézzel, és engedd el a középső
rudat. Egy második személynek figyelnie kell a
pontot, ahol a lövedék először földet ért. Egy
mérőszalag segítségével mérd meg a katapult és
a pont közötti távolságot, és írd be a táblázatba
(1a). Ismételd meg az eljárást még kétszer, és írd
le az eredményeket az 1b és az 1c esetében is.
Ezután számold ki az átlagos távolságot a 3 érték
összeadásával, majd 3-mal osztásával.
5. A második és harmadik teszthez két, illetve
három keréktárcsát tölts be és ismételd meg a
műveleteket. Írd be az eredményeket a 2a, 2b, 2c,
valamint 3a, 3b, 3c helyére és számold ki az
átlagos távolságot.
6. Válaszold meg az ezt követő kérdéseket. A
vizsgálat befejezése után ne szedd szét a mo-
dellt, mert a következő kísérlethez is szükséged
lesz rá.
helyezd a
kabint középre F
3. Milyen mozgást végez a kabin, amikor a járművet
határozottan toljuk meg a 4. lépésben?
4. Mi történik a járművel a falhoz lökés következtében (5. lépés)?
Hogyan mozog a kabin ebben az esetben?
5. Olvasd el Newton első mozgástörvényét és fejtsd ki a rá és a 2.,3.,4.
és 5. lépésben megfigyelt kabin mozgására vonatkoztatott megálla-
pításaidat.
13
Lökd a járművet a fal felé és figyeld meg
a kabin mozgását.
Newton második mozgástörvénye:
“A tárgyakra ható erők (F) összege megegyezik a
tárgy tömege (m) szorozva a tárgy gyorsu-
lásával (a)”
F = m.a
Newton első mozgástörvénye: “minden test megtartja nyugalmi
állapotát, vagy megmarad az egyenes
vonalú egyenletes mozgás állapotában,
míg más test mozgásállapotának
megváltoztatására nem készteti.”
Miről tanulunk:
Nehézségi szint
Newton törvényeiMiről tanulunk: Fedezd fel:
Nehézségi szint
15 16
Eljárás:
1. Keresd a leírást az 3-5. oldalon és építsd meg a
ballisztikus katapultot vagy használd az előző
kísérlet során felépített modellt a kerekek nélkül.
Hajtsd át kétszer a lyukon a gumiszalagot és a
végét kösd össze.
2. A balesetveszély elkerülése érdekében végezd
a kísérletet a szabadban és bizonyosodj meg róla,
hogy senki nem áll a katapult előtt, ha a katapult
meg van töltve és kilövésre kész állapotban van.
Szintén vigyázni kell a gumiszalaggal, mert a nagy
feszültség hatására elszakadhat.
3. Az összes kilövés során fontos, hogy a gumi-
szalag feszültsége és a kilövési pont állandó
maradjon.
4. Találj egy fix pontot és állítsd rá a modellt 6
henger alakú ceruzára (ahogy a képen is látható).
Ceruzák hiányában a modellt csúszós helyen is
elhelyezheted.
5. Az 1. vizsgálathoz töltsd meg a zsákot 50
gramm homokkal, melyet a mérleg segítségével
mérj ki. A homokzsák helyett használhatsz 2
Engino kerékabroncsot (lásd a jobb oldali képet)
vagy más tárgyat is. Tedd a vonalzót a modell
szélére (az utolsó ceruzához) és lődd ki a
lövedéket. Mindezek után mérd meg mennyit
mozdult el a katapult a kilövésnek köszönhetően
és írd be az 1. feladatban található táblázatba.
6. Ismételd meg a folyamatot a 2. és 3. kísérlet-
ben a súlyok 100, illetve 200 grammra cserélé-
sével.
7. Válaszold meg a kérdéseket az eredményeid és
Newton 3. Törvénye alapján.
Newton harmadik mozgástörvényeA Newton inga egy néhány (általában 5) fémgolyóból álló eszköz, ame-
lyet egy fém keret tart össze. A keretről a golyók szálakon, szabadon
lógnak le. Ha az egyik labdát kihúzzuk és elengedjük, hogy eltalálja a
második labdát, akkor valami furcsa történik: az utolsó labda mozog a
többi helyett. A jelenség okát a következő kísérletben
tanulmányozhatjuk.
Lendület• Mi Newton harmadik mozgástörvénye?
• Mit jelent az egyenlő és ellentétes erő?
• Mi a lendület?
• Milyen képlet alapján számoljuk ki a
lendületet?
1. Töltsd ki a táblázatot a kísérlet során végzett mérések alapján.Szükséges anyagok:
®- Engino Newton ( 07) törvényei ENGST vagy
Fizikai mestere (ENGST50).
- Hosszú gumiszalag
- 6 henger alakú ceruza, vonalzó
- táska homokkal, mérleg
1.
2.
3.
Ez a szerelvény 25g körül
van és használható a
homokos zsák helyett a
kisebb súlyokhoz.
TesztLövedék
súlya (g)Katapult hely-változása (cm)
3. Olvasd el Newton második mozgástörvényét és fejtsd ki a
kísérlet során tett, a törvénnyel kapcsolatos, illetve a lövedék
súlyára és a katapult helyváltoztatására vonatkozó
4. Miért repül messzebb a lövedék, a katapult
helyváltoztatásához képest?
1. Mi történik a modell üléseivel a gyenge lökés következtében?
eljárás:
1. Keresd a leírást az 6-7. oldalon és építsd meg
az ütköző autót. Ne feledd, a kocsiban az ülések
szabadon mozognak!
2. Kösd az Engino zsinór egyik végét a kocsi
hátuljába, a másik végét pedig egy fix ponthoz
(például egy asztal lábához.)
3. Lökd meg a járművet kis erővel és hagyd
gurulni, amíg a zsinór meg nem állítja. Vizsgáld
meg a székek viselkedését és válaszold meg az
1. kérdést.
4. Ezúttal nagyobb erővel lökd meg a járművet
(hirtelen lökés) és ismét engedd gurulni, amíg a
zsinór meg nem állítja. Írd le a második
feladatban, hogyan viselkednek a székek
ezúttal.
5. A jármű belsejében lévő üléseken köss
keresztbe egy gumiszalagot a kormánykeréktől
a szürke rész végéig. Csatlakoztass hozzá egy
narancssárga részt, hogy jobb tapadása legyen,
így létrehozva egy biztonsági övet. Lökd meg
ismét a 4. lépés szerint nagy erővel a járművet
és figyeld meg, mi történik az ülésekkel. Írd le
észrevételeid és a biztonsági öv rögzítésének
fontosságát a 3. feladatban.
6. A kísérlet Newton törvényein és a lendületen
alapul. Megállapításaidat ezek alapján vezesd le.
Szükséges anyagok:®- Engino Newton ( 07) törvényei ENGST vagy
Fizikai mestere (ENGST50).
- Gumiszalag
A Newton
inga
2. Figyeld meg, mi
történik a modell
üléseivel az erősebb
lökés következtében!
Az utasok nagyobb biztonságban
vannak a biztonsági öv viselése esetén
3. Mi történik az ülésekkel
a biztonsági öv használata
esetén, erős lökés
következtében? Mennyire
fontos bekötni a biztonsági
övet egy járműben?
4. Miért viselkednek máshogy az ülések az egyes esetekben?
Vedd figyelembe a lendület alábbi képletét.
Newton harmadik mozgástörvénye olyan egyszerű, hogy meglepően
sok időbe telt megfogalmaznia. Minden helyzetben alkalmazható, ahol
erők lépnek fel. A harmadik törvény megmagyarázza, hogy miért
pattognak a labdák, miért érzünk fájdalmat, ha a kezünkkel rácsapunk
az asztalra, és hogy a rakéták hogyan tudják leküzdeni a Föld
gravitációs húzását.
Ettől a ponttól kezdd el
mérni a katapult
helyváltozását (utolsó
2. Hasonlítsd össze a méréseket a 3 teszt vonatkozásában. Mi
figyelhető meg?
50 g
100 g
200 g
Newton harmadik mozgás törvénye:
“Két test kölcsönhatásakor mindkét test
egyenlő és ellentétes erővel hat a másikra.” A lendület (p) a tárgy tömegének (m) és
sebességfaktorának (v) eredménye. p = m.v
Newton törvényei Fedezd fel:Miről tanulunk:
Nehézségi szint
Newton törvényeiMiről tanulunk: Fedezd fel:
Nehézségi szint
18
Mindennapi életünk során sok olyan apró változást figyelhetünk meg
közvetlen környezetünkben, amelyeket leginkább elhanyagolunk:
emberek sétálnak, autók mozognak, elektromos eszközök dolgoznak,
kutyák ugatnak. Mindezen tevékenységeknek egy közös tényezője van:
energiát igényelnek a végrehajtásuk érdekében. Fedezd fel az energiát
és tulajdonságait a következőkben!
Az energia tulajdonságaiAz energiának különböző formái vannak. A két leggyakoribb
energiaforma, amely szinte minden energiaátalakításban részt
vesz, a helyzeti és a kinetikus energia. Azt gondolhatnád, hogy
rengeteg tényező befolyásolja, azonban meglepő módon
mindkettő rendkívül egyszerű képlet segítségével számítható ki.
A helyzeti és kinetikus energia• Mik az energia alapvető tulajdonságai?
• Hogyan változik az energia formája?
• Mi a helyzeti és kinetikus energia és
hogyan kapcsolódik a kettő?
• Mi a képletük?
1. Töltsd ki a táblázatot a kísérlet során végzett mérések
alapján.
Eljárás:
1. A leírást keresd az 11-13. oldalon és építsd
meg a gravitációs ventilátor. A lábait helyezd
két asztal közé, hogy a kerekek szabadon
leengedhetők legyenek.
2. Az 1. kísérletnél a terhelési tényező (kerekek
száma) változik, a magassági tényező, a
ventilátor teteje (100%), minden esetben
ugyanaz marad (1-3).
3. Az 1. esetnél egy kereket használj és húzd fel
a zsinórt a lapátok forgatásával, amíg el nem
éri a ventilátor tetejét. Engedd el a terhelést, és
figyeld meg, milyen gyorsan éri el a kerék a
talajt. Ismételd meg ugyanezt az eljárást a 2. és
a 3. esetnél, mindkétszer eggyel több kerék
hozzáadásával. Figyeld meg újra a kerekek
esési sebességét, és töltsd ki az táblázatot az
első feladatban a következő szavak
használatával: lassú, közepes, gyors, majd írd
le következtetéseidet is.
4. A második kísérletnél a magassági tényezőt
változtatjuk, míg a terhelési tényező ugyanaz
marad.
5. A 4. esetnél négy kereket köss fel és húzd fel
a szálat, amíg el nem éri a ventilátor tetejét.
Engedd el a terhelést és figyeld a ventilátor
sebességét. Legyél különös tekintettel a
gyorsulásra és annak időtartamára. A teher
ugyanannyi legyen az 5. és 6. esetben, de azt a
teljes magasság (talajról a ventilátor tetejéhez
mérve) 50%-áról és 25%-áról engedd le. Töltsd
ki az táblázatot a 2. feladatban a következő
szavak használatával: lassú, közepes és gyors,
majd írd le következtetéseidet is.
6. Válaszold meg a 3. kérdést a két tesztben és
a képletekben érintett energiák fő formáiról.
17
1. Töltsd ki a táblázat „Esési sebesség” oszlopát a következő szavak
használatával: lassú, közepes, gyors az 1. tesztben tett megfigyeléseid
alapján. Írd le következtetésed a súly, a sebes-ség és az energia
vonatkozásában, figyelembe véve, hogy minden más tényező állandó.Teszt
Léggömbben
lévő levegő:
A repülő megál-lásának ideje (s)
Átlagos megállási idő
1.
2.
3 nagy fújás
1 nagy fújás
2. Hasonlítsd össze a két teszt átlagos megállási idejét. Mit
figyelsz meg? Milyen tényező okozza az idők közötti eltérést?
3. Olvasd el az energia alábbi tulajdonságait és írd le észrevéte-
leid. Ne felejts el utalni a különböző energiaátalakulásokra és az
energiatárolásra.
Csatlakoztasd a gyűrűt
az utolsó közepes
nagyságú rúd utolsó
lyukához.
Szükséges anyagok:®- Engino Newton ( 07) törvényei ENGST vagy
Fizikai mestere (ENGST50).
Eset
TESZT 1
Súly (kerekek mennyisége) Esési sebesség
1.
2.
3.
Eset
TESZT 2
Esési magasság
A légcsavar gyor-
sulásának ideje
4.
5.
6.
2. Töltsd ki a táblázat „A légcsavar gyorsulásának ideje” oszlopát a
következő szavak használatával: lassú, közepes, gyors az 2.
tesztben tett megfigyeléseid alapján. Írd le következtetésed a
megadott helyre a magasság, a gyorsulás és az energia vonatko-
zásában, figyelembe véve, hogy minden más tényező állandó.
3. Mely energiák fő formái érintettek a fenti két tesztben és
milyen matematikai képlettel lehet leírni őket?
100%(magas)
50%
25%
Eljárás:
1. A leírást keresd az 8-10. oldalon és építsd meg a
léggömb hajtotta repülőgépet. Tedd le a padlóra
minden más tárgytól távol.
2. A léggömböt a hosszú oldal utolsó lyukán kell
elhelyezni (a repülő túloldalán), amint a képen
látható. Töltsd a léggömböt levegővel, néhányszor
csavard be lazán a végét, hogy ne legyen
levegővesztés, és helyezd a léggömb gyűrűjét egy
Engino gyűrűrész köré. Csatlakoztasd a gyűrűt az
utolsó közepes nagyságú rúd utolsó lyukához.
3. Az 1. vizsgálathoz töltsd meg a léggömböt 3
nagy fújásnyi levegővel (vigyázz ki ne pukkaszd) és
helyezd el a repülőn a fent leírt módon. A kísérlet
elvégzéséhez két emberre van szükség. Az egyik
kiengedi a levegőt a léggömbből, míg a másik
abban a pillanatban elindítja a stopperórát, hogy
mérje a repülő forgásának idejét, amíg az meg
nem áll. Írd be az időt a táblázatba (1a). Ismételd
meg a folyamatot és írd be az eredményeket az
(1b), (1c) helyekre. Ezután számítsd ki az átlagos
megállási időt a 3 érték összeadásával, majd 3-
mal való osztásával.
4. A második kísérlethez töltsd meg a léggömböt 1
nagy fújásnyi levegővel. Ismételd meg az első
kísérlet folyamatát és írd be megfigyeléseidet a
2a, 2b és 2c rubrikákba, majd az áltagos megállási
időt a megfelelő helyre. Ezután hasonlítsd össze a
két teszt átlagidejét és indokold meg a
különbséget a 2. kérdés alatt.
5. Olvass az energia tulajdonságairól és vezesd le
megfigyeléseidet a 3. kérdés alá.
Szükséges anyagok:®- Engino Newton ( 07) törvényei ENGST vagy
Fizikai mestere (ENGST50).
- Léggömb.
Helyezd a felfújt
léggömb gyűrűjét
egy Engino
gyűrűrész köré.
1
2
3
Az energia tulajdonságai:
1) Az energia idővel konzerválódik, és idővel nem megújítható,
illetve megsemmisíthető.
2) Az energia tárolható és átvihető egyik tárgyról a másikra az erők
közötti kölcsönhatáson keresztül.
3) Az energia sokféle formában jön létre (kinetikus, potenciális,
hang, hő stb.), és az egyik formából a másikba alakul.
Newton törvényei Fedezd fel:Miről tanulunk:
Nehézségi szint
Newton törvényeiMiről tanulunk: Fedezd fel:
Nehézségi szint
19 20
Magyarázd el Newton törvényei alapján, hogy a biztonsági övek és a légzsákok
miért fontosak a balesetek halálos sérüléseinek elkerüléséhez. (2 pont)
Írd le az energia három tulajdonságát! (3 pont)
Kvíz
1. feladat
3. feladat
4. feladat
5. feladat
2. feladat
Rajzold be és nevezd meg a lejtőn felfelé haladó kocsira ható összes erőt! A légellenállást most tekintsd
elhanyagolhatónak (2 pont)
Az alábbi képeken megfigyelhetjük az energia különböző formáit. Válaszd ki a dobozból a megfelelő elnevezést
és párosítsd az egyes képeken ábrázolt energia fő formájával. A megoldást írd be a megadott helyre. (3 pont)
Energia
Energia
Energia
Kinetikus, elektromos, kémiai, fény, hang, rugalmas, gravitációs, termikus, mágneses
Energia Energia
Energia Energia
Energia Energia
...................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
Ide írd az erőket:
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...............................................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
A jobb oldali képen egy fiú látható, amint megpróbálja eltolni a falat. Rajzold le az
érintett erőket, és írd le a jelen esetben alkalmazható Newton mozgástörvényt. (2
pont)
6. feladat
7. feladat
21
a) Írd le Newton második mozgástörvényét és képletét! (2 pont)
b) Egy ágyú egy 15 kg-os vasgolyót 3000 N erővel lő ki. Mennyi a golyó gyorsulása
abban a pillanatban, amikor elhagyja az ágyúcsövet? (2 pont)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................
a) Írj pár mondatot az alábbi képekről a lendület fogalmával és a lendület megőrzésének törvényével kapcsolatban?
(2 pont)
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
b) i) Egy 1500 kg-os autó 72km/h – val közlekedik. Mennyi a lendülete? ii, Milyen
sebességvektorral kell elméletben rendelkeznie egy 0,1 kg-os golflabdának, hogy a
lendülete megegyezzen a kocsiéval? (2 pont)
...................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................
22
©iStock.com / nickfree, GlobalP, matteo_parma, kengoru, Mooneydriver, surely, Tarek El Sombati, sculpies,
shironosov, Maica, sturti, skvoor, GeorgiosArt, alxpin, vladacanon, intst, GeorgiosArt, mattjeacock, 1971yes,
Alatom, ZU_09
©123RF.com / Vuk Vukmirovic, Ping Han, Peter Bernik, payphoto, Filip Fuxa, Stanislav Komogorov, monticello,
Nicholas Piccillo, Panagiotis Karapanagiotis, Iurii Kovalenko, Sergey Sergeev, Khatawut Chaemchamras,
destinacigdem, file404, Yaroslava Pravedna
Copyright © ENGINO.NET LTD Minden jog fenntartva.
Jelen oldalak egyes részei kizárólag saját felhasználás céljára használhatók. Bármilyen formában vagy eszközzel
— legyen az elektronikus, mechanikus vagy egyéb — történő sokszorosításuk, megváltoztatásuk, elektronikus
adattárban való tárolásuk, továbbközvetítésük a személyes felhasználástól eltérő célra szigorúan tilos az
ENGINO.NET LTD írásbeli engedélye nélkül.
FIGYELEM: A készlet 30 cm-nél hosszabb zsinórt tartalmaz. Tartsa távol a 36 hónapos kor alatti gyermekektől,
mert fennáll a fojtás veszélye.
MEGJEGYZÉS: Az egyes modellekhez szükséges léggömb nem szerepel a készletben a biztonsági előírások miatt.
FIGYELEM: A gumiszalagok a visszahúzás, szakadás vagy kézből kicsúszás esetén sérülést okozhatnak. A
modellek utasítás szerinti összeszerelésénél tartsa szorosan a gumiszalagot, és ne feszítse túl. A gumiszalagokat
csak az utasításban leírtaknak megfelelően használja. NE HASZNÁLJON ELKOPOTT VAGY SZAKADT
GUMISZALAGOT. A gumiszalagot arctól és szemtől tartsa távol. A kihúzott gumiszalagot ne tartsa emberek,
állatok vagy falak irányába, mert sérülést vagy kárt okozhat.
A képek szerzői jogai:
DISCOVERING
Science Technology Engineering MathematicsTudomány Technológia Mérnöki tudomány Matematika
A gyakorlatok megoldását megtalálod weblapunkon: enginojatek.hu
