Zestaw służy do badania ruchu jednostajnego. Składa się z wypełnionej cieczą rurki o długości 48 cm (w której znajduje się pęcherzyk powietrza) oraz pisaka suchościeralnego. W ustawionej pionowo lub pochylonej rurce wypełnionej cieczą porusza się pęcherzyk powietrza. W równych odstępach czasu można na rurce zaznaczać za pomocą suchościeralnego pisaka położenie pęcherzyka. Po zmierzeniu za pomocą linijki drogi przebytej przez pęcherzyk i wykonaniu wykresu można stwierdzić, że w badanym ruchu droga przebyta przez ciało jest wprost proporcjonalna do czasu trwania ruchu, a także że drogi przebyte w jednakowych odstępach czasu są w przybliżeniu jednakowe (w granicach niepewności pomiarowych). Po obliczeniu szybkości w kolejnych przedziałach czasu możemy stwierdzić, że również one są w przybliżeniu jednakowe. Ruch jest więc jednostajny. Można również wyznaczać szybkość średnią ruchu pęcherzyka w rurce. Zestaw może być także pomocny w omawianiu względności ruchu.
Doświadczenie
Badamy ruch pęcherzyka w rurce.
Pochylamy rurkę, aby pęcherzyk powietrza znalazł się na jej końcu. Ustawiamy rurkę pionowo, końcem z pęcherzykiem "do dołu". W jednakowych odstępach czasu (do odmierzania czasu można użyć zegarka z sekundnikiem lub taktomierza) zaznaczamy na rurce pisakiem położenie pęcherzyka powietrza, zawsze jednakowo - np. zawsze jego górnego "końca".
Za pomocą linijki mierzymy drogę przebytą przez pęcherzyk od początku ruchu (początek skali linijki przykładamy do miejsca oznaczającego pierwsze zaznaczone położenie pęcherzyka). Wyniki zapisujemy w tabeli oraz nanosimy na wykresie zależność przebytej drogi od czasu ruchu. Naniesione na wykres punkty doświadczalne ułożą się w pobliżu prostej (możemy uwzględnić na wykresie niepewności systematyczne).
Stąd wniosek, że w badanym ruchu droga przebyta przez ciało jest wprost proporcjonalna do czasu trwania ruchu.
Obliczamy drogę przebytą w kolejnych przedziałach czasu, a następnie szybkość średnią w tych przedziałach. Wyniki wpisujemy również do tabeli. Wykonujemy wykres zależności szybkości od czasu.
Drogi przebyte w jednakowych odstępach czasu są jednakowe (w granicach niepewności pomiarowych), szybkości w kolejnych przedziałach czasu są również jednakowe. Ruch jest jednostajny.
Obliczamy szybkość średnią vśr ruchu pęcherzyka.
Metoda 1. Obliczamy średnią drogę s przebytą w stosowanym w pomiarze przedziale czasu jako średnią arytmetyczną dróg przebytych w kolejnych przedziałach. Wynik zapisujemy w postaci s±Δs, gdzie Δs (niepewność) jest połową różnicy między największą i najmniejszą z dróg w poszczególnych przedziałach czasu. Obliczamy szybkość vśr wraz z niepewnością Δvśr, dzieląc s i Δs przez długość stosowanego przedziału czasu.
Metoda 2. Obliczamy szybkość vśr jako średnią arytmetyczną szybkości w kolejnych przedziałach czasu. Wyznaczamy niepewność maksymalną Δvśr jako połowę różnicy między największą i najmniejszą spośród szybkości w kolejnych przedziałach czasu. Wynik zapisujemy w postaci vśr±Δvśr
Tabela zawiera następujące kolumny:
- czas od początku ruchu (za który przyjmujemy pierwsze zaznaczone położenie pęcherzyka),
- droga przebyta od początku ruchu,
- droga w kolejnych przedziałach czasu,
- szybkość średnia w kolejnych przedziałach czasu.
Pomiar szybkości średniej ruchu pęcherzyka w rurce.
Ilustracja względności ruchu.
Chwytamy rurkę tak, by ustawiona była pionowo, a znajdujący się u dołu pęcherzyk powietrza znalazł się na wysokości naszych oczu. Podczas gdy pęcherzyk porusza się w rurce „do góry”, przesuwamy rurkę w dół z taką szybkością, aby pęcherzyk cały czas pozostawał na wysokości naszych oczu. Pęcherzyk powietrza względem rurki (układu odniesienia związanego z rurką) porusza się „do góry”, ale względem trzymającego rurkę (układu odniesienia związanego z trzymającym rurkę) pozostaje w spoczynku.
Zaznaczamy na rurce dwie kreski w odległości 40cm. Mierzymy czas, w jakim pęcherzyk przebywa zaznaczoną drogę (rurka ustawiona pionowo). Obliczamy szybkość v ruchu pęcherzyka. Pomiar powtarzamy kilkakrotnie. Ostatecznie obliczamy szybkość ruchu pęcherzyka w rurce jako średnią arytmetyczną otrzymanych wyników, zapisując rezultat w postaci vśr±Δvśr, gdzie niepewność maksymalna Δvśr jest połową różnicy największej i najmniejszej z otrzymanych wartości v.
Po wykonaniu doświadczenia suchą szmatką czyścimy rurkę.
Wygląd produktu na zdjęciu może odbiegać od wyglądu produktu w rzeczywistości.
