Większość ćwiczeń jest oparta na zadaniach doświadczalnych I etapu Olimpiady Fizycznej. Przy tych ćwiczeniach podany jest link do rozwiązania oryginalnego zadania, które należy potraktować jako instrukcję i wskazówki do wykonania pomiarów, a nie jako wzorzec raportu do skopiowania. Należy pamiętać, że rozwiązania te kierowane były do uczniów szkół średnich. Poziom wykonania doświadczenia i analizy wyników oczekiwany od słuchaczy Pracowni I R może być wyższy. W szczególności dotyczy to liczby i dokładności wykonanych pomiarów, dopasowania funkcji i analizy niepewności pomiarowych. W razie wątpliwości należy się kontaktować z prowadzącymi ćwiczenia.
Symbol (np. „soczewka”) wybranego ćwiczenia należy wpisać w arkuszu.
Lepkość: Pomiar lepkości kinematycznej i dynamicznej
Mając do dyspozycji:
- strzykawki o pojemności 20 ml (lub 30 ml),
- igły do zastrzyków o średnicach 1,2 mm oraz 0,7 mm o długości 40 mm, (standardowe rozmiary dostępne w aptekach, w przypadku braku igieł o zadanych średnicach można zastosować średnice 0,8 mm oraz 1,1 mm),
- wodę (nie musi być destylowana),
- roztwór etanolu o stężeniu 40% obj. lub zbliżonym (czysta wódka),
- roztwór kwasu octowego (ocet spożywczy, roztwór 10%),
- dwa wybrane oleje spożywcze różnego pochodzenia, np. olej rzepakowy i oliwa z oliwek,
wyznacz lepkości kinematyczne oraz dynamiczne wskazanych cieczy. Na podstawie otrzymanych wyników odpowiedz na zawarte w instrukcji pytania.
Soczewka: Ogniskowa soczewki rozpraszającej (ćwiczenie dla krótkowidzów)
Wyznacz ogniskową cienkiej soczewki rozpraszającej, np. soczewki okularów dla krótkowidzów, mając do dyspozycji elementy umożliwiające pionowe ustawienie soczewki na stole (lub po prostu okulary), niewielkie prostopadłościenne przedmioty (np. pudełka po zapałkach), przyrządy umożliwiające pomiary odległości (linijka, suwmiarka) i arkusze papieru milimetrowego, wyznacz jak najdokładniej ogniskową soczewki. Uwaga: przy dużej wadzie wzroku wygodniej jest wykorzystać do wykonania ćwiczenia stare lub zapasowe okulary niż te aktualnie noszone!
Tarcie: Tarcie kinetyczne a statyczne
Mając do dyspozycji plastikową linijkę o długości co najmniej 30 cm (lub podobny długi, sztywny przedmiot i przyrząd do pomiaru odległości, np. taśmę mierniczą) oraz dwa jednakowe walce o średnicy kilku mm (kredki, flamastry, długopisy itp.) wyznacz stosunek współczynnika tarcia kinetycznego do współczynnika tarcia statycznego między linijką i użytymi walcami.
Galaretka: Wyznaczanie gęstości galaretki
Mając do dyspozycji:
- stężałą galaretkę przyrządzoną przez rozpuszczenie łyżeczki żelatyny w ok. 1/2 szklanki wrzącej wody,
- cienką plastikową rurkę zamkniętą i obciążoną z jednej strony,
- duże naczynie z wodą (np. garnek),
- linijkę,
- nóż,
- papier milimetrowy,
wyznacz stosunek gęstości galaretki do gęstości wody.
Uwaga: rurka powinna być zatkana z jednej strony i tak obciążona by mogła pływać pionowo w wodzie. Można do tego celu użyć pustego wkładu od długopisu albo słomki do napojów zatkanej z jednej strony plasteliną – w tym wypadku proszę uznać, że plastelina też jest do dyspozycji.
Kulka: Straty energii kulki przy odbiciu
Mając do dyspozycji:
- stół z gładkim twardym blatem (np. stół kuchenny pokryty laminatem),
- komputer z kartą dźwiękową i mikrofonem (wbudowany w laptop powinien wystarczyć) lub telefon z oprogramowaniem umożliwiającym rejestrowanie sygnałów akustycznych,
- piłeczkę pingpongową,
- kulkę stalową o średnicy kilku mm (np. z łożyska),
wyznacz, jaki procent energii piłeczka i kulka tracą podczas odbicia od stołu. Zbadaj zależność tych strat od prędkości piłeczki/kulki przed uderzeniem w stół.
Uwagi: możesz wykonać to ćwiczenie również tylko z piłeczką lub tylko z kulką, jeśli nie masz możliwości zdobycia ich obu. Do nagrywania i analizy dźwięku możesz wykorzystać dostępne nieodpłatnie programy:
- Audacity,
- Soundcard Oscilloscope autorstwa Christiana Zeitnitza,
- Winscope,
ewentualnie inne według własnego uznania.
Olej: Współczynnik załamania oleju jadalnego
Masz do dyspozycji:
- olej jadalny,
- naczynie z matowym płaskim dnem, wykonane z nieprzezroczystego materiału (np. garnek o średnicy 10-15 cm),
- wskaźnik laserowy,
- linijkę,
- papier milimetrowy (lub druga linijkę i ewentualnie taśmę klejaca, jeśli jest potrzebna dla wygody),
- nożyczki,
- zaciemnione pomieszczenie.
Jeśli wiązkę światła laserowego skierować na dno naczynia wypełnionego do pewnego poziomu olejem, to można zaobserwować, że wokół jasnego punktu na dnie, na który pada promień światła laserowego, tworzy się mniej oświetlony obszar w kształcie koła. Wykorzystując to zjawisko wyznacz współczynnik załamania oleju jadalnego względem powietrza.
Uwagi: Wykonując pomiary zachowaj szczególną ostrożność! Uważaj, aby odbita wiązka światła laserowego nie trafiła w oczy! Jeśli nie możesz zdobyć papieru milimetrowego, doświadczenie można też wykonać zastępując go drugą linijką.
Butelka: częstotliwość rezonansowa butelki z wodą
Masz do dyspozycji:
- plastikową butelkę o pojemności 1,5 – 2l z szyjką o walcowym kształcie i długości ok 3 cm,
- sprzęt do pomiaru objętości wody: może to być kuchenna miarka, waga albo naczynie o znanej pojemności, znacznie mniejszej niż pojemność butelki (np. strzykawka, albo kieliszek, którego pojemność wyznaczysz niezależnie metodami geometrycznymi lub ważąc mieszczącą się w nim wodę),
- komputer z mikrofonem (wbudowany w laptopie powinien wystarczyć) lub telefon z oprogramowaniem umożliwiającym wykorzystanie komputera/telefonu jako oscyloskopu,
- wodę.
Dmuchając nad otworem butelki można sprawić, że z butelki zacznie wydobywać się dźwięk. Nagraj go za pomocą komputera z mikrofonem i wyznacz częstotliwość dźwięku na przykład za pomocą jednego z programów:
- Audacity,
- Soundcard Oscilloscope autorstwa Christiana Zeitnitza,
- Winscope.
- Wypełniając butelkę wodą wyznacz zależność częstotliwości tego dźwięku f od objętości powietrza zawartego w butelce V. Wykonując pomiary zawsze próbuj wydobyć z butelki dźwięk o możliwie najniższej częstotliwości. Wykonaj wykres zależności f(V) dla możliwie szerokiego zakresu objętości.
- Zbadaj, czy uzyskaną doświadczalnie zależność można przedstawić w postaci potęgowej:
gdzie f0, V0, alfa – pewne stałe (wyznacz je, jeśli zależność jest spełniona).
Fale: prędkość fal na wodzie
Mając do dyspozycji:
- cylindryczne naczynie o płaskim dnie (np. garnek) o średnicy co najmniej 15 cm, wypełnione do połowy wodą,
- stoper (może być w telefonie),
- kroplomierz, pipetę, strzykawkę albo inny przyrząd pozwalający w kontrolowany sposób wkraplać wodę do naczynia,
- kamerę lub aparat fotograficzny z możliwością nagrywania filmów (może być telefon) i dowolne przyrządy pozwalajace na jego zamocowanie,
- linijkę,
- wodę,
- płyn do mycia naczyń,
wyznacz prędkość fal na wodzie wzbudzanych, gdy kropla wody pada na jej powierzchnię. Pomiary wykonaj dla czystej wody i wody z dodatkiem płynu do mycia naczyń. Oceń, czy widzisz zmianę prędkości fal po dodaniu płynu do mycia naczyń, obniżającego napięcie powierzchniowe. Opierając się na wyniku doświadczenia i informacjach zawartych w tym opracowaniu, określ, jaki charakter (kapilarne/grawitacyjne) mają wzbudzane fale.
Uwaga: w oryginalnym rozwiązaniu zadania do pomiaru prędkości fal wykorzystuje się pomiar czasu stoperem. Możesz jednak spróbować wyznaczyć prędkość fal filmując je i analizując obraz klatka po klatce.