Kopplingen mellan massa och avståndet som en boll reser när den släpps från en ramp visar ett viktigt fakta om tyngdkraften och hur det fungerar. Projektet är ett utmärkt sätt att illustrera kopplingen mellan gravitationskraft och massa och kan ställas in i ett klassrum eller hemma. Rollande bollar av olika massor nerför en förhöjd ramp avslöjar effekten av massa på det avstånd som reste. Detta enkla projekt ger också en användbar introduktion till att utforma vetenskapliga experiment, så den variabel du överväger är den enda som påverkar resultaten. Om du letar efter ett upplysande, men rättvist vetenskapligt projekt, undersöker effekten av massa på avståndet som en boll reser är ett fantastiskt val.
Steg 1: Ställ upp experimentet
Ställ in Experimentet genom att höja en sida av din ramp. Skär ditt inslagspappersrör i halv längd med din sax för att skapa ett långt U-format spår för dina bollar. Stacka dina läroböcker (eller placera ditt andra objekt) på den plats du har valt för starten på din ramp. Se till att du har gott om plats framför rampen så att bollarna kan rulla och stoppa.
Om du inte har mycket utrymme kan du placera en kopp eller en liten kartong vid basen av rampen, med öppningen mot rampen, så det fångar bollen efter att den rullat ner. Bägaren eller lådan minskar väsentligen det avstånd som reste, men bollen kommer fortfarande att flytta den. Alternativt, minska höjden på din ramp för att minska körsträckan.
Slutligen måste du mäta avståndet bollen reser. Det enklaste sättet att göra detta är med mätband. Du kan helt enkelt vänta på att bollen (eller koppen /lådan) stoppar och mät sedan avståndet från rampens botten till dess sista viloplats. Alternativt kan du använda en meter linjal för att markera en serie 1 meter steg från rampens botten och sedan göra en mer exakt mätning senare med linjalen och dina befintliga markeringar.
Steg 2: Mät massan av dina bollar
Mäta bollens massa för att hjälpa dig att tolka dina resultat. Det är avgörande att du har en uppsättning bollar (tre eller flera) som har olika massor. Om du inte kan göra det exakt är det viktigaste att du kan rangordna dem från lättaste till tyngsta, men om du har en uppsättning köksvågar mäter du de exakta massorna och noterar dem.
Rulla varje boll nerför rampen flera gånger och spela in hur långt den reser från rampens botten. Att ta tre eller flera mätningar av varje kommer att ge ett mer pålitligt resultat. Ta dina mätningar så exakt som möjligt, men upprepa varje test flera gånger hjälper till att minimera effekterna av eventuella misstag. För varje boll, lägg till de enskilda mätningarna tillsammans och dividera med antalet mätningar för att hitta medelvärdet. Gå igenom denna process för varje boll och registrera reglerna i en anteckningsbok.
Steg 4: Tolka dina resultat
Resultaten ska visa att den tyngsta bollen reser längst innan du stoppar. Detta beror på att tyngdkraften beror på massan av föremålet det drar. Gravity drar bollarna nerför rampen, och tyngdkraften är större på större massobjekt. Den extra kraften på den större bollen innebär att den har mer energi när den kommer till rampens botten och följaktligen reser mer innan den stoppas.
Friktionskraften (mellan bollen och marken) saktar sakta bollen till ett stopp. Friktionen beror också på objektets massa, men länken mellan massa och acceleration som visas av Newtons andra lag betyder också att det tar mer kraft att sakta ner ett större objekt. Se till att du använder identiska bollar (på alla sätt du kan) och släpp dem från samma höjd. Se också till att de rullar på samma material under hela resan, och dessa effekter bör avbryta. Ett objekt som är dubbelt så tungt bör rulla ungefär dubbelt så långt innan det stoppas.
Därför är bra experimentell design viktig eftersom alla andra skillnader mellan test kan påverka dina resultat. Idealt sett bör den enda skillnaden mellan dina tester vara bollens massa.
