Triki trk

Projekt za izbirni predmet Projektno delo na Fakulteti za matematiko in fiziko v poletnem semestru 2024/2025

Uvod

Pri predmetu Projektno delo nam je bila zastavljena naloga poimenovana triki trk. Pojav, ki smo ga raziskovali, sam po sebi ni tako zakompliciran za izvesti. Predstavljajte si, da imate na mizi postavljeno ravnilo. Ta gleda malo iz roba mize ravno toliko, da iz nje ne pade zaradi svoje lastne teže. Nato nanj iz določene višine spustimo žogico, ki povzroči, da ravnilo pade na tla. Sedaj pa si predstavljajte, da na isto ravnilo, ki je od roba mize oddaljeno enako kot poprej, položite list papirja. Ponovno na ravnilo vržete žogico takšno kot prej iz enake višine. Vendar tokrat ravnilo ne pade na tla. Zakaj je temu tako? Ravno to smo morali v nalogi raziskati.

Teorija ter pripomočki

Teorija

Pri načrtovanju poskusov in njihovi razlagi smo si pomagali z znanjem teorije. Pri prvih poskusih smo se osredotočili na dejavnike, ki smo jih povezali s sunki navora. V naslednjih poskusih pa smo se torej osredotočili na navor, ki ta padec preprečuje. Možne razlage bi bile lahko sama teža papirja, zračni upor ob premiku papirja, trenje med papirjem in podlago ter nastanek podtlaka pod papirjem.

Trk je pojav, pri katerem se dve ali več teles, ki se relativno gibljejo eno proti drugemu, dotakne in pri tem spremeni velikost ali smer hitrosti. S trkom je povezan sunek sile, ki je enak spremembi gibalne količine posameznega telesa. Pri trkih je gibalna količina vedno ista na začetku kot na koncu. Skrajna primera trkov sta prožni trk, pri katerem telesi po trku odletita vsaksebi, ohranja pa se tudi skupna kinetična energija teles, ter ne prožni trk, pri katerem ostaneta telesi po trku spojeni, skupna kinetična energija teles pa se ne ohrani.

$ G = vm $

Če to enačbo malo spremenimo in namesto hitrosti vstavimo zvezo za hitrost v odvisnosti od višine žogice dobimo

$ G = m\sqrt{2gh} $

Tako smo v enačbo za gibalno količino vpeljali odvisnost od višine, kar je pomenilo odgovor na eno od naših vprašanj. Iz enačbe za spremembo gibalne količine smo videli da je za trk potrebna sila, kar smo potem ugotovili je potrebno, zaradi prisotnost navorov v našem poskusu.

Po enačbi

$ M = F r $

sledi, da je oddaljenost od točke vrtenja prav tako pomembna za naš poskus kot višina. Vendar ko smo bolj natančno premislili ta trk nismo imeli razlage, zakaj ravnilo ne pade če nanj položimo list, ki ima proti ravnilo in žogici zelo majhno maso. Med izvajanje poskusa in tudi pred tem, se nam je posvetila ideja, da tu nastopa še ena sila na katero ne bi takoj pomislili. To je sila zračnega tlaka na površino lista.

$ F = S \Delta p $

To, da pride do spremembe, smo z meritvami dokazali, prav tako smo dokazali, da efekta ne vidimo na nagubani površini, saj ne pride do spremembe tlaka.

Razlaga »Teža papirja« razlaga pojav tako, da je navor same teže lista papirja na ravnilo dovolj, da prepreči njegov padec.

Pri razlagi »Zračni upor« je namesto teže lista glavna sila, ki povzroči navor, ki prepreči padec, zračni upor lista papirja, ko se ta skupaj z ravnilom začne premikati. Glede na to razlago bi lahko namesto papirja uporabili tudi kakšno drugo ploskev, saj je zračni upor na njiju ob podobni obliki in površini primerljiv, in dobili enake izide.

Ob premiku papirja kot je videno na videoposnetku, lahko nastopa tudi sila trenja med papirjem in podlago. Nanjo se sklicuje razlaga »Trenje«, in sicer pojasni izid s tem, da sila trenja nasprotuje deformaciji papirja. Ko se ravnilo torej začne vrteti okoli svoje osi in začne deformirati papir, mora premagovati silo trenja med podlago in delom papirja, ki je z njo v tistem trenutku v stiku.

Razlaga »Podtlak« pa pojav razloži s podtlakom, ki nastane, ko ravilo deformira papir. In sicer ob dvigu dela papirja nastane pod njim volumen, v katerem (vsaj dokler ta ne vdre) teoretično skoraj ni zraka. To pomeni seveda mnogo nižji tlak kot atmosferski, ki deluje na zgornjo stran lista in ta razlika tlakov torej pomeni silo, ki deluje navzdolj na list papirja in s tem povzroča navor, ki preprečuje padec ravnila. Na videoposnetku smo opazili, da deformacija papirja vodi do nastanka nepravilnosti na robu papirja, še posebej pri vrhu lista, skozi katere vdira zunanji zrak pod papir. Vdiranje okoliškega zraka torej po tej razlagi izenačuje tlak pod listom. Če zrak vdira dovolj hitro oziroma z dovolj visokim volumenskim pretokom, močno zmanjša sunek navora, kar lahko vodi do padca ravnila.

Pripomočki

Pri poskusih smo potrebovali:

Stojalo, ki nam je pomagalo pri določanju višine, iz katere smo žogico spustili,
listi papirja različnih velikosti, s katerimi smo poskuse izvajali, ter tudi primerjali odvosnost od velikosti ploskve lista,
različna ravnila, s katerimi smo opazovali odvisnosti od njih dolžine ter materiala,
različne žogice z različnimi masami,
karton ter guma,
lesena podlaga,
spone za fiksiranje lesene podlage na mizo,
vrtalnik,
LabQuest, računalnik ter merilnik tlaka,
telefon za fotografije ter snemanje počasnih videoposnetkov.

Eksperimenti

Za opazovanje danega pojava smo sestavili pripravo na sliki. Sestoji iz na mizo pritrjene lesene deske na kateri leži ravnilo pokrito s papirjem tako, da sta rob deske in papirja poravnana. Za spuščanje žogice smo uporabili stojalo s prižemo, da se čim bolj izognemo človeški napaki pri spustu. Kasneje smo v desko zvrtali luknjo za merjenje tlaka pod listom papirja.

Vsega skupaj smo izvedli 14 setov poskusov; pri vsakem setu smo testirali različne odvisnosti ter spreminjali drugo spremenljivko.

Poskus št. 1: Odvisnost od višine spusta

Začeli smo preprosto. List papirja dimenzij A4 smo postavili v pokončno lego in podenj postavili ravnilo ter zabeležili položaj desnega roba papirja (oznaka »A«) ter spodnjega konca ravnila (oznaka »R«) glede na prikazani koordinatni sistem z enoto centimetra, katerega izhodišče vselej leži na stičišču ravnila in mize). Zaradi simetrije smo za točko A uporabili le točke na daljici od (0 cm, 0 cm) do (10.5 cm, 0 cm). Žogico smo vedno spuščali približno 1 centimeter od spodnjega roba ravnila, torej na točki R+(0 cm,1 cm).

Uvedemo oznako »h« za višino nad ravnilom s katere spustimo žogico. Podatki:

Ravnilo: plastično (dolžina 31 cm)
Žogica: golf (masa = 46 g)
Preverjana razlaga: Sunek navora
Napoved: Glede na razlago pričakujemo, da bo izid pri nižjih vrednostih h odboj, pri vseh višjih od neke vrednosti h pa padec.

Prvič smo spustili žogico iz višine h=55.4 cm in opazili da se je od ravnila prekritega s papirjem odbila. Ko pa smo višino povišali na vrednost 70.8 cm pa je žogica skupaj z ravnilom po trku padla iz mize. Izidi poskusa se skladajo z napovedjo, torej z razlago s sunkom navora.

Poskus št. 2: Odvisnost od oddaljenosti konca ravnila od mize

Podatki:

A=(2.8 cm, 0 cm)
h=70.8cm
Ravnilo: plastično
Žogica: golf (pri vseh poskusih z eno žogico smo uporabljali golf žogico)
Preverjana razlaga: Sunek navora
Napoved: Zmanjšanje razdalje od izhodišča do točke R pomeni krajšo ročico za sunek navora žogice in večjo ročico za sunek navora sile, ki padec preprečuje. Pri manjših razdaljah pričakujemo torej odboj, pri večjih pa padec.

Uvedemo oznako r za razdaljo od izhodišča do točke R. Videli smo že da je pri tej višini ravnilo za r=15 cm padlo, ko pa smo poskus izvedli z manjšim r=10 cm, pa se je žogica od ravnila odbila. Paziti moramo, da ker nismo imeli večih ravnil istega materiala različnih dolžin, je bila od razdalje r odvisna seveda tudi dolžino ravnila, ki leži pod listom papirja. Če bi uporabili taka ravnila bi lahko poskus opravili za obe spremenljivki neodvisno druga od druge. Sam izid pa se sklada z našo napovedjo.

Poskus št. 3: Odvisnost od mase žogice

Podatki:

h=56cm
A=(8 cm, 0 cm)
R=(0 cm, 13 cm)
Preverjana razlaga: Sunek navora
Napoved: Žogica z večjo maso bo glede na razlago s sunki navora pri neki višini povzročila padec, medtem ko se bo pri istih pogojih žogica z manjšo maso odbila.

Žogica	Izid
Golf (46g)	padec
Gumijasta (25g)	odboj
Ping pong žogica (3g)	odboj

Opazili smo torej tudi odvisnost od žogice, kar sicer ni čisto dovolj da zagotovo potrdi odvisnost od mase, saj bi lahko bil razlog tudi različen material ali na primer polmer. Izid poskusa pa se sklada z našo napovedjo in torej z razlago s sunkom navora.

Poskus št. 4: Odvisnost od dolžine ravnila

Podatki:

h=56,2cm
A=(8 cm, 0 cm)
R=(0 cm, 13 cm)
Leseno ravnilo (dolžina 40,5cm)
Plastično ravnilo (dolžina 31cm)
Preverjana razlaga: Sunek navora
Napoved: Pri daljšem ravnilu po naši razlagi nastopa zaradi daljše ročice večji navor, ki nasprotuje padcu. Če predpostavimo, da je odvisnost navora od materiala v primerjavi z odvisnostjo od ročice zanemarljivo majhna, pričakujemo pri neki višini za daljše ravnilo odboj, za krajše pa padec.

Pri tej višini smo opazili padec pri plastičnem ravnilu in odboj pri lesenem, iz česar lahko sklepamo da vpliva ali material ravnila ali pa dolžina ročice pod papirjem (torej dolžina ravnila minus r). Izid se torej sklada z napovedjo, pri dani predpostavki. Nismo imeli sicer večih ravnil iz istega materiala in različnih dolžin, da bi popolnoma izolirali samo dolžino. Smo pa izvedli še naslednji poskus.

Poskus št. 5: Odvisnost od materiala ravnila

Podatki:

h=60cm
A=(1.5 cm, 0 cm)
R=(0 cm, 10 cm)
Plastično ravnilo (dolžina 31cm)
Kovinsko ravnilo (dolžina 31cm)
Preverjana razlaga: Sunek navora, po izvedbi še »Podtlak«
Napoved: Za razlago »Sunek navora« smo pričakovali zanemarljivo majhno odvisnost od materiala, ki bi jo lahko povzročilo na primer upogibanje ravnila. Torej smo napovedali da bodo izidi poskusov z obema ravniloma enaki (torej obe padeta ali od obeh se žogica odbije), če bodo vsi ostali pogoji enaki. Napoved smo morali spremeniti, ko smo spoznali, da material ravnila igra vlogo tudi pri razlagi s podtlakom.

Pri teh pogojih smo opazili da je kovinsko ravnilo padlo, od plastičnega pa se je golf žogica odbila. Efekt ni bil zanemarljivo majhen, kar se na prvi pogled ni skladalo z našo napovedjo, a smo ugotovili da smo jo morda zastavili narobe. Efekta nismo opazili če smo poskus izvajali z večjo razdaljo od izhodišča do točke A (to razdaljo označimo z »a«), zato smo domnevali da je izid morda povezan z dviganjem papirja. Kovinsko ravnilo je rob papirja namreč dvignilo skoraj takoj po trku, medtem ko se je plastično nekoliko upognilo in s tem ublažilo učinek. Ta pojav nas je vodil do ugotovive, da v poskusu sodeluje tudi razlaga s podtlakom, saj hitrejše dviganje roba papirja ob nizkih razdaljah a pomeni hitrejše vdiranje zraka in izenačitev tlakov, na kar prej nismo pomislili. Iz tega razloga moramo popraviti našo napoved.
S to ugotovitjo je sedaj jasno, da bo, če drži razlaga »Podtlak«, izid poskusa pri majhnih razdaljah “a” odvisen od materiala ravnila, in sicer bolj specifično od njegovega upogibanja, saj bodo manj prožna ravnila povzročila hitrejši dvig roba papirja in s tem hitrejše vdiranje zraka. Za dovolj majhne razdalje “a” pri kovinskem ravnilu torej pričakujemo padec, ko pri istih pogojih pričakujemo s plastičnim ravnilom odboj. Ta popravljena napoved se sklada tudi z izidi poskusa.

Poskus št. 6: Odvisnost od razdalje od roba papirja

Podatki:

h=53,5cm
R=(0 cm, 13 cm)
Ravnilo: plastično
Preverjana razlaga: Masa, Trenje, Upor, Podtlak
Napoved: Vse razlage vodijo do iste napovedi, in sicer, da bo pri manjših razdaljah a izid padec, pri večjih pa odboj. Pri razlagi z maso to sledi iz dejstva, da del papirja, ki se ne dvigne od mize, s svojo maso ne povzroča navora. Trenje je pri majhnih razdaljah a večinoma le na eni strani in torej manjše, še posebej če se list na robu popolnoma dvigne. Če del lista ostane na mizi ta del tudi ne prispeva k površini, na katero deluje zračni upor. Manjša razdalja a pa pomeni tudi hitrejše izenačenje tlakov zaradi vdiranja zraka.

Pri A=(8 cm, 0 cm) torej blizu sredine papirja se je pri tej višini žogica odbila, pri A=(1 cm, 0 cm) pa je ravnilo padlo, torej lahko sklepamo, da je izid odvisen od razdalje do roba, vsaj v določenih primerih. Izid se seveda sklada z napovedjo, ker pa so za vse razlage napovedi enake, nam to ne poda potrebnih informaciji, da bi katero ovrgli.

Poskus št. 7: Odvisnost od površine

Podatki:

h=53,5cm
R=(0 cm, 13 cm)
A=(8 cm, 0 cm)
Ravnilo: plastično
Preverjana razlaga: Masa, Trenje, Upor, Podtlak
Napoved: Tokrat imamo dva možna izida, glede na to, katera razlaga je pravilna. Masa papirja enaka v vseh primerih, torej se izzidi, če predpostavimo da je tečišče na pribljižno enakem mestu, po tej razlagi ne bi smeli preveč razlikovati. Za ostale tri razlage je situacija podobna kot v prejšnjem poskusu in torej vse predvidijo padec pri manjših površinah in odboj pri večjih.

Površina papirja in pripombe	Izid
624cm^2 (A4)	odboj
približno 52cm^2, zmečkan v kroglo	padec
312cm^2, prepognjen	padec

Za zmečkan in prepognjen papir smo poskusili tako lego na koncu ravnila kot ob začetku, da smo potrdili da izid ni premočno odvisen od tega (vsaj v tem primeru). Sklepamo lahko torej da je pojav povezan s površino papirja. Čeprav se zdi logično, smo preverili tudi, da rezultat ni zgolj posledica tega, da ima prepognjen papir dve plasti, tako da smo poskus ponovili še z dvema plastema A4 papirja in dobili enak izid. Komentirati je treba tudi, da smo z zmanjšanjem površine zmanjšali tudi razdaljo a (ali pri obratni orientaciji dolžino ravnila ki je pod papirjem), kar tudi povzroči padec pri nižji višini z istimi ostalimi pogoji (glede na že izvedene poskuse 4 do 6). Rezlutati ovržejo razlago z maso, saj se ne skladajo z njeno napovedjo.

Poskus št. 8: Odvisnost od »togosti« lista

Podatki:

h=47cm
R=(0 cm, 13 cm)
A=(8 cm, 0 cm)
Ravnilo: plastično
Preverjana razlaga: Masa, Trenje, Upor, Podtlak
Napoved: Ponovno imamo dva možna izida. Masa kartona je večja od mase papirja, podobno pa tokrat velja tudi za razlago z zračnim uporom, saj je površina kartona enaka površini papirja, poleg tega pa se ta ne ukrivi, torej je zračni upor kvečjem večji, torej bi obe razlagi napovedali padec ravnila pri poskusu s papirjem, kjer bi poskus s kartonom povzročil odboj. V nasprotju pa zaradi vdiranja zraka in pomanjkanja trenja drugi dve razlagi nasprotno predvidita padec kartona in ne papirja.

Žogica se je od ravnila pri listu A4 papirja odbila, nato pa smo poskus ponovili še z listom kartona enakih dimenzij. Prvič smo tega položili na enak način kot list papirja, drugič pa smo ga prilepili na podlago le iz strani ki je usmerjena proti ravnilu, da smo ga prisili v rotacijo okoli te osi. Obojekrat smo opazili padec ravnila, pri obeh poskusih pa smo tudi merili tlak pod kartonom skozi luknjo v deski.

Izidi so ponovno v nasprotju z napovedjo razlage z maso, prav tako pa ovržejo tudi razlago z uporom. Teh dveh razlag ne bomo več vsakič posebej preverjali, vsaj ne na enak način, saj sta očitno napačni. Skladajo se z razlagama »Podtlak« in »Trenje«. Čeprav nismo izmerili podtlaka, je to lahko posledica njegove kratkotrajnosti v tem primeru.

Poskus št. 9: Meritve tlaka

Podatki:

R=(0 cm, 19 cm)
A=(8 cm, 0 cm)
Ravnilo: leseno
Preverjana razlaga: Podtlak
Napoved: Razlage napove, da bomo pri eksperimentu izmerili podtlak. Teorija predvidi tudi različne tlake pri različnih oddaljenostih merilca od ravnila in pri različni površini in stanju papirja, zaradi vdiranja zraka, vendar pa je lahko to zelo nepredvidljivo.

Sprva smo izvedli poskus za h=56cm, in sicer za lista formata A4 in A3. A3 papir je povročil odboj, medtem ko je pri istih pogojih A4 papir padel, kar je skladno s poskusom 7, nov podatek pa so grafi tlaka. Nato smo za A4 papir shranili še grafa tlaka pri h=63,8cm, kjer je ravnilo padlo, in h=33,5cm, kjer je bil izid odboj.

Med merjenjem smo opazili še nekaj dejavnikov, ki so vplivali na meritve in sicer razdaljo med luknjo za merjenje tlaka in ravnilom ter stanje papirja. Prvi je vplival na dobljene grafe tlaka, drugi pa na sam izid poskusa. Papir ki je bil že nekoliko nepravilne oblike zaradi udarcev ravnila pri veliko ponovitvih poskusa je namreč povzorčil padec ravnila tudi pri višinah, za katere smo pri novem listu papirja dobili odboj. Oba dejavnika smo za ta poskus izločili (ravnilo tik ob luknji in nov list papirja), kasneje natančneje raziskali.

Opazili smo še, da je bila razlika tlakov tudi pri drugačnem atmosferskem tlaku približno enaka, torej le ta ne vpliva v preveliki meri na izid poskusa. Na grafih je bil podtlak očiten, torej se izid sklada z napovedjo.

Graf prikazuje tipično meritev tlaka, kjer lahko jasno vidimo podtlak, ki nastane, ko ravnilo privzdigne papir. Zgornja meja kljub konstantnemu tlaku ni ravna ampak nazobčena zaradi napak, ki jih generira merilnik tlaka.

Poskus št. 10: Trenje in nagubanost

Podatki:

R=(0 cm, 13 cm)
A=(7 cm, 0 cm)
Ravnilo: leseno
Preverjana razlaga: Trenje, podtlak
Napoved: Razlaga s trenjem predvideva odboj gumi in peni ter pri istih pogojih padec na leseni, saj imata višji koeficient trenja. Če upoštevamo pa še nagubanost podlage, ki pomeni hitrejše vdiranje zraka, pa razlaga s podtlakom predvideva ravno obratno.

Ravno leseno podlago smo primerjali s podlagama iz gume in penastega materiala. Vse tri so imele različne tako koeficiente trenja kot tudi »nagubanost«, pri čemur smo sklepali da je koeficient višji od lesa za obe podlagi, prav tako pa sta obe bolj nagubani.

Pri poskusu je pri istih pogojih ravnilo najprej padlo na penasti podlagi pri h=40cm, nato pri h=70cm še na gumi, na leseni pa se je pri teh višinah žogica še vedno odbila. Tu smo imeli sicer dva dejavnika, zato smo v naslednjem poskusu opravili še nekaj meritev na isti podlagi, le z različnim gubanjem papirja. Izidi se sicer skladajo bolj z napovedjo razlage s podtlakom, torej da ima že pri zelo majhnih nepravilnostih papirja/podlage ta večji vpliv od trenja.

Poskus št. 11: Nagubanost papirja

Podatki:

R=(0 cm, 15 cm)
A=(7 cm, 0 cm)
Žogica: gumijasta
Ravnilo: leseno
Preverjana razlaga: Podtlak
Napoved: Pri nagubanem papirju bo zrak hitreje vdiral, kar bo vodilo do padca ravnila. Pri večjih razdaljah med prepogibi bo efekt še večji zaradi večjih odprtin. Težje je predvideti vpliv načina gubanja, a iz posnetkov lahko predvidevamo, da bo gubanje vzporedno y osi olajšalo dostop glavnini zraka, ki vstopa iz konca lista, kar pomeni da bo gubanje vzporedno x osi odbilo padce iz večje višine.

Preverili smo dva različna načina gubanja papirja, pri prvem smo gubali vzporedno z y osjo papirja, pri drugem pa vzporedno z x osjo. Nato smo iz izmerjenih višin spuščali žogico in beležili izide. Poskus smo izvedli še za različne razdalje med dvema prepogiboma papirja.

Način gubanja	Razdalja med dvema prepogiboma	Izid pri h=16cm	Izid pri h=47cm
prvi	2 cm	padec	padec
drugi	2 cm	odboj	padec
drugi	1 cm	odboj	odboj
drugi	5 cm	padec	padec

Opazili smo še, da je ravnilo dvignilo papir pri gubanju vzdolž y osi podobno kot karton v poskusu 8, pri gubanju vzdolž x osi pa je že začetni udarec ravnila povzročil situacijo bolj podobno nagubani podlagi, kot v poskusu 10. Vsi izidi se tako skladajo z razlago.

Poskus št. 12: Tlak na različnih razdaljah l

Podatki:

R=(0 cm, 15 cm)
A=(7 cm, 0 cm)
h=33.5cm
Žogica: golf
Ravnilo: leseno
Oddaljenosti od izhodišča do mesta merjenja tlaka dodelimo oznako »l«.
Preverjana razlaga: Podtlak
Napoved: Razlaga predvideva, da je razlika tlaka najvišja pri največji razdalji l, kar tudi lahko razložimo z opazovanjem ravnila na posnetku, saj se konec ravnila seveda dvigne najvišje in s tem povzroči največjo prostornino pod seboj, če predpostavimo, da naš merilni inštrument lahko izmeri ta podtlak predenj se le ta zmanjša zaradi vdiranja zunanjega zraka in prerazporejanja zraka pod listom.

Do sedaj smo merili tlak na l=18.5cm, v tem poskusu pa bomo iste meritve ponovili še za dve drugi razdalji l. Da že izvrtane luknje ne bi vplivale na izid smo novi luknji izvrtali ob drugačni orientaciji deske, tako da papir pri meritvi pokriva vedno le tisto, skozi katero merimo tlak, drugih dveh pa ne. Pri meritvah tega poskusa smo ravnilo nastavili vedno tako, da je ležalo horizontalno tik ob luknji. Izidi se skladajo z napovedjo, a so razlike tlakov na vseh razdaljah med seboj primerljive.

Spodaj sta grafa, ki prikazujeta tlak v odvisnosti d časa, vsak na svoji razdalji. Pri prvem grafu smo tlak merili pri manjšem l, drugi graf pa je bil izmerjen pri večjem l.

Poskus št. 13: Tlak na različnih horizontalnih oddaljenostih merilca tlaka od ravnila

Podatki:

R=(0 cm, 15 cm)
A=(7 cm, 0 cm)
h=33.5cm
Žogica: golf
Ravnilo: leseno
Preverjana razlaga: Podtlak
Napoved: Glede na posnetek, teorijo in prejšnji poskus, napovedujemo, da bo razlika pri večji horizontalni oddaljenosti nekoliko manjša, saj se papir tam dvigne manj kot neposredno pri ravnilu.

Kot dopolnilo prejšnjega poskusa smo tokrat vse meritve izvedli na l=11 cm, a smo postavili ravnilo tako, da je bilo za določeno razdaljo horizantalno oddaljeno od merilca tlaka. Dobili smo grafe spreminjanja tlaka torej poleg tik zraven še za oddaljenosti za en in dva centimetra. Razlika tlakov je z oddaljenostjo hitro padla, kar se sklada z napovedjo.

Spodaj sta grafa, ki prikazujeta tlak v odvisnosti d časa, vsak na svoji razdalji. Pri prvem grafu smo tlak merili bližje ravnilu, drugi graf pa je bil izmerjen pri večji razdalji od ravnila.

Poskus št. 14: Luknje v podlagi

Podatki:

r=15cm
a=7cm
h=33.5cm
Žogica: golf
Ravnilo: leseno
Preverjana razlaga: Podtlak
Napoved: Po naši razlagi lahko v tem primeru zrak vdira pod list papirja skozi luknje in povzroči hitro izenačenje tlaka. Napoved izida je torej, da bo tlačna razlika z vse več luknjami vse manjša, ravnilo pa bo padlo že pri majhnih sunkih navora.

Za konec smo izvedli meritve tlaka še ob vrtanju lukenj v podlago. Začeli smo z l=2cm (torej merjenje tlaka tik ob robu) in z vrtanjem dveh lukenj (ene na vsaki strani ravnila) na oddaljenosti od roba dveh centimetrov. Po merjenju tlaka smo na enak način izvrtali dodatni dve na oddaljenosti 9 centimetrov in nato še dve na oddaljenosti 13 centimetov od roba.

Nato smo nastavili pripravo za razdaljo l=11cm, torej za merjenje tlaka proti sredini, in izvedli meritve za dve luknji na razdalji 24cm od roba ter nato dodali še dve na razdalji 28 centimetrov. Za tem smo dodajali še večje število lukenj in zabeležili srpeminjanje tlaka za 12, 19 in na koncu še za 24 lukenj. Tlačne razlike so bile res vse manjše.

Tudi kvalitativno smo opazili da je pri večjem številu lukenj ravnilo padlo »lažje«, torej v krajšem času in po izgledu bolj podobno kot pade ravnilo, ki ni pokrito s papirjem, v situaciji iz opisa naloge. Izid se je torej popolnoma skladal z napovedjo.

Poglejmo si še počasna videoposnetka poskusa: prvi je brez lukenj, drugi pa z luknjami.

Povzetek in negotovosti

Povzetek

Iz opazovanj je torej smiselno zaključiti, da je glavni razlog za odboj žogice od ravnila v primeru, ki nam je bil podan v nalogi, podlak, ki nastane pod papirjem. Iz izidov smo razločili, da je vpliv mase, zračnega upora in trenja je bistveno manjši od vpliva podtlaka, ki je najpomembnejši dejavnik. Izid je torej, če povzamemo, odvisen predvsem od vdiranja zunanjega zraka v prostor pod papirjem, ki nastane ob dvigu ravnila.

Negotovosti

Višina – do nekaterih napak pri višini je prišlo, saj nismo imeli najbolj natančnega inštrumenta, da bi žogico spuščali iz vsakič enake višine. Zdi se nam da smo kljub temu višino kar dobro ohranjali konstantno.
Oddaljenost od roba mize – tu je do napak prišlo bolj malo, saj smo ravnila lahko vedno postavili na isto točko na mizi.
Oddaljenost od roba lista – ta del je bilo malo težje nadzorovati saj smo morali vedno pomeriti oddaljenost ravnila od roba lista in je lahko prišlo do premika lista, kar je malo spremenilo rezultat našega poskusa.
Masa – cel eksperiment je bila za ravnil in žogic enaka.
Hitrost poskusa – prišli smo do spoznanja, da je bil to člen poskusa, pri katerem je prišlo do največjih napak. To pa zato, ker se dogodek zgodi tako hitro, da smo imeli probleme z LoggerPro, ki nam zaradi tega ni dovolj dobro zaznal spremembe v tlaku.
Zmečkanost papirja – poleg hitrosti še en dejavnik, ki je privedel do nekaj komplikacij. Pri nekaterih poskusih je zaradi deformacije lista prišlo do padanja ravnila, kjer ne bi smelo. Temu bi se bilo možno izogniti, če bi za vsak met žogice zamenjali list, vendar nam je bilo škoda uporabiti toliko papirja samo za poskus.

Zaključek

Da povzamemo ta naš triki trk, poleg dokaj očitnih razlogov zakaj ravnilo ne pade kot so: višina iz katere spustimo žogico, oddaljenost ravnila od roba mize, masa žogice …

Ugotovili smo tudi, da je najbolj pomembna stvar pri poskusu, da pod listom pride do spremembe v tlaku, kar privede do efekta triki trka. Za to spremembo tlaka je zelo pomembna nagubanost podlage in material, iz katerega je list. Za konec bi še radi pripomnili, da nam je bilo v užitek delati na tem poskusu, saj se nam je zdel zanimiv in poučen.