Πειράματα Φυσικής Γ΄ Γυμνασίου
Υπεύθυνος Καθηγητής: Νικόλαος Σιακαβέλλας
1η Ενότητα: «Το ταξίδι του ήχου»
«Αυτοσχέδιο τηλέφωνο»
Ο ήχος διαδίδεται πιο γρήγορα στα στερεά και συνεπώς πιο δυνατά και καθαρά σε σχέση με τα υγρά και τα αέρια.
«Ο κώδων κενού»
Ο ήχος χρειάζεται ένα ελαστικό μέσο για να διαδοθεί. Συνεπώς δε διαδίδεται στο κενό.
«Παλμογράφος»
Διάκριση ήχων διαφορετικού ύψους και διαφορετικής ακουστότητας, μέσω Η/Υ.
Συνεργάστηκαν οι μαθητές: Παγώνης Γιώργος, Παπάδης Ανδρέας, Τσαγκάρης Μηνάς
Ήχος
Ο ήχος είναι ένα διαμήκες μηχανικό κύμα, το οποίο παράγεται από μία ηχητική πηγή. Τα ηχητικά κύματα διαδίδονται σε όλα τα μέσα: στερεά, υγρά και αέρια.
Ο ήχος δε διαδίδεται στο κενό, διότι το κενό δεν έχει μόρια ώστε να μεταφέρουν τη μηχανική ενέργεια του ηχητικού κύματος. Στο συμπέρασμα αυτό καταλήγουν οι μαθητές, με το πείραμα «ο κώδων κενού». Ο ήχος του κουδουνιού ακούγεται καθώς διαδίδεται στον αέρα, αλλά δεν ακούγεται στο κενό.
Η ταχύτητα του ήχου είναι μεγαλύτερη στα στερεά απ’ ότι στα υγρά και στα αέρια. Ο ήχος χρειάζεται ένα ελαστικό μέσο για να διαδοθεί. Στο συμπέρασμα αυτό καταλήγουν οι μαθητές με το πείραμα «αυτοσχέδιο τηλέφωνο». Όταν το νήμα είναι χαλαρό, δε μεταφέρεται η φωνή μας από τη μία άκρη του νήματος στην άλλη. Αντίθετα αν το τεντώσουμε , τότε αποκτά ελαστικότητα και ακούμε πολύ καθαρά και δυνατά τη φωνή αυτού που μας μιλάει από την άλλη άκρη του νήματος .
Χαρακτηριστικά του ήχου
- Ύψος
Το ύψος του ήχου καθορίζει πόσο οξύς είναι ένας ήχος σε σχέση με έναν άλλο βαρύ ήχο. Όσο μεγαλύτερη η συχνότητα του ήχου, τόσο πιο οξύς είναι ο ήχος. Ο άνθρωπος ακούει ήχους με συχνότητες μεγαλύτερες από 16Hz και μικρότερες από 20.000Hz. Όταν η συχνότητα είναι μικρότερη από 16Hz, τότε ο ήχος ονομάζεται υπόηχος. Όταν είναι μεγαλύτερη από 20.000Hz, τότε ο ήχος ονομάζεται υπέρηχος.
- Ακουστότητα
Εκφράζει την ένταση του ήχου. Ένας ήχος μεγάλης έντασης έχει μεγαλύτερη ακουστότητα από έναν ήχο μικρότερης έντασης. Για τη μέτρηση της έντασης του ήχου χρησιμοποιούμε την κλίμακα ντεσιμπέλ (db). Ένας ψίθυρος έχει ένταση 1db, ενώ η απογείωση ενός αεροσκάφους 120db. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά του ήχου μελετούν οι μαθητές μέσω Η/Υ με το πείραμα «παλμογράφος».
2η Ενότητα: «Φως και χρώματα»
«Το φωτεινό CD»
Η ανάλυση του λευκού φωτός στα επιμέρους χρώματά του σύμφωνα με το φαινόμενο της διάθλασης.
«Ο δίσκος του Νεύτωνα»
Σύνθεση χρωμάτων (κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, ιώδες) και δημιουργία του λευκού φωτός.
Συνεργάστηκαν οι μαθητές: Ζαχαρόπουλος Ηλίας, Κρητικάκης Αλέξανδρος Νεοφύτου, Στέλιος, Οικονομάκης Εφραίμ
Φως
Διάθλαση ονομάζεται η αλλαγή της πορείας του φωτός, όταν περάσει από ένα διαφανές μέσο σε ένα άλλο. Η διάθλαση οφείλεται στη διαφορετική ταχύτητα με την οποία κινείται το φως στα δύο μέσα.
Ανάλυση του φωτός
Το 1662 ο Νεύτωνας, σε ηλικία 20 ετών, έδωσε απάντηση στο ερώτημα «τι θα συμβεί όταν μία δέσμη λευκού φωτός πέσει επάνω σε ένα πρίσμα;»
Στο ίδιο ερώτημα δίνουν απάντηση οι μαθητές με το πείραμα «το φωτεινό CD». Τοποθετούμε ένα αναμμένο κερί στο κέντρο του CD, παρατηρούμε από πάνω του σε απόσταση 15cmκαι βλέπουμε ένα υπέροχο «ουράνιο τόξο». Το CDείναι κατασκευασμένο από ένα ειδικό πλαστικό υλικό, που λειτουργεί σαν πρίσμα. Όταν το λευκό φως του κεριού πέσει επάνω στο CD, τότε το φως διαθλάται και αναλύεται στα επιμέρους χρώματά του δίνοντας μια έγχρωμη ταινία (το φάσμα του λευκού φωτός.)
Το ουράνιο τόξο
Το ουράνιο τόξο είναι το αποτέλεσμα της ανάλυσης του ηλιακού φωτός, όταν πέσει επάνω σε σταγονίδια βροχής. Κάθε σταγόνα παίζει το ρόλο μικροσκοπικού πρίσματος. Καθώς το λευκό φως εισέρχεται στη σταγόνα, αρχικά υφίσταται διάθλαση, κατόπιν στο εσωτερικό της σταγόνας υφίσταται ολική ανάκλαση και τελικά εξέρχεται από τη σταγόνα παθαίνοντας μια δεύτερη διάθλαση. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι ο διαχωρισμός του λευκού φωτός στα επιμέρους χρώματά του.
Κάνουμε και το αντίθετο, όπως και ο ίδιος ο Νεύτωνας έκανε. Το πείραμα ονομάζεται «ο δίσκος του Νεύτωνα». Παίρνουμε ένα λευκό χαρτόνι, το κόβουμε κυκλικά, το βάφουμε με όλα τα προηγούμενα χρώματα (κόκκινο, κίτρινο, πορτοκαλί, πράσινο, μπλε και ιώδες) και το περιστρέφουμε περί το κέντρο του. Έτσι γίνεται η σύνθεση των χρωμάτων και παρατηρούμε πως ξαναδημιουργείται το λευκό φως.
3η ενότητα: «Η ατμόσφαιρα είναι … ηλεκτρισμένη»
«Το μπαλάκι που χορεύει»
Εκκρεμές με πλαστικό μπαλάκι που ταλαντώνεται μεταξύ των ακροδεκτών της ηλεκτροστατικής γεννήτριας Wimshurst.
«Το ηλεκτρισμένο μπαλόνι (Α)»
Φόρτιση μέσω τριβής στο μπαλόνι (αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο) και μέσω επαγωγής στο κυλινδρικό τενεκεδάκι, με αποτέλεσμα να κυλάει χωρίς να το ακουμπάμε.
«Το ηλεκτρισμένο μπαλόνι (Β)»
Εκτροπή της ευθύγραμμης πορείας του νερού, όταν πλησιάσουμε ένα αρνητικά φορτισμένο μπαλόνι.
Συνεργάστηκαν οι μαθητές: Ανδρουλάκης Μίνωας, Σουβατζόγλου Χαράλαμπος, Ταλιαντζής Μιχάλης, Τραυλός Χριστόφορος
Γνωριμία με την ηλεκτρική δύναμη
Τον 6ο αι. π.Χ. ο Έλληνας φιλόσοφος Θαλής ο Μιλήσιος διαπίστωσε πως το ήλεκτρο (κεχριμπάρι), όταν τριβόταν με μάλλινο ύφασμα αποκτούσε μια παράξενη ιδιότητα να έλκει μικρά αντικείμενα, όπως τρίχες, μικρά φτερά, πούπουλα, κλωστές, κλπ. Τα φαινόμενα αυτά, επειδή είχαν ως αιτία εμφάνισής τους το ήλεκτρο, ονομάσθηκαν ηλεκτρικά κι έτσι γεννήθηκε ο κλάδος της Φυσικής ο ηλεκτρισμός. Βέβαια, με την πάροδο των χρόνων, διαπιστώθηκε πως η ίδια ιδιότητα εκδηλώνεται και σε άλλα σώματα, όπως το πλαστικό, το γυαλί, το καουτσούκ, κλπ. Οι δυνάμεις που εμφανίζονται μεταξύ ηλεκτρισμένων σωμάτων μπορεί να είναι είτε ελκτικές είτε απωστικές.
Οι ακροδέκτες της ηλεκτροστατικής μηχανής Wimshurst αποκτούν μέσω τριβής αντίθετα ηλεκτρικά φορτία, τόσα πολλά, που λόγω της ισχυρότατης έλξης ξεσπά ηλεκτρικός σπινθήρας – κεραυνός (ή αλλιώς ηλεκτρική εκκένωση). Την ηλεκτροστατική μηχανή Wimshurst χρησιμοποιούν οι μαθητές στο πείραμα: «Το μπαλάκι που χορεύει».
Ένα εκκρεμές που στην άκρη του δένουμε ένα πλαστικό μπαλάκι, το οποίο αφήνουμε μεταξύ των ακροδεκτών της ηλεκτροστατικής μηχανής Wimshurst. Το μπαλάκι φορτίζεται μέσω επαφής με τον έναν ακροδέκτη αποκτώντας το ίδιο φορτίο με αυτόν, ενώ ταυτόχρονα απωθείται και πηγαίνει στον άλλο ακροδέκτη, όπου φορτίζεται και πάλι μέσω επαφής αλλά τώρα με αντίθετο φορτίο. Αυτό συνεχίζεται επ΄αόριστον και το μπαλάκι πλέον ταλαντώνεται μεταξύ των ακροδεκτών, λόγω των διαδοχικών έλξεων και απώσεων. Τα ομώνυμα φορτία απωθούνται, ενώ τα ετερώνυμα φορτία έλκονται.
Ηλέκτριση με τριβή
Αν τρίψουμε μία πλαστική ράβδο (π.χ το στυλό μας) με μάλλινο ύφασμα, τότε η ράβδος αποκτά αρνητικό φορτίο, ενώ το ύφασμα θετικό. Αυτό σημαίνει πως από το ύφασμα φεύγουν ηλεκτρόνια και πηγαίνουν στη ράβδο.
Ηλέκτριση με επαγωγή Δηλ. ηλέκτριση από απόσταση.
Στα παραπάνω συμπεράσματα καταλήγουν οι μαθητές με τα πειράματα «το ηλεκτρισμένο μπαλόνι (Α) και (Β)». Το μπαλόνι μέσω τριβής αποκτά αρνητικό φορτίο και μέσω επαγωγής καταφέρνει να κινήσει ένα κυλινδρικό κουτάκι. Εντυπωσιακό επίσης και το πείραμα (Β), όπου το ηλεκτρισμένο πλαστικό μπαλόνι καταφέρνει να εκτρέψει την ευθύγραμμη πορεία του νερού και πάλι μέσω της φόρτισης από επαγωγή. Το φαινόμενο είναι πολύ πιο εντυπωσιακό αν πλησιάσουμε στη ροή του νερού την ηλεκτροστατική γεννήτρια Wimshurst.