Στο βίντεο που παρουσιάζεται στη συνέχεια φαίνονται τέσσερα μικρά πειράματα τα οποία μπορούν να είναι χρήσιμα στην διδασκαλία της ελεύθερης πτώσης. Για την πραγματοποίηση των πειραμάτων χρειάστηκε γυάλινος κώδωνας κενού, που υπάρχει στα παλιά εργαστήρια, και αντλία κενού. Την αντλία που χρησιμοποιήσαμε την δανειστήκαμε από το ΕΠΑΛ Λευκάδας, αλλά απαιτήθηκε και η δημιουργία κάποιων κατασκευών και μηχανισμών.
Α. Μηχανισμός ταυτόχρονης απελευθέρωσης αντικειμένων.
Στην αρχή παρουσιάζεται ένας αυτοσχέδιος μηχανισμός ο οποίος δίνει τη δυνατότητα ταυτόχρονης απελευθέρωσης δύο αντικειμένων. Αποτελείται από:
- έναν ηλεκτρομαγνήτη ο οποίος κατασκευάστηκε από ένα κομμάτι χονδρού σιδερένιου καρφιού, το οποίο αποτελεί τον πυρήνα, πάνω στο οποίο έχουν τυλιχτεί πολλές σπείρες μονωμένου χάλκινου σύρματος.
- Ένα κομμάτι λαμαρίνας πλάτους 3cm και πάχους 1 mm ώστε να παρουσιάζει αρκετά μεγάλη ακαμψία αλλά να μπορεί να διαμορφωθεί σχετικά εύκολα με τη χρήση συνηθισμένων εργαλείων. Το κομμάτι αυτό έχει μήκος περίπου 15 cm και έχει διαμορφωθεί σε σχήμα Π.
- Δύο κομματάκια λαμαρίνας πάχους 0,4 mm από τα οποία κατασκευάστηκαν τα κινούμενα ελάσματα που τοποθετήθηκαν εκατέρωθεν του ηλεκτρομαγνήτη και τα οποία απελευθερώνουν τα αντικείμενα. Σε κάθε έλασμα έχει κολληθεί ένα μικρό κομμάτι από το σιδερένιο καρφί που φτιάχτηκε και ο πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη.
- Δύο κομματάκια λάστιχο τα οποία συγκρατούν τα ελάσματα σε επαφή με τα σταθερά πλαϊνά τμήματα της χονδρής λαμαρίνας σχήματος Π.
- Μικρή βίδα με κατάλληλο παξιμάδι.
- Πριτσίνια
- Δεματικά
Τα άκρα του σύρματος του ηλεκτρομαγνήτη έχουν συνδεθεί με καλώδια ώστε να μπορεί να συνδεθεί σε ηλεκτρικό κύκλωμα. Μια τάση τροφοδοσίας περίπου 10V (για τον συγκεκριμένο ηλεκτρομαγνήτη) είναι αρκετή ώστε με το κλείσιμο του διακόπτη τα ελάσματα να έλκονται σχεδόν ακαριαία και ταυτόχρονα και να ελευθερώνουν τα αντικείμενα.
Β. Βάση του κώδωνα κενού
Δοκιμάστηκαν διάφοροι τρόποι κατασκευής βάσης για τον κώδωνα κενού. Η βάση που φαίνεται στο βίντεο κατασκευάστηκε από ένα κομμάτι κόντρα πλακέ στο οποίο αρχικά έγινε μια μικρή τρύπα, από την οποία πέρασαν λεπτά καλώδια (από πλεξούδα καλωδίων χαλασμένου τροφοδοτικού υπολογιστή), ώστε να μπορούμε να τροφοδοτήσουμε τον μηχανισμό απελευθέρωσης αν τον τοποθετήσουμε στο κενό. Για το αεροστεγές κλείσιμο της τρύπας χρησιμοποιήθηκε εύκαμπτη ισχυρή κόλλα σιλικόνης. Ποσότητα από την ίδια σιλικόνη απλώθηκε κυκλικά στο ξύλο σε διάμετρο ίση με τη διάμετρο του κώδωνα. Όσο ήταν ακόμα ρευστή τοποθετήθηκε από πάνω λεπτή ζελατίνη και πάνω από αυτήν ο γυάλινος κώδωνας τον οποίο πιέσαμε ελαφρά ώστε να δημιουργηθεί στη σιλικόνη το ακριβές αποτύπωμά του. Μετά την στερεοποίηση της σιλικόνης αφαιρέσαμε την ζελατίνη. Η επάλειψη της βάσης του κώδωνα με ένα λεπτό στρώμα βαζελίνης πριν την τοποθέτησή του έχει πολύ καλύτερα αποτελέσματα αφού κλείνουν έτσι και τυχόν μικροί πόροι από τους οποίους μπορεί να περνά αέρας.
Εκτός από τη βάση χρειάστηκε να κατασκευαστεί και ένα μεταλλικό κυκλικό καπάκι με μια μικρή τρύπα στο κέντρο το οποίο τοποθετήθηκε στο πάνω άνοιγμα του κώδωνα, αφού αυτό ήταν αρκετά μεγάλο για τη λαστιχένια απόληξη του σωλήνα αναρρόφησης του αέρα. Κατασκευάστηκε στον τόρνο του εργαστηρίου μηχανολογίας του ΕΠΑΛ Λευκάδας από μαθητές της Γ Λυκείου με τη βοήθεια και την καθοδήγηση του συναδέλφου μηχανολόγου κ. Ηλία Βλάχου.
Γ. Τα πειράματα
Στο βίντεο φαίνονται τέσσερα βιντεοσκοπημένα πειράματα τα οποία ελπίζουμε να βοηθήσουν τους συναδέλφους στη διδασκαλία τους για την ελεύθερη πτώση, αν τα εντάξουν κατάλληλα στο διδακτικό σενάριο που θα επιλέξουν.
Σε κάθε ένα από τα πειράματα που φαίνονται στο βίντεο δυο αντικείμενα αφήνονται να πέσουν ταυτόχρονα και βιντεοσκοπούνται σε αργή κίνηση (1:32). Τα τρία πρώτα πειράματα γίνονται στο γνώριμο περιβάλλον παρουσία του ατμοσφαιρικού αέρα, ενώ το τέταρτο στο κενό.
Προτείνεται, για καλύτερη αξιοποίηση, η τμηματική προβολή των πειραμάτων, όπου ενδιάμεσα θα τίθενται τα κατάλληλα ερωτήματα και προβληματισμοί, θα ζητούνται προβλέψεις, θα γίνεται συζήτηση και σχολιασμός των αποτελεσμάτων, με σκοπό την πληρέστερη κατανόηση του φαινομένου από τους μαθητές. Το πείραμα στο κενό πιστεύουμε ότι είναι καθοριστικό στην εμπέδωση του ορισμού της ελεύθερης πτώσης και στην κατανόηση του ρόλου του ατμοσφαιρικού αέρα, αναδεικνύοντας με σαφήνεια σε ποιες περιπτώσεις είναι σημαντικός και σε ποιες όχι.
Δείτε το βίντεο…