Ακριβής χρονομέτρηση κυλίνδρου που κυλίεται σε κεκλιμένο επίπεδο.

Το κεκλιμένο επίπεδο είναι διπλό: στο κάτω μέρος του υπάρχουν τρία μπουτόν στη ίδια ευθεία και στο πάνω μέρος του δυο παράλληλες πτέρυγες που πάνω τους κυλίεται ο κύλινδρος. Κυλιόμενος ο κύλινδρος πατάει τα τρία μπουτόν διαδοχικά. Οι διακόπτες είναι καλωδιωμένοι και καταλήγουν σε τρεις μπανάνες. Αυτές συνδέονται σε κατάλληλα χρονόμετρα και, μετά την κύλιση, τα χρονόμετρα δείχνουν τον χρόνο που πατήθηκε το δεύτερο μπουτόν ενώ, με το πάτημα ενός πλήκτρου του χρονομέτρου, δείχνουν το χρόνο που πατήθηκε το τρίτο μπουτόν. Ο χρόνος ξεκινά με το πάτημα του πρώτου μπουτόν. Για τον υπολογισμό της επιτάχυνσης του κυλίνδρου, εφαρμόζεται ένας τύπος που χρησιμοποιεί αυτούς τους δυο χρόνους και τις συντεταγμένες του δεύτερου και τρίτου μπουτόν. Το πρώτο μπουτόν έχει συντεταγμένη μηδέν.

Στο πείραμα εξετάζουμε αν η σχέση μεταξύ της επιτάχυνσης και του ημιτόνου της γωνίας φ του επιπέδου είναι γραμμική.

Επιβεβαίωση Νόμου χωρίς γραφική παράσταση: ο Νόμος του εκκρεμούς.

Τη σημασία των γραφικών παραστάσεων την έχουμε μάθει από τις σπουδές μας. Και προσπαθούμε να τη διδάξουμε στους μαθητές μας γιατί είναι ο καλύτερος, αλλά όχι ο μοναδικός, τρόπος να επαληθεύσουμε ένα φυσικό Νόμο. Όμως η διαδικασία δημιουργίας μιας γραφικής παράστασης είναι επίπονη και χρονοβόρα. Υπάρχει, άραγε, κάποια άλλη μέθοδος, λιγότερο επίπονη και χρονοβόρα αλλά περίπου το ίδιο αποτελεσματική; Στο πείραμα επαλήθευσης του Νόμου "μήκους εκκρεμούς-περιόδου", χρησιμοποιώντας φωτοπύλη, αναδεικνύω μια μέθοδο με την οποία μπορώ να επαληθεύσω τη σχέση μεταξύ αυτών των ποσοτήτων και να προσδιορίσω το g χωρίς τη χρήση γραφικής παράστασης.

Η μέτρηση του pH με τον μικροελεγκτή Arduino.

Ο αισθητήρας SEN0169 V2 τροφοδοτείται με 5 V από τον Arduino και δίνει στην έξοδό του μια τάση που είναι γραμμική συνάρτηση του pH του διαλύματος στο οποίο είναι εμβαπτισμένος. Δείχνουμε πως γίνεται η βαθμονόμηση που συνίσταται στον προσδιορισμό των συντελεστών της γαμμικής συνάρτησης. Στη συνέχεια μετράμε το pH νερού από τη βρύση. Μετράμε εκ νέου το pH αφού ρίξουμε μερικές σταγόνες HCl. Συνεχίζουμε τις μετρήσεις αφού ρίξουμε μικρή πόσότητα αραιού διαλύματος NaOH.

Η ισχύς τροφοδοσίας ενός LED και η λαμπρότητα είναι ανάλογα μεγέθη;

Το πείραμα δίνει απάντηση σε δυο προβλήματα: ποια είναι η σχέση της έντασης ακτινοβολίας ενός LED με την απόσταση και ποια η σχέση της λαμπρότητας ενός LED με την ισχύ τροφοδοσίας του. Το LED του πειράματος προέρχεται από μια λάμπα φωτισμού και η ένταση του φωτός είναι ανάλογη της έντασης του ρεύματος μιας φωτοδιόδου στο σημείο παρατήρησης. Και τα δυο είναι στερεωμένα σε μια ράβδο που φέρνει λεπτές χαραγές ανά 20 χιλ. Μετακινώντας τη φωτοδίοδο κάνουμε τη γραφική παράσταση της έντασης του ρεύματος της φωτοδιόδου ως προς το αντίστροφο τετράγωνο της απόστασης από το LED και σε κάθε απόσταση παίρνουμε δυο μετρήσεις για χαμηλή και υψηλή ισχύ τροφοδοσίας αντίστοιχα. Συγκρίνουμε τις κλήσεις των δυο ευθειών που είναι ανάλογες της λαμπρότητας. Αν και εκτός σχολικής ύλης το πείραμα, έχει ενδιαφέρον.

Χρονομέτρηση κίνησης με διακόπτες αντί φωτοπυλών.

Δεν χρησιμοποιούνται φωτοπύλες για τη χρονομέτρηση αλλά, αντί αυτών, η κύλιση του κυλίνδρου ενεργοποιεί τρεις διακόπτες καθώς περνά από πάνω τους. Οι τρεις διακόπτες συνδέονται κατάλληλα με ένα αυτόματο χρονόμετρο της Unilab το οποίο, μετά την κύλιση, δίνει δυο χρόνους: τον χρόνο ενεργοποίησης του δεύτερου διακόπτη και αυτό του τρίτου, θεωρώντας ότι ο χρόνος ξεκινάει με την ενεργοποίηση του πρώτου διακόπτη. Αντικαθιστώντας αυτούς τους χρόνους σε κατάλληλες εξισώσεις, προκύπτει η επιτάχυνση του κυλίνδρου.

Ανίχνευση διοξειδίου του άνθρακα στην καύση κεριού.

Μέσα στο βάζο τοποθετούμε ένα αναμμένο κερί. Στο καπάκι του βάζου δυο σωλήνες σιλικόνης φέρνουν καθαρό αέρα από μια αντλία ενυδρείου και άλλοι δυο σωλήνες μεταφέρουν τον αέρα που περιέχει τα προιόντα της καύσεως σε ένα δοχείο που περιέχει διάλυμα NaOH με δείκτη φαινολοφθαλείνης. Ο δείκτης χρωματίζει κόκκινο το διάλυμα, αλλά, καθώς περνάει από μέσα αέρας εμπλουτισμένος σε διοξείδιο του άνθρακα, το διάλυμα, πολύ σύντομα, αποχρωματίζεται.

Το εκκρεμές και η φωτοπύλη

Το πείραμα του εκκρεμούς γίνεται απλούστερο, γρηγορότερο και ακριβέστερο, όταν γίνεται με τη βοήθεια μιας φωτοπύλης. Για να διευκολύνουμε το πείραμα, προσθέσαμε ένα καπάκι από γάλα ώστε το νήμα να περνάει μέσα από το καπάκι. Ένας πιαστήρας κρατάει το καπάκι σε σταθερή θέση. Το πλεονέκτημα που έχει αυτό το σύστημα είναι ότι το μήκος του εκκρεμούς αλλάζει εύκολα και χωρίς να μετακινείται το βαρίδι από τη θέση του που είναι ανάμεσα στον πομπό και τον δέκτη της φωτοπύλης. Μετακινώντας το καπάκι πάνω-κάτω, αλλάζει το μήκος.

Μόνο δυο πλήρεις ταλαντώσεις κάνει το εκκρεμές για να προσδιοριστεί η περίοδός του, και προσδιορίζεται με ακρίβεια 0,001 s γιατί συνδέεται σε ένα πολύ ακριβές χρονόμετρο. Έτσι, η μικρή αύξηση της περιόδου σε ταλαντώσεις που έχουν λίγο μεγαλύτερο πλάτος από αυτό των 5 ή 10 μοιρών, που χρησιμοποιούμε συνήθως, μπορεί να γίνει αισθητή.