การทดลองเรื่อง กฎกการอนุรักษ์พลังงานกล

การทดลอง เรื่อง กฎการอนุรักษ์พลังงานกล

จุดประสงค์การเรียนรู้

1) ทดลองและอธิบายเกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์พลังงานได้

ทฤษฎีเกี่ยวกับการทดลอง

ส่วนนี้เราจะกล่าวถึงกฎการอนุรักษ์พลังงาน (Law of conservation of energy) กันครับซึ่งถูกกล่าวไว้ว่า "พลังงานรวมของระบบจะไม่สูญหาย แต่เปลี่ยนจากพลังงานหนึ่งไปเป็นอีกพลังงานหนึ่ง" โดยในกรณีที่เราจะศึกษากันจะเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของรถทดลองลงมาจากที่สูงครับ ซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

(1)

แต่ว่าในกรณีที่เราออกแบบการทดลองขึ้นมา ซึ่งได้แรงบันดาลใจจากการทำโจทย์ทางฟิสิกส์นั่นแหล่ะครับ

(ที่มา: http://fieldtrip.ipst.ac.th/backend/images/resources/siampark/content_pic/11-6.png)

กรณีนี้ เราจะควบคุมให้รถที่แล่นลงมาจากที่สูงเคลื่อนที่เริ่มจากหยุดนิ่งและกำหนดให้พื้นอยู่ในระดับเดียวกับระดับอ้างอิงของเราซึ่งทำให้สมการที่ (1) สามารถเขียนใหม่ได้เป็น

(2)

(3)

จากสมการที่ 3 ผมจะออกแบบการทดลองนี้ด้วยการกำหนดให้ ตัวแปรต้นคือ ความสูง (h) และตัวแปรตามคือ ความเร็ว (v) นอกจากนั้นตัวแปรควบคุมที่เราควบคุมไว้คือ มวล (m) ครับ

ขั้นตอนการทดลอง

ภาพโครงสร้างหลักของการทดลอง

1. วัดมวล (m) แล้วบันทึก

2. โครงสร้างหลักของการทดลองต้องทำให้มีแรงเสียดทานน้อยมากๆ และปล่อยรถทดลองลงมาในที่ที่มีความสูง ดังนี้ 120cm, 110cm, 100cm, 90cm ตามลำดับ (เพื่อความละเอียด อาจมากกว่านี้ก็ได้นะครับ) และวัดค่าความเร็วของรถที่อยู่ด้านล่างจากโฟร์โตเกจและบันทึกค่าตามลำดับเช่นกัน

3. คำนวณค่า h เป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วงของรถและคำนวณค่า v เป็นพลังงานจลน์ของรถเช่นกัน

4. นำค่าพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานงานจลน์ของรถมาพล๊อตกราฟ โดยกำหนดให้แกนนอนคือ พลังงานศักย์และแกนตั้งคือพลังงานจลน์ และคำนวณค่าความชันของกราฟออกมาแล้วนำมาคำนวณหาเปอร์เซ็นความคลาดเคลื่อนครับ

5. อภิปรายค่าความคลาดเคลื่อนของความชัน

หมายเหตุ 1. ความคลาดเคลื่อนอาจเกิดจาก จังหวะการปล่อยรถทดลองไม่นิ่งพอ พื้นไม่ลื่นพอและในส่วนโค้งของโครงสร้างการทดลองไม่มีความ โครงเพียงพอครับหรืออื่นๆ (ตามความคิดของผมนะ)

2. สิ่งที่อยากให้ผู้ที่ทำการทดลองได้รับคือ ความคิดรวบยอด (Concept) เรื่อง กฎการอนุรักษ์

[ปราโมทย์ รังศรี]

#ขอแก้ไขนะครับ

การทดลองนี้อาจมีลักษณะอุดมคติไปหน่อยและมีจุดผิดหลักอยู่ 2 จุด คือ

1. วิเคราะห์ผลการทดลองยากครับ เพราะ ไม่รู้ว่าจริงๆแล้ว ตัวแปรต้น ตัวแปรตาม คืออะไรกันแน่

2. สำหรับพลังงานศักย์นั้น จุดอ้างอิที่แท้จริงอยู่ที่จุดศูนย์กลางโลกลึกลงไปประมาณ 4600 km ดังนั้น ถ้าเราทดลองเพียง 10 หรือ 20 cm อาจไม่เห็นผลเพียงพอครับ

ผมอยากเสนอการทดลองใหม่ครับ

ตัวแปรต้น : ความสูง 10 20 30 40 เมตร ตามลำดับ

ตัวแปรตาม : ความเร็วก่อนกระทบพื้น

นอกนั้นเป็นต้วปรควบคุม  โดยอาจจะโยนวัตถุในแนวดิ่งลงมาตามท่อก็ได้ครับ