„Apollo 15” (1971. gads) bija ceturtā Mēness ekspedīcija, kuras laikā astronauts Deivids Skots demonstrēja, ka ģeologu alumīnija āmurs un piekūna spalva, brīvi krītot no viena un tā paša augstuma, vienlaicīgi nokrīt uz Mēness virsmas. Eksperiments tika veikts, lai eksperimentāli apstiprinātu Galileja teoriju par to, ka visi ķermeņi bezgaisa telpā krīt ar vienādu paātrinājumu neatkarīgi no ķermeņa masas.
Zīmējumā attēlots eksperimenta stroboskopiskais attēls, ja āmurs bez sākuma ātruma krīt uz trim dažādiem debess objektiem – Marsa, Mēness un Zemes. Āmura atrašanās vieta kritiena laikā iezīmēta ar punktu.
Zināms, ka brīvās krišanas paātrinājums uz šiem debess objektiem gZemes > gMarss > gMēness.
1. Pamato, kā uz Mēness veiktais eksperiments apstiprina Galileja hipotēzi!
2. Kāpēc uz Zemes ģeologu āmurs un piekūna spalva, krītot no vienāda augstuma, nenokrīt vienlaicīgi?
3. Kurš eksperimenta rezultāts atbilst kuram debess objektam?
Uzdevumu atrisinājums pieejams video formātā un rakstiski.
No teorijas ir zināms, ka vakuumā uz Zemes vai uz kādas citas planētas visi ķermeņi krīt ar nemainīgu paātrinājumu, ko sauc par brīvās krišanas paātrinājumu. Ķermeņu brīvās krišanas paātrinājums nav atkarīgs no ķermeņu masas, bet atkarīgs tikai no konkrētās planētas masas un rādiusa – āmurs un piekūna spalva uz Mēness virsmas krīt ar vienādu paātrinājumu. Praktiski var uzskatīt, ka Mēnesim nav atmosfēras.
Zemei ir atmosfēra, tapēc uz krītošu ķermeni darbojas arī gaisa pretestības spēks, kas ir atkarīgs no atmosfēras blīvuma, ķermeņa virsmas laukuma un krišanas ātruma. Tātad, uz Zemes priekšmetu krišanas laikā uz tiem darbojas divi spēki - smaguma spēks un gaisa pretestības spēks. Gaisa pretestības spēks, kas darbojas uz spalvu, ir pēc absolūtās vērtības salīdzināms ar smaguma spēku un tādēļ ievērojami ietekmē rezultējošo krišanas paātrinājumu. Savukārt, āmurs ir ieverojami smagāks priekšmets, un gaisa pretestības spēks, kas darbojas uz to, ir mazs, salīdzinot ar āmura smaguma spēku, un praktiski neietekmē āmura krišanu.
Eksperimentā āmurs gan uz Zemes, gan uz Marsa, gan uz Mēness krīt ar paātrinājumu, kas ir prakstiki vienāds ar brīvās krišanas paātrinājumu. Stroboskopiskajā attēlā āmura veiktais ceļš vienādos laika intervālos ir atkarīgs no planētas brīvās krišanas paātrinājuma. Jo lielāks ir planētas brīvās krišanas paātrinājums, jo lielāks āmura veiktais ceļš vienādos laika intervālos.
Atbilde:
A: Pie Mēness virsmas ir vakuums un visi ķermeņi krīt ar vienādu paātrinājumu.
B: Pie Zemes uz krītošiem ķermeņiem darbojas ne tikai smaguma spēks, bet arī gaisa pretestības spēks, kas atkarīgs no ķermeņa formas.
C: A – Mēness, B – Zeme, C – Marss (jo lielāks ir brīvās krišanas paātrinājums, jo lielāku ceļu veic ķermenis vienādos laika intervālos).
Uzdevuma izpilde eksāmenā - 54,5%.
Vērtēšanas kritēriji
Secina no uzdevuma teksta, ka brīvās krišanas paātrinājums nav atkarīgs no krītošā ķermeņa masas – 1 punkts.
Demonstrē izpratni par to, ka ķermeņu krišanu uz Zemes ietekmē arī gaisa pretestība – 1 punkts.
Pēc dotā strobokopiskā attēla izdara secinājumu par to, ka A situācija atbilst krišanai uz Mēness, B – uz Zemes, C – uz Marsa – 1 punkts.
Skolēnu risinājumu un to vērtējumu piemēri
1. piemērs: risinājums novērtēts ar 3 punktiem.
2. piemērs: risinājums novērtēts ar 2 punktiem (nav atbildēts uz pirmo jautājumu).
3. piemērs: risinājums novērtēts ar 1 punktu.
4. piemērs: risinājums novērtēts ar 0 punktiem.
