Podczas spotkania Polskiego Towarzystwa Fizycznego inspirujący wykład wygłosił dr Andrzej Kuczkowski. Tematem wystąpienia były eksperymenty fizyczne oddziałujące na intelekt, wyobraźnię i emocje. Prelegent w ciekawy sposób pokazał, że fizyka to nie tylko zestaw wzorów i praw, ale także pasjonująca przygoda poznawcza, która pobudza kreatywne myślenie i zachwyt nad światem. Wykład łączył elementy nauki i sztuki, ukazując piękno fizycznych zjawisk w sposób przystępny i inspirujący.
Eksperyment fizyczny oddziaływający na wyobrażnię i emocje
Cel
Pokazać, że gdy pocisk zostaje wypchnięty do przodu, armatka cofa się do tyłu — i że to nie jest przypadek, tylko wynik ogólnej zasady zachowania ruchu w układzie (armatka + pocisk). Dodatkowo wyjaśnić, dlaczego nie cała energia z napędu trafia w ruch.
Wersja bezpieczna
Używamy demonstracyjnej armatki napędzanej sprężyną lub sprężonym powietrzem, zamontowanej na wózku poruszającym się po szynach.
Przygotowanie
- Zważ armatkę (razem z wózkiem) i pocisk — żeby wiedzieć, co porusza się mniej, a co bardziej.
- Umieść armatkę na stole i ustaw kamerę, by zarejestrować ruchy.
- Napnij mechanizm i upewnij się, że tor jest zabezpieczony.
Przebieg eksperymentu
- Stan początkowy: cały układ stoi w spoczynku.
- Zwolnij mechanizm — pocisk zostaje wyrzucony przed siebie.
- Jednocześnie armatka cofa się w przeciwną stronę.
- Zarejestruj przebieg ruchu kamerą i zmierz (lub porównaj) prędkości/odległości.
Co obserwujemy
- Pocisk szybko leci do przodu.
- Armatka porusza się do tyłu, ale zwykle dużo wolniej i na krótszą odległość niż pocisk — to dlatego, że armatka jest zwykle znacznie cięższa.
- Jeśli układ przed startem był nieruchomy i na zewnątrz nie działają znaczące siły, to „suma ruchu” obu ciał pozostaje taka sama — ruch pocisku i odrzut armatki się wzajemnie równoważą. (Tak tłumaczymy zjawisko bez liczb.)
Co się dzieje z energią
Źródło napędu (sprężyna/powietrze) dostarcza energii. Część tej energii zamienia się na ruch pocisku i na ruch armatki, ale nie wszystko:
- część zamienia się w ciepło (tarcie, ogrzanie elementów),
- część w dźwięk wystrzału,
- część w odkształcenia i straty mechaniczne w samym mechanizmie.
Dlatego suma energii kinetycznej pocisku i armatki jest zwykle mniejsza niż energia dostarczona przez mechanizm.
- Im cięższa armatka w porównaniu z pociskiem, tym mniejszy będzie jej odrzut (cofnięcie).
- Środek masy układu (pocisk + armatka) nie zmienia swojego położenia, jeśli zewnętrzne siły są pomijalne — więc ruchy pocisku i armatki „się równoważą” w sensie całości układu.
- Można zmieniać masę pocisku lub siłę napędu, żeby zobaczyć różnice w odrzucie i szybkości.