Feladat: 183. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Friedl Zita ,  Ivády Balázs ,  Orosz Gábor ,  Sarlós Ferenc ,  Sutka Melinda ,  Szegedi Krisztián ,  Varró Gergely ,  Zágoni Csaba 
Füzet: 1997/március, 188. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Mechanikai mérés, Egyéb nyújtás, összenyomás, Mozgási energia, Rugalmas energia, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1996/november: 183. fizika mérési feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A legtöbb versenyző valamilyen módszerrel közvetlenül mérte a felugró golyóstoll h emelkedési magasságát és a toll m tömegét. Feltételezve, hogy a közegellenállásból adódó veszteség nem számottevő, a toll kezdeti mv2/2 mozgási energiája a mért adatokból kiszámított mgh helyzeti energiával egyezik meg.
Az elvben egyszerű mérésnél gondot általában a magasság pontos meghatározása okozta. A legegyszerűbb ‐ de nagyon pontatlan ‐ módszer az, ha egy függőlegesre állított vonalzó előtt felugró tollat oldalról ,,szemlélve'' próbáljuk meg leolvasni az emelkedési magasságot. Mivel ez 1-2 cm nagyságrendű, a leolvasási pontatlanság néhány milliméter lévén a magasságmérés hibája még sokszori ismétléssel és átlagolással sem szorítható 20-30 százalék alá. A mért energiák ‐ természetesen a toll típusától is függően ‐ általában néhány mJ-nak adódtak.
Sutka Melinda (Debrecen, KLTE Gyak. Gimn. II. o.t.) vízszintesen helyezett el egy vonalzót a felugró toll fölé, úgy, hogy az éppen megérintse a vonalzót. Ezt követően nyugodt körülmények között megmérte a vonalzó magasságát és abból kivonva a toll hosszát megkapta az ugrás magasságát.
Sarlós Ferenc (Baja, III. Béla Gimn. III. o.t.) közvetett módon határozta meg a rugó által leadott energiát. Két fadeszkából lejtőt készített, melynek hajlásszögét változtatva megmérte toll egyenletes csúszásához tartozó ,,határszöget'', ennek tangense pedig megadta a toll és a deszka közötti μ csúszási súrlódási együtthatót. Ezután a vízszintesre állított deszkán kilőve a tollat az elcsúszás távolságából, a toll mérlegen megmért tömegéből és a súrlódási együtthatóból kiszámította a súrlódási munkát, ami a kezdeti mozgási energiával egyenlő. Ezzel a módszerrel mérni tudta a golyóstoll rugója által leadott energiát mindkét nyomógomb-állásnál (a toll be- illetve kinyomásának megfelelő helyzetnél).
Orosz Gábor (Miskolc, Földes F. Gimn. IV. o.t.) a mérést különböző mértékben benyomott nyomógombú tollak emelkedési magasságát mérte (ugyancsak az ,,éppen hozzáér'' módszerrel, s a mérési adatokból meghatározta a toll nyomógomb-rugójának direkciós állandóját. Drávucz Mónika (Eger, Szilágyi E. Gimn. III. o.t.) rugós erőmérővel lemérte a toll rugójának rugóállandóját, majd az abból és az összenyomás nagyságából kiszámított rugalmas energiát összehasonlította a felpattanási magasságból számított energiával. Az két energia között 15%-nyi eltérést talált, ráadásul a rugalmas energia volt a kisebb, ez azonban nem jelenti az energiamegmaradás tételének cáfolatát, inkább a mérési hibák nagyságrendjéről ad felvilágosítást. Zágoni Csaba (Dunaújváros, Széchenyi I. Gimn. I. o.t.) egy lámpa vízszintes fénynyalábját vetítette a felugró tollra, s az árnyékot 5-szörös nagyításban egy függőleges ernyőn figyelte meg. Az így felnagyított mozgás felső holtpontját pontosabban tudta leolvasni, mintha közvetlenül a tollat figyelte volna meg.
Az eddig leírtaktól alapvetően különböző mérési eljárást választott Friedl Zita (Sopron, Széchenyi I. Gimn. I. o.t.). Egy vízszintes asztallap széléről (a toll tömegközéppontját éppen az asztal pereméig kitolva) ,,lőtte ki'' a golyóstollat, és azt mérte meg, hogy milyen távolságban esik le a toll egy h=15cm-rel alacsonyabb fekvő vízszintes lapra. A vízszintes hajítás képletei segítségével a mért adatokból ki tudta számítani a golyóstoll kezdősebességét és a kezdeti mozgási energiáját is. A módszernek az az előnye, hogy viszonylag nagy távolságokat pontosabban lehet mérni, mint néhány centiméteres elmozdulásokat. Hasonló elvet alkalmazott Szegedi Krisztián (Bp., Berzsenyi D. Gimn. IV. o.t.) is, aki egy szekrény függőleges oldalától lőtte ki vízszintesen a tollat, és a szőnyegen mérte a földetérés helyét. Emellett gyenge rugóból erőmérőt is készített s azzal megmérve a toll nyomógombjának rugóállandóját kiszámította a rugóban tárolt energiát.
Még bátrabban eltávolodott az eredeti feladattól Varró Gergely (Fazekas M. Főv. Gyak. Gimn. IV. o.t.), aki vízszintes helyzetben rögzítette a golyóstollat egy asztal szélén, és a kipattanó nyomógombbal egy kisméretű dobókockát röpített el. A földetérő dobókocka rögzített helyzetű, fölülről másolópapírral lefedett papírlapra csapódott és azon nyomot hagyva jelezte a vízszintes hajítás távolságát. A kocka mérhető tömegéből és a hajítás adataiból ki lehet számítani a rugó által leadott energiát. Elfogadható feltételezés az, hogy a rugó munkavégzése csak a rugó jellemzőitől és a deformáció mértékétől függ, nagysága tehát a dobókocka kilövésekor ugyanakkora, mint amikor a golyóstollat hozza mozgásba.