利用Phyphox 聲學碼表進行牛頓第二運動滑車實驗之三~器材自製與實驗操作

撰寫本篇，目的在於協助經費與器材不足的同好，能有自製低成本的實驗器材的參考依據，不再贅述細項做法，直接看圖。

1. 自製滑車(開關版30元/片，輪子15元/個)
   

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2. 桌邊滑輪(15元/個)

3.拉力繩

4.安全繩

5.砝碼(3元/片)

6.釋放裝置(鐵架附鐵環、螺栓、答案卡)

裝置架設完成圖

操作相關數據
1.滑車重(車加6鐵環)487g，重錘重(2鐵環)127g 總重614g

2.滑車重(車加4鐵環)393g，重錘重(4鐵環)221g 總重614g

    


 

3. 滑車重(車加2鐵環)296g，重錘重(6鐵環)318g 總重614g

4. 動摩擦力測量

5. 數據分析與作圖
(1)不含動摩擦力：誤差率在15~30%

(2)含動摩擦力：誤差率有機會低10%

利用Phyphox 聲學碼表進行牛頓第二運動滑車實驗之二~器材自製與實驗操作

撰寫本篇，目的在於協助經費與器材不足的同好，能有自製低成本的實驗器材的參考依據。
接續前篇，針對器材修改做法，本篇陳述內容如下列各點

1. 滑車自製
    1.1 安裝車輪：在5*8吋美術版正面鎖上4個塑膠滑輪。

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    1.2 滑車羊眼圈：在滑車前方鎖上羊眼圈，以利連接水泥砝碼拉力繩
    1.3 水泥砝碼固定裝置：水泥砝碼拉力繩兩端加上掛勾，以利快速連接滑車、水泥砝碼
2. 水泥砝碼自製
    利用2.5OZ小紙杯，灌入水泥，成為水泥砝碼，但密度似乎並非查到的3，每顆約只有120克，換算下來密度約為1.5左右，為了防止掉灰，可以考慮上漆。

3. 滑車安全繩

4. 砝碼與滑車連接繩：雙邊綁上掛勾，其中一端末端綁上螺絲或約5cm 桿子，作為水泥砝碼釋放裝置。

5. 水泥砝碼釋放裝置與操作方式：
    利用鐵架上的鐵環與較厚答案卡，支撐螺絲與下方水泥砝碼。

6. Phyphox 聲學碼表計時方式：拍除紙張，即可啟動聲學碼表，水泥砝碼落到下方鐵架，發出聲響，便會停止聲學碼表，為避免過度靈敏，可參考下列設定。

以下為實驗流程與器材說明，部分器材請參閱前篇
1. 固定定滑輪：將定滑輪以虎鉗固定於桌邊。
2. 設置滑車：滑車後方夾上安全繩，留好長度，確保重錘下落著地後，滑車能拉住滑車。滑車前方所上羊眼圈，拉力繩兩端加上扣環以連接滑車與重錘，重錘端上方綁上一個六角螺絲

3.定滑輪正下方設置附鐵環鐵架，將螺絲放上，六角端在鐵環內，加上厚紙支撐，完成釋放裝置如上圖。


但此法砝碼部分容易掉灰，且最大問題在於紙杯敲擊鐵板音量太小，需要修改。

centripetal force experiment 向心力測定器

向心力的實驗，在國中階段大多定性不定量，因為不容易測量。
如果想要測量向心力的話，大多間接地測量物體做圓周運動時，該物體的速率、質量及圓周半徑，利用如下關係

向心加速度=運動速率平方 / 運動半徑

再由F=ma算出向心力。

如果，如果只是單純想要直接量呢？想要更直覺看到半徑、線速率與向心力的變化呢？有沒有這樣的設計空間...

於是利用空堂做出了

滾珠軸承的安裝是為了減少晃動與減少繩子跟管口的摩擦。

做好了來試試吧！

所的結果分析如下

後記：
理論上這種旋轉物體一定繩子拉力一定包含物體所受向下重力跟水平向心力作用才對對吧，繩子理論上不可能水平，要處理的話，以國中生而言，我傾向用幾何作圖處理，，不要用複雜計算，舉例說明，物重20gw，若向心力180gw，作圖如下，逆推找出向心力長度換算大小

若是操作時，調整速度讓物重跟拉力值接近1/6，此時繩角度應接近10度，力圖的sin值約為0.17，cos值就會來到0.98以上，在此狀況下，彈簧拉力值與水平分力十分相近，亦即向心力與彈簧讀數相當接近。相關函數資料可參考維基百科三角函數表

若將測試所得的彈簧讀數與向心力理論值對照，會發現確實有相同向心力下，半徑越小速度越快的趨勢，但偏差頗大，但是能量化處理，算是一個起點，學生能動手操作並看到數字，也是多元學習方式的體現，後面有機會，再來設法減小偏差值。

利用Phyphox聲學碼表測定聲音速度的另一種方式

利用Phyphox聲學碼表測定聲音速度的方式，可參考下列官網連結

Speed of sound




影片中遠方淺藍色衣服男子的碼表會晚t秒啟動，早t秒停止，時間較近端黑衣男子少2t秒，利用時間差2t，配合聲音去返共2S距離，可推算出聲速，簡單來說，就是把距離X2/兩手機時間差，即可得到聲速。

公式：

但是我想嘗試更簡易的方法，減低學生認知負荷。
把啟動源放在兩支手機中間，關閉源放其中一側，兩側不同距離對稱位置放上多支手機，全班做實驗的概念。這樣計算上的解釋比較容易，理論上同時啟動，最末端手機碼表啟動後，就可以在末端發出聲音做關閉源，這樣應該是比較直覺的作法。


昨天跟今天午后，讓3組人馬分別去測試，結果發現
1. 室內較不適合，容易回音干擾
2. 官網方式比較準確，我想的方式偏差較大
3. 兩種方法，數值皆偏大，拉大手機間距應該可以改善

最後，附上實驗結果，學生紀錄中，距離6公尺的是官網方式測定，3公尺距離的，是我想的方式，結果如下：

簡易型最大靜摩擦力測量結果標記器

故事的展開…就是跟小 P 老師在群組裡的對話

腦筋裡浮現了一個念頭，然後…

操作方式

 

打算取名「簡易型最大靜摩擦力測量結果標記器」

結果明明只是一張紙 XD

利用Phyphox 聲學碼表進行牛頓第二運動滑車實驗

使用現有滑車，自行組裝滑輪進行滑車實驗，偏差值目前仍過大，需要再改良
先將目前實驗記錄下來

1.製作滑輪組

2.秤取滑車與重錘質量

  

 3.架設器材，量取高度

4. 拍除支撐紙張，啟動聲學碼表，重錘落地聲響會停止聲學碼表

5.實驗簡單影像紀錄
   5.1 車456g+錘 497g

  5.2 車956g+錘 497g

  5.1 車1456g+錘 497g

   5.4 車1856g+錘 497g

 6. 目前結果，偏差值還太大，要嘗試再降低誤差

7.最後，記得滑車要夾上安全繩