ВИМІРЮВАННЯ КУТА ВІДРИВУ ТІЛ ПІД ЧАС ЇХ РУХУ ПО СФЕРИЧНІЙ ПОВЕРХНІ - Здещиц, Валерій; Здещиц, Анастасія; Пирховка, Карина (Фізико-математична освіта, 2024)
Розглянуто методику проведення фізичного експерименту, яка використовує саморобну дослідницьку установку для визначення кута відриву кульки та шайби під час їх руху по сферичній поверхні.Формулювання проблеми. В задачах класичної механіки, пов'язаних з рухом по поверхні сфери під дією гравітаційної сили матеріальної точки або кульки, пропонується знайти кут, при якому вони відриваються від поверхні. Це завдання відносно легко розв’язується більшістю студентів. Однак ті самі задачі з врахуванням сили тертя викликають труднощі під час їх розв’язання у багатьох обізнаних студентів. Перевірити результати теоретичного розгляду проблеми в експерименті неможливо, особливо дистанційно, через відсутність дослідницьких установок такого типу та методичних рекомендацій до них.Матеріали і методи. Теоретично розглянуті з тертям і без нього всі можливі варіанти руху матеріальної точки та кульки по поверхні сфери. На основі цих розглядів визначено рівень складності отримання розв’язку такого рода завдань для студентів бакалаврського та магістерського рівня. Визначено оптимальний варіант постановки завдання для бакалаврського рівня з експериментальною перевіркою висновків теорії. Поставлена мета: визначення кута відриву плоского тіла та кульки під час їх руху по сферичній поверхні – вирішувалася за допомогою розробленої дослідницької установки у вигляді двох транспортирів, розділених аркушами паперу для утворення рейкової сферичної дороги. Смартфони студентів у режимі slow motion використовувалися під час дистанційного виконання ними шкільного фізичного експерименту як цифрова вимірювальна лабораторія.Результати. Експериментально визначено кут відриву від поверхні сфери плоского тіла (шайби), який дорівнює 520 та  кульки – 570. Розроблена методика вимірювання кутів відриву та дослідницька установка.Висновки. Значення кутів відриву, передбачені теорією руху тіл при наявності тертя – 520  для шайби та 570, для кульки підтверджені в експериментах. Доведена незмінність величини кута відриву від сферичної поверхні кульки незалежно від її маси та радіусу. Ці результати доводять той факт, що розроблена методика та дешева дослідницька установка дозволяє бакалаврам високоточно вимірювати кути відриву кульки та її швидкість навіть в дистанційному режимі.
Keywords: фізичний експеримент; сферична поверхня; рух кульки, шайби; кут відриву