Исаак Ньютон никогда не мог себе этого представить

Студенты создают суда на воздушной подушке и катаются на них, чтобы изучить законы движения.

Сидар-Спрингс — Когда воздуходувка с ревом ожила, Никко Муньос зажала рот рукой, чтобы подавить небольшой вскрик от удивления и смеха. Через несколько секунд изобретение, на котором она сидела, оторвалось от земли и понесло Никко по кафельному полу столовой средней школы Сидар-Спрингс.

Ее одноклассники зааплодировали, когда она едва не промахнулась мимо стопки стульев и остановилась в другом конце комнаты.

«Это похоже на американские горки», — воскликнула Никко, садясь. «Это было очень странно — это все, что я могу это описать. Просто скользить по всей комнате на куске дерева, а рядом с тобой воздуходувка. Так странно!»

Учительница Джордан Кови построила «судно на воздушной подушке» как вторую часть двухэтапного лабораторного занятия для своего первокурсника по концептуальной физике. Академическая цель лабораторий? Это было необходимо для того, чтобы изучить и понять три закона движения Ньютона.

Но на самом деле положить учеников на фанеру и скользить ими по комнате, чтобы продемонстрировать силу, массу и ускорение? Это была идея Кови.

«Мои студенты значат для меня больше, чем просто ученые — именно поэтому я люблю преподавать науку», — сказал Кови. «Я развлекаюсь с ними, а они беспорядочно проводят время, хорошо проводят время и устанавливают связь между тем, что они делают, и тем, что они изучают».

Как работает закон

В первой части лабораторной работы студенты создавали «мини-суда на воздушной подушке» из компакт-дисков, воздушных шаров, крышек от бутылок и горячего клея, а затем отправляли их плавать по коридору. По словам Кови, небольшой вентилятор создавал на полу эффект воздушного хоккейного стола, а воздух, выходящий из воздушных шаров и протекавший под компакт-дисками, создавал результирующую силу, приводившую устройство в движение, объяснил Кови.

«Третий закон Ньютона касается равных и противоположных сил», — сказала она. «Поэтому, когда воздух давит вниз, пол поднимается обратно и удерживает этот воздух, и это то, что позволяет движение».

Команды из двух человек соревновались в том, чье судно на воздушной подушке сможет проехать дальше всех по коридору, проводя измерения для расчета скорости, ускорения, чистой силы и импульса устройства. Студентам было разрешено вносить изменения в свои суда на воздушной подушке, например увеличивать или уменьшать количество массы (или воздуха) в воздушных шарах, чтобы увидеть, как это повлияет на производительность.

Поездка-сюрприз

Несколько недель спустя пришло настоящее испытание: после регистрации и анализа данных со своих мини-суднов на воздушной подушке первокурсники буквально отправились кататься на своем собственном судне на воздушной подушке, чтобы сравнить, как масса влияет на движение.

Кови сделал версию судна на воздушной подушке в натуральную величину, используя фанеру, полиэтиленовую пленку, клейкую ленту и воздуходувку (благодаря гранту Образовательного фонда Сидар-Спрингс). Концепция, однако, была та же самая: когда воздуходувка вдавливалась в пластик, судно на воздушной подушке поднималось и несло студента по полу.

«Я понятия не имел, что (Кови) действительно создаст судно на воздушной подушке, на котором мы будем ездить», — сказал Никко. «Можно сказать, что, как и в случае с (одноклассником), он меньше, чем некоторые другие люди, которые ехали, и он ехал намного быстрее. Таким образом, вы могли сказать, что чем больше масса, тем больше времени потребуется для ускорения».

«Просто плывешь через всю комнату на куске дерева, а рядом с тобой воздуходувка. Так странно!'

Одноклассник Коннор Хансен сосредоточил внимание на расстоянии, которое преодолевает каждое судно на воздушной подушке, в зависимости от его размера и массы. Хотя его мини-судно на воздушной подушке имело меньший вес и требовало меньше усилий для перемещения по коридору, оно пролетело 47 футов. Для сравнения, судно на воздушной подушке в натуральную величину, на котором он находился в качестве пассажира, приводилось в движение гораздо более мощной воздуходувкой, но пролетело через комнату всего 27 футов.

Коннор также обратил внимание на время, которое потребовалось устройствам для преодоления этого расстояния.

«Мы пытаемся определить скорость, ускорение и силу, необходимые для перемещения каждого из них, поэтому вам нужно знать массу, время и расстояние, чтобы найти все это», — объяснил он. «После этого все как бы стекает вниз: вы можете найти скорость по расстоянию и времени, по скорости вы можете найти ее ускорение, а затем по ускорению вы можете измерить силу».