Jak przeprowadzać doświadczenia

1. 1

   Krok 1. Stawiamy pytanie badawcze. Nie ogólne, tylko takie, na które odpowie pomiar: czy okres wahadła zależy od długości nitki? Zapisujemy je na górze kartki, żeby na końcu wiedzieć, na co właściwie odpowiadamy.

2. 2

   Krok 2. Ustalamy, co mierzymy i czym. Długość nitki mierzymy taśmą mierniczą z dokładnością 1 mm, a czas stoperem z dokładnością 0,1 s. Zmieniamy TYLKO długość nitki. Ten sam ciężarek i to samo wychylenie na start zostają bez zmian przez całe doświadczenie.

   $$\text{zmieniamy: } l \qquad \text{mierzymy: } T \qquad \text{stałe: masa, wychylenie}$$
3. 3

   Krok 3. Planujemy serię. Jeden pomiar nic nie pokaże, dwa niewiele. Bierzemy cztery długości nitki i przy każdej mierzymy czas dziesięciu wahnięć — trzy razy, żeby dało się policzyć średnią.

   $$l_1 = 0{,}25\text{ m},\quad l_2 = 0{,}50\text{ m},\quad l_3 = 0{,}75\text{ m},\quad l_4 = 1{,}00\text{ m}$$
4. 4

   Krok 4. Zapisujemy wyniki od razu, na bieżąco, wszystkie. Przy nitce 1,00 m trzy pomiary czasu dziesięciu wahnięć wyszły tak.

   $$t_{10} = 20{,}3\text{ s};\quad 19{,}9\text{ s};\quad 20{,}1\text{ s}$$
5. 5

   Krok 5. Liczymy średnią, a potem dzielimy przez dziesięć, bo mierzyliśmy dziesięć wahnięć naraz. Tak samo postępujemy przy pozostałych trzech długościach.

   $$\frac{20{,}3 + 19{,}9 + 20{,}1}{3} = \frac{60{,}3}{3} = 20{,}1\text{ s} \quad\Rightarrow\quad T = \frac{20{,}1}{10} = 2{,}01\text{ s}$$
6. 6

   Krok 6. Rysujemy wykres. Na osi poziomej długość nitki w metrach, bo to my ją ustawiamy. Na osi pionowej okres w sekundach, bo to jest wynik pomiaru. Cztery punkty i od razu widać kształt zależności.

   $$T_1 = 1{,}00\text{ s};\quad T_2 = 1{,}42\text{ s};\quad T_3 = 1{,}74\text{ s};\quad T_4 = 2{,}01\text{ s}$$
7. 7

   Krok 7. Formułujemy wniosek — jedno zdanie, które odpowiada na pytanie z kroku 1. Okres wahadła rośnie razem z długością nitki: nitka cztery razy dłuższa dała okres dwa razy dłuższy. I uwaga na koniec: wniosek nie mówi ani słowa o masie ciężarka, bo masy w ogóle nie zmienialiśmy.

   $$0{,}25\text{ m} \rightarrow 1{,}00\text{ m} \;(4\times), \qquad 1{,}00\text{ s} \rightarrow 2{,}01\text{ s} \;(2\times)$$

Wszystkie 7 kroków odsłonięte.

1. 1

   13,5

   14

   14,5

   15

   15,5

   16

   16,5

   17

   pomiar 3

   Mierzymy czas dziesięciu wahnięć przy nitce 0,50 m, pięć razy pod rząd. Cztery wyniki trzymają się blisko siebie, a jeden wyraźnie odstaje.

   $$14{,}2\text{ s};\quad 14{,}0\text{ s};\quad 16{,}8\text{ s};\quad 14{,}4\text{ s};\quad 14{,}2\text{ s}$$
2. 2

   Pojawia się pokusa: wykreślić ten trzeci wynik, zanim ktokolwiek go zobaczy. Tabela wygląda wtedy ładniej, a wykres gładziej. To jest dokładnie ten moment, w którym doświadczenie przestaje być fizyką.

3. 3

   Robimy coś innego: pytamy, dlaczego ten pomiar odstaje. Zaglądamy do notatek z przebiegu i znajdujemy przyczynę — przy trzecim pomiarze kolega oparł się o stół i statyw drgnął. Wahadło dostało wtedy dodatkowe szarpnięcie.

4. 4

   Zapisujemy w tabeli wszystkie pięć wyników. Przy trzecim dopisujemy uwagę o potrąconym statywie, powtarzamy ten pomiar, a średnią liczymy z pomiarów wykonanych poprawnie. W sprawozdaniu piszemy wprost, który pomiar pominęliśmy i dlaczego.

   $$\frac{14{,}2 + 14{,}0 + 14{,}4 + 14{,}2}{4} = \frac{56{,}8}{4} = 14{,}2\text{ s} \quad\Rightarrow\quad T = 1{,}42\text{ s}$$
5. 5

   Dla porównania: gdybyśmy wrzucili zepsuty pomiar do średniej razem z resztą, wyszedłby okres 1,47 s zamiast 1,42 s. Zły pomiar psuje wynik tak samo jak jego ukrycie.

   $$\frac{73{,}6}{5} = 14{,}72\text{ s} \quad\Rightarrow\quad T = 1{,}47\text{ s}$$
6. 6

   Granica jest jedna i łatwa do zapamiętania. Pomiar wolno pominąć w liczeniu średniej wtedy, gdy znasz konkretną przyczynę jego odstawania i napiszesz o niej w sprawozdaniu. Nie wolno go pominąć dlatego, że nie pasuje do oczekiwań.

Wszystkie 6 kroków odsłonięte.