3 Forsøg med PASCO trådløs kraft- og accelerationssensor (PS-3202)

Tre mekanikforsøg med PASCO trådløs kraft- og accelerationssensor (PS-3202)

Hvis jeg skal have elever til hurtigt at gå fra “jeg kan mærke et skub” til “jeg kan modellere det med data”, så er en kombineret kraft + acceleration-sensor noget af det mest effektive udstyr i mekanikskabet.

PASCO Kraft-accelerationssensor, trådløs (PS-3202) kan måle kraft (push/pull), acceleration i 3 akser og rotationshastighed (gyro) – og den kan bruges både trådløst (Bluetooth) og via USB. Den kan også logge data i sensoren, så man kan lave længere forsøg uden at være koblet til en computer hele tiden.

Her får du tre “klassikere”, som fungerer i danske undervisningssituationer – fra brobygning i udskolingen til mere kvantitativt arbejde på STX/HTX.

Før I går i gang:

1. Forbind sensoren i SPARKvue eller PASCO Capstone (Bluetooth i appen/softwaren – ingen kabelrod i målingen).
2. Nulstil/tarér kraftkanalen i softwaren, før hver måleserie (især hvis sensoren hænger i en krog eller ligger “skævt”).
3. Aftal én fast målerutine i klassen: “Start → rolig bevægelse → stop → gem.” Det giver langt bedre data og mindre “støj” i tolkningen.

Forsøg 1: Statisk og kinetisk friktion – når μ bliver noget eleverne kan måle

Niveau: udskoling → STX/HTX
Fokus: friktion, normalkraft, modellering, usikkerhed og metode

Eleverne trækker en genstand hen over en overflade og måler:

• maksimum lige før genstanden begynder at glide (statisk friktion)
• middelværdi under jævn bevægelse (kinetisk friktion)

Det kan gøres med klods på bord – men det fungerer lige så godt (og ofte sjovere) med forskellige materialer: gummi, filt, træ, plast, sandpapir.

Udstyr

• PS-3202 + krog (følger med)
• Snor (30–60 cm)
• Genstand(e) + evt. bøger/masser til at ændre normalkraft
• Overflader (bord, gulv, gummimåtte, PVC-plade, osv.)

Trin-for-trin

1. Fastgør snoren i genstanden og i sensorkrogen.
2. Start måling og træk langsomt – uden ryk.
3. Find topværdien lige før glidning: Fs,max⁡F_{s,\max}Fs,max​.
4. Træk derefter med så konstant fart som muligt og find middelværdi: FkF_kFk​.
5. Gentag med flere belastninger (flere bøger/masser ovenpå) og gerne flere overflader.

Dataanalyse (gymnasieniveau)

• Antag vandret plan: $N\approx mg$

• Beregn:

  • μs≈Fs,max⁡N\mu_s \approx \dfrac{F_{s,\max}}{N}μs​≈NFs,max​​

  • μk≈FkN\mu_k \approx \dfrac{F_k}{N}μk​≈NFk​​

• Lav et plot af FkF_kFk​ som funktion af $N$ og se, om sammenhængen er lineær.

Didaktisk brobygning

• Udskoling: “Hvilke materialer ‘hænger’ mest fast – og hvorfor?”

• Gymnasiet: “Hvad giver spredning i målingerne?” (trækhastighed, ujævnheder, trækretning, ryk)

Forsøg 2: Fjeder og svingning – fra Hookes lov til Newtons 2. lov i samme datasæt

Niveau: STX/HTX (B/A) – kan forenkles til udskoling
Fokus: Hookes lov, harmonisk svingning, fase, dæmpning, modellering

Kort idé

I samme opstilling kan eleverne se sammenhængen mellem:

• $F=kx$ (Hookes lov)
• Fnet=maF_{\text{net}} = maFnet​=ma (Newtons 2. lov)

Når de måler kraft og acceleration samtidigt, bliver “symbolerne” pludselig konkrete. PS-3202 er netop lavet til kombinerede forsøg med kraft, acceleration og rotation.

Udstyr

• PS-3202
• Fjeder + masser
• Stativ og krog/ophæng
• (Valgfrit) ekstra bevægelsesmåling (video eller bevægelsessensor), hvis I vil arbejde med position direkte

Trin-for-trin

A. Bestem fjederkonstant (statisk)

1. Hæng fjederen op og belast med kendte masser.
2. Mål forlængelse $x$ og kraft $F\approx mg$.
3. Plot $F$ mod $x$ → hældningen giver $k$.

B. Sæt systemet i svingning (dynamisk)

1. Træk massen lidt ud og slip.
2. Log kraft og acceleration over tid.
3. Find perioden $T$ og sammenlign med T=2πm/kT = 2\pi\sqrt{m/k}T=2πm/k​.

Variationer

• Differentiering: Nogle grupper laver kun statik (Hooke). Andre laver svingning + fit (sinus).
• Dæmpning: Sæt et lille “sejl” (papir) på massen og sammenlign dæmpningshastighed.
• Kemi/biologi-kobling: Tal om “fjeder-modeller” i molekylebindinger eller biomekanik (sener/muskler som elastiske elementer) – ikke fordi det er samme fysik 1:1, men fordi modellen er genkendelig.

Forsøg 3: Centripetalacceleration og -kraft – når ac=ω2ra_c=\omega^2rac​=ω2r bliver “set” i realtid

Niveau: STX/HTX (B/A)
Fokus: cirkelbevægelse, centripetalacceleration, variabelkontrol, modeltest

Kort idé

Monter sensoren på en roterende platform og lad eleverne undersøge, hvordan centripetalacceleration afhænger af:

• radius $r$
• vinkelhastighed $\omega$

PS-3202 har indbygget gyro og 3-akset accelerometer, så eleverne kan måle flere relevante størrelser i samme forsøg.

Udstyr

• Roterende platform (ME-8951)
• PS-3202
• (Valgfrit, men stærkt) Centripetal Force tilbehør (ME-8952), hvis I vil gøre det let at ændre masse/radius/“kraftopsætning” hurtigt og sikkert.

Trin-for-trin

1. Vælg en fast radius og mål den (brug lineal – det er her, gode vaner bygges).
2. Start rotation ved en lav hastighed og log data.
3. Øg hastigheden trinvis og log igen.
4. Beregn aca_cac​ forventet: ac=ω2ra_c=\omega^2rac​=ω2r og sammenlign med målingen.
5. Skift radius og gentag → eleverne ser tydeligt, at radius “tæller med” lineært, mens hastighed gør det kvadratisk.

Tips

• Aftal “ingen hænder nær roterende dele”.
• Lav korte måleserier (10–20 sek), så alle grupper kan nå at prøve.
• Lad én gruppe være “kvalitetsteam”: de tjekker radius-måling, nulstilling og log-opsætning.

Udstyr, der passer godt sammen (og typisk dækker et helt mekanikforløb)

Kerne:

• Kraft-accelerationssensor, trådløs (PS-3202) – 1.725,00 kr. (2.156,25 kr. m/moms)

Til friktion, vogne, kollisioner og hældningsforsøg:

• Aluminium Dynamics Track 1,2 m (ME-9493) – 1.671,00 kr. (2.088,75 kr. m/moms)

Til rotation og cirkelbevægelse:

• Roterende platform (ME-8951) – 6.393,00 kr. (7.991,25 kr. m/moms)

• Centripetal Force tilbehør (ME-8952) – 5.781,00 kr. (7.226,25 kr. m/moms)

Hvis I har “blå” PASPORT-setup i forvejen:

• PASPORT-kraftsensor (±50 N) – 1.961,00 kr. (2.451,25 kr. m/moms)
  (God til rene kraftforsøg – men PS-3202 giver acceleration/gyro i samme enhed.)

Du kan altid kontakte dansk support hos LabDidakt ApS via www.labdidakt.dk eller telefon 9340 9800 eller info@labdidakt.dk.

• PS-3202 (webshop)

 

Læs mere og se flere forsøg på Pascos hjemmeside