Fizyka upadku - badanie różnych rodzajów pokrycia terenu

Wyzwaniem jest zmniejszenie siły uderzenia o podłoże, podczas upadku na placu zabaw. Kiedy obiekt spada, można obliczyć jego prędkość, przyspieszenie i zgromadzoną energię, ale znacznie trudniej jest obliczyć intensywność uderzenia.

Demonstracja smutnej piłki, szczęśliwej piłki:

• Pokaż uczniom 2 identycznie wyglądające piłki, które mają podobną wagę (niech poczują).
• Upuśćcie piłki w tym samym czasie - jedna piłka odbija się, a druga zostaje na podłodze.
•   Uczniowie powinni postawić różne hipotezy, np. że piłki są wykonane z różnych materiałów - odbijająca się piłka jest wykonana z syntetycznego kauczuku (neoprenu), a druga piłka jest wykonana ze specjalnego materiału (polynorbornene), który pochłania energię i sprawia, że piłka w ogóle się nie odbija.
• Rozszerzenie: Dlaczego 'szczęśliwa' piłka odbija się? Co się stało z energią "smutnej" piłki? Wnioski: Zderzenie z podłogą zależy od kilku czynników, takich jak materiał piłki, materiał powierzchni podłogi, a obliczenie intensywności uderzenia jest stosunkowo skomplikowane.

Następnie uczniowie wykonają eksperyment myślowy: Od czego zależy intensywność uderzenia? Dziecko wyobraża sobie, że umieszcza na swojej stopie kulę do kręgli. Uczniowie zastanowią się, czym różni się to od upuszczenia kuli z wysokości pasa, wyjaśniając fizykę stojącą za wynikami. Na koniec zastanowią się, co by się stało, gdyby na stopie umieścić gąbkę lub inny miękki materiał i dlaczego.

Uczniowie przeprowadzą następnie eksperyment polegający na rzuceniu jajkiem o rozciągniętą kartkę. To wprowadza ich w pojęcie amortyzacji. Przedyskutujcie, w jaki sposób można zmierzyć zdolność amortyzacji danej powierzchni.

Pytanie badawcze: Która nawierzchnia najlepiej nadaje się na plac zabaw? Pracując w grupach, uczniowie przeprowadzą burzę mózgów i wymyślą pomysł na eksperyment mający na celu sprawdzenie zdolności do amortyzacji wstrząsów przez różne materiały. Ustalcie najlepszy sposób badania tego zdarzenia, biorąc pod uwagę, że jest ono bardzo szybkie (w skali milisekund - tysięcznych części sekundy)!

Eksperyment ze spadającymi przedmiotami:

• To ćwiczenie będzie polegało na wykorzystaniu czujnika siły Pasco, który pomoże zmierzyć siłę uderzenia piłki o znanej masie upuszczonej ze stałej wysokości
• Umieść pojemnik z różnymi materiałami na platformie i upuść do niego piłkę, sprawdzając za każdym razem siłę uderzenia.
• Uczniowie przedstawiają różne możliwe materiały do testowania (zarówno materiały ziarniste jak i stałe).
• Eksperymentuj z głębokością napełniania materiałów granulowanych, porównując jak wielkość ziaren i wysokość kropli wpływa na siłę uderzenia. 
• Pracując w grupach, każda grupa zmierzy określoną zmienną, sformułuje pytanie badawcze i postawi hipotezę (szczegółowa metoda znajduje się w źródłach).
• Przedyskutujcie, który rodzaj materiału był najbardziej odporny na wstrząsy oraz jakie są jego wady. Przeanalizuj, jakie czynności zostały podjęte podczas badania, aby uwzględnić siłę wywieraną przez spadającą na powierzchnię piłkę. Jak duża siła jest uważana za niebezpieczną? To złożone pytanie - jest wiele czynników, które mają na to wpływ, a pamiętaj, że piłka nie symuluje dokładnie upadku dziecka.

Wyjaśnij, jak testuje się nawierzchnie placów zabaw, aby upewnić się, że spełniają one normy bezpieczeństwa, symulując upadek dziecka i sprawdzając intensywność uderzenia. Zbadaj inne czynniki projektowe, takie jak trwałość, higiena, łatwość utrzymania, brak poślizgu, odporność na wodę i warunki atmosferyczne itp. Czy wybrana nawierzchnia spełnia te wymagania? Czy nawierzchnia jest odpowiednia dla wózków inwalidzkich, kul lub osób niedowidzących?

Pytanie plenarne: Jakie pokrycie terenu byłoby najbardziej odpowiednie przy budowie placu zabaw?

Rozszerzenie: Wykonaj ‘Wyzwanie z jajkiem’ na placu zabaw, biorąc pod uwagę rzeczy poznane w tej jednostce.