Други пројектни задатак за ученике трећег разреда - Избор је увек ваш!
ИЗБОР ЈЕ УВЕК ВАШ!
Брига
о властитом здрављу свакако укључује и бригу о нивоу шећера у крви, која може
довести и до једне од најраширенијих болести у свету, дијабетеса.
У овом пројектном задатку научићете како да измерите концентрацију
шећера раствореног у течности.
Сигурно
сте приметили
да када ставите сламку (или
оловку) у чашу воде,
изгледа да се савија на граници између ваздуха и воде. Ово се дешава због феномена који се зове рефракција или преламањa светлости
што се дешава када она прелази из једне оптичке средине
у други. Таласи путују различитим брзинама кроз различите медијуме (као што су
ваздух и вода), а ова разлика у брзини чини да се талас прелама када прелази из
једне у другу
средину. Како светлосни таласи путују из воде у ваздух, они се преламају, због чега
сламке изгледају савијене или сломљене.
Колико
ће светлосни зрак бити преломљен, при преласку из једне средине у другу зависи
од индекса
преламања. Шнелов
закон даје везу између скретања зрака и индекса преламања.
сл 2.
Слика 2 приказује зрак светлости
(црвена линија) који прелази из ваздуха (бело) у воду (плаво). Угао који гради светлосни зрак који улази у
неку средину са
нормалом на граничну површину назива упадни угао, θ1. Угао који гради
преломљени зрак са нормалом назива се преломни угао. θ2.
n1 sin θ1=
n2 sin θ2
n1 = индекс преламања средине 1
θ1 = упадни угао (степени или радијани)
n2 = индекс преламања средине 2
θ2 = угао преламања (степени или радијани)
На
основу Шнеловог
закона може
се закључити да што је већа разлика између индекса преламања две средине,
светлост више скреће
са свог првобитног правца.
У овом научном пројекту, користићете наведена објашњења за мерење концентрације шећера у бистром
течном раствору (нпр. сок од јабуке или прозирни сок) помоћу ласерског
показивача и шупље призме. Слика 3, приказује слику основне поставке
експеримента.
сл 3
Уместо
шупље стаклене призме можете користити пластичну кутију за паковање комада торте
aли ћете је окренути наопако како би у њу могли сипати течност или кутију
облика коцке али ћете занемарити део коцке иза дијагоналног пресека.
сл 3a
Када у призми нема течности, светлост из ласера ће пролазити право
кроз зид (слика 4) Рефракција се
дешава и на зидовима призме, али
зидови призме су толико танки да не можемо да видимо преламање.
сл 4.
Али, када се призма напуни течношћу, светлосни зрак из ласера се прелама два
пута, као што је приказано на слици 5.
сл
5.
Користећи подешавање приказано на сликама 3, 4 и 5,
извршићете мерења која вам омогућавају да израчунате угао минималног скретања, θmd. Угао
минималног одступања је најмањи могући угао између упадног зрака (црвена линија)
и излазног зрака (наранџаста линија), а јавља се када је светлост која пролази
кроз призму (пуна плава линија) паралелна са основом призме, као што је
приказано на слици 5.
Aко се
Шнелова једначина примени два пута (на уласку у призму и на изласку из
ње) и изврши њено алгебарско сређивање добија се једначина коју ћете користити.
n = nair × sin[0.5(θmd + γ )] / sin(0.5 γ )
nv – индекс преламања ваздуха
θmd
–
минимални угао
скретања светлосног зрака
γ – угао призме
Угао призме је потребно измерити. Уколико
користиш као призму део коцке овај угао ће бити око 90 o.
За мерење угла призме можеш користити
инклинометар из апликације phyphox или fizziq на телефону.
Кратко упутство за коришћење апликације
погледајте на видеу који можете наћи на следећем линку:
сл 6.
Напомена:
Урадите овај задатак на месту где можете да поставите сто близу равног зида или
прозора и где је дозвољено лепљење папира на зид или прозор.
На
слици 6, приказано је подешавања који ћете користити за мерење индекса
преламања течности. Овако би изгледало подешавање да га гледате одозго. (Имајте
на уму да дијаграм није у размери.)
Положите
ласерски показивач на сто. Ласерски показивач треба да буде постављен тако да
његов сноп (испрекидана црвена линија на слици 6) буде нормалан на оближњи зид.
Положите
комад папира испред ласерског показивача. Залепите га сигурном траком за сто.
Папир ће се користити за означавање где ласерски зрак улази и излази из призме.
Поставите
призму на врх папира, неколико центиметара испред ласерског показивача. Једна
од страна призме треба да лежи на папиру, као што је приказано на слици 7.
Користећи оловку, оцртајте око основе призме. Ако померите призму, увек је
вратите на првобитно место пре него што је ротирате.
Подесите
висину ласерског показивача комадима картона све док ласерски сноп не пада на
око половине стране призме. Погледајте слике 7 и 8.
сл
7.
сл
8.
Залепите
картон за сто, а затим залепите ласерски показивач на картон. Уверите се да се
ни картон ни ласерски показивач не могу померити. Ако се положај
ласерског показивача промени, ваша мерења неће бити тачна.
Залепите
велики комад папира на зид испред ласерског показивача. Овај папир ћете
користити да означите где ласерски зрак удара у зид.
Да
бисте измерили угао минималног одступања, θmd, потребно је да обележите
неколико тачака и измерите растојања између неких од ових тачака. Слика 9, је
детаљнији приказ призме и зида. Приказује све тачке које треба да означите да
бисте измерили угао минималног одступања, θmd. Процедура у наставку објашњава
како означити ове тачке и одредити угао минималног одступања, θmd.
сл
9.
Када
је призма празна (испуњена само ваздухом), њено постављање на путању ласера не
би требало да преусмери зрак. Укључите ласер и означите место где зрак удара у
папир залепљен за зид. Означите ово као тачку b (слика 9).
Савет
за решавање проблема: Пре тестирања новог решења, укључите ласер и усмерите
светлост кроз празну призму да бисте били сигурни да ласерски зрак и даље
погађа тачку b.
Подесите положај ласера, ако је потребно, све док неусмерени зрак не погоди
тачку b.
Са
празном призмом означите где сноп улази у призму на папиру на коме призма седи
(тачка d на слици 9). Означите то тачком d.
Док
је призма још празна, означите где ласерски зрак излази из призме на папиру на
коме се призма налази (слика 9). Означите то тачком е.
Искључите
ласер. Напуните призму обичном водом. Ако сте померили призму да бисте је
напунили водом, вратите је на обрис који сте направили на комаду папира. Поново
укључите ласер.
Ротирајте
призму тако да путања преломљеног зрака унутар призме (пуна плава линија од d
до f на слици 9) буде паралелна са основом призме, страницом призме на којој
ласерски зрак не удара у њу.
Ротирајте
призму све док равна која повезује те две тачке не буде паралелна са страницом
призме коју ласерски сноп не погађа.
Када
је призма правилно ротирана, означите позицију на којој излазни сноп удара у
папир залепљен за зид (слика 9). Означите то тачком а.
На
папиру на столу означите тачку где сноп излази из призме (тачка f на слици 9).
Сада
можете померити призму у страну. Оставите папире залепљене на месту.
Користите
лењир да нацртате праву од тачке d до тачке е. Ово означава путању нескренутог
снопа.
Затим
продужите линију од тачке а (на зиду) до тачке f (на столу). Означите тачку
где линија сече праву између d и е. Ово је тачка c.
Измерите
растојање између тачака а и b. Ово
је растојање k (види слику 9).
Измерите
растојање између тачака b и c и запишите. Ово
је растојање L (види слику 9).
k/L = tg θmd
θmd = arc tg k/L
ПРОЦЕДУРА
Направићете
три раствора шећерне воде, користећи количине шећера и воде приказане у табели
1. Користите дигиталну вагу да одмерите одговарајућу количину шећера.
Савет: Коришћење топле воде ће помоћи да се шећер брже раствори.
Помешајте
сваки од раствора у табели 1 у градуираном цилиндру или посуди за мерење
течности, мешајте да бисте растворили шећер. Када су раствори направљени и
шећер потпуно растворен, одвојите 20% и 30% раствор и напуните призму са што је
могуће више 10% раствора шећера.
Измерите
индекс преламања 10% раствора шећера (пратећи горе наведени поступак). Поновите
мерења још 4 пута за 10% раствор шећера, за укупно 5 понављања. Почните са
новим комадом папира да означите тачке на слици 9 за свако мерење. Израчунајте
средњу вредност добијених резултата.
Испразните
призму и исперите је обичном водом. Затим поновите поступак користећи 20% а
затим 30% раствор шећера.
Када
рачунате индекс преламања, своје резултате заокружите на четири цифре иза
зареза. Своје резултате упишите у претходно припремљену табелу. За добијене
вредности нацртајте график зависности индекса преламања од концентрације.
Сада
измерите индекс преламања раствора са непознатом концентрацијом шећера (нпр.
бистро безалкохолно пиће или воћни сок). Ако мерите газирани напитак, уверите
се да нема мехурића на путу ласера (по потреби их нежно померите са стране
чаше).
Са
индексом преламања непознатог раствора, у комбинацији са подацима које имате из
ваших познатих раствора шећера, требало би да будете у могућности да процените
концентрацију шећера у непознатом раствору.
Истражи
и одговори на питања:
2. Како се разликују дијабетес типа 1 и дијабетеса типа 2? По чему су слични?
3. Шта узрокује хипогликемију и хипергликемију?
4. У којим ситуацијама особа са дијабетесом може да добије ињекцију инсулина?
5. Који су типични нивои глукозе у крви код особе без дијабетеса? Шта је са особама са дијабетесом?
6. Како вежбање може утицати на ниво глукозе у крви особе? Како храна утиче на њихову вредност?
Коментари
Постави коментар