Dzięki zestawowi prezentującemu diabelską pętlę (lub pętlę śmierci) można wyjaśnić, dlaczego kolejka górska (roller coaster) może bezpiecznie przejeżdżać przez pionowe pętle, kiedy to jej pasażerowie poruszają się do góry nogami. Przy okazji uczeń lepiej poznaje mechanikę, wykorzystując siłę dośrodkową i zasadę zachowania energii mechanicznej w polu grawitacyjnym do wyjaśnienia zjawiska.
Budowa/Opis techniczny
Zestaw składa się z drewnianej podstawy o wymiarach 40 cm x 10 cm i wysokości 3 cm, aluminiowego toru o wysokości ok. 52 cm i rozpiętości ok. 43 cm z pętlą o średnicy 21 cm, zakończonego plecionym koszyczkiem łapiącym kulkę praktycznie bezszelestnie oraz dwóch pełnych kulek stalowych o promieniach 16 mm i 19 mm i masach odpowiednio ok. 16,5 g oraz 28,5 g.
Po wyciągnięciu z pudełka zestaw należy złożyć, co sprowadza się do odkręcenia plastikowej nakrętki przy końcu aluminiowego toru (od spodu), ustawienia toru pionowo na podstawie, plecionym koszyczkiem na dole po stronie otworów w podstawie (śruba z odkręconą nakrętką przechodzi przez otwór bliższy środka podstawy, drugi otwór to miejsce na mocowanie plecionego koszyczka). Pętla toru powinna zostać wpasowana w wyżłobienia dwóch wystających z podstawy pionowo do góry kołków. Od spodu toru przykręcamy plastikową nakrętkę, mocując tym samym tor do podstawy.
Działanie
Wykorzystując jedną z kulek szukamy miejsca na równi, z którego należy ją wypuścić aby kulka pokonała bezpiecznie pętlę, nie odrywając się od niej. Oczywiście wysokość początkowa będzie większa niż teoretyczna (2,7 promienia pętli dla toczącej się bez poślizgu kuli) ze względu na straty energii podczas toczenia. Można łatwo pokazać ich istnienie i wielkość, puszczając kulkę z równi na wysokości górnego poziomu toru i obserwując, na jaką wysokość wzniesie się w pętli. Możemy zmienić kulkę aby zbadać zależność minimalnej wysokości potrzebnej do przebycia pętli od rodzaju kulki.
Dodatkowym ciekawym doświadczeniem może być użycie obu kulek: jedna z nich leży na dole pętli, drugą upuszczamy z góry. Po dyskusji na temat możliwych scenariuszy wykonujemy doświadczenie upuszczając większą kulkę z równi aby uderzyła w mniejszą, potem na odwrót. Znajdujemy (lub nie) miejsca startowe na równi, dzięki którym kulka uderzana pokonuje pętlę i komentujemy uzyskane wyniki.
Kolejnym wykorzystaniem może być demonstracja skutków zderzeń sprężystych ciał o różnych masach: jedną z kulek umieszczamy na torze za pętlą, mniej-więcej w połowie długości prostego odcinka między koszyczkiem i kołkiem. Drugą kulkę upuszczamy ze szczytu równi (ma przejechać przez pętlę bez przeszkód). Doskonale widać, że jeżeli kula cięższa uderza w lżejszą to nie wytraca całej prędkości zaś jeśli lżejsza w cięższą to ta pierwsza odbija się od drugiej, poruszając się wstecz z poślizgiem (choć kręci się nadal tak, jak się kręciła – do przodu, po krótkiej chwili tarcie kinetyczne zatrzymuje ruch postępowy kulki i powoduje jej ruch do przodu, bez poślizgu). Zjawiska zderzeń z wyłączeniem ruchu obrotowego, również ilościowo, mogą być zademonstrowane dzięki Zestawowi nr 148 (Tor powietrzny).
Przykładowe wykorzystanie pomocne w realizacji podstawy programowej z fizyki
III etap edukacyjny, punkt 2., podpunkt 5). „Uczeń stosuje zasadę zachowania energii mechanicznej".
Wygląd produktu na zdjęciu może odbiegać od wyglądu produktu w rzeczywistości.
