163 - Πείραμα Ορμής - 2

Γουρζής Στάθης – Φυσικός ΥΣΕΦΕ 2013 - 2014 Εργαστήρια Φυσικών Επιστημών Νυδριού Λευκάδος

Στο σημερινό πείραμα θα μετρήσουμε την ορμή ενός σώματος ,

καθώς και την μεταβολή της ορμής του, λόγω της αντίστοιχης

μεταβολής της ταχύτητάς του …

Θα χρησιμοποιήσουμε ένα αμαξίδιο, με το ελατήριό του …

… σφιγκτήρες και το ξύλινο « φρένο » για τις κρούσεις …

… και τον βερνιέρο, μια μπατονέτα και λίγη πλαστελίνη, για να διασκευάσουμε λίγο το αμαξίδίο μας.

Ακόμα θα χρησιμοποιήσουμε δύο μεταλλικές βάσεις στήριξης, με δύο μικρές μεταλλικές ράβδους και δύο συνδέσμους , για να στερεώσουμε τις δύο φωτοπύλες του Multilog ...

… μια παλιά μεταλλική βάση στήριξης, για να στερεώσουμε τον αισθητήρα

της δύναμης του Multilog ...

… τη ζυγαριά ακριβείας του εργαστηρίου ...

… και το Multilog, με τα ειδικά καλώδια σύνθεσης των αισθητήρων ...

… συνδεδεμένο με τον Η/Υ του εργαστηρίου.

Ξεκινάμε στερεώνοντας το ξύλινο εμπόδιο, στην μια άκρη του τραπεζιού …

… μετράμε την διάμετρο της μπατονέτας …

d = 2,7 mm

… και την τοποθετούμε στο ένα άκρο του αμαξιδίου, στερεώνοντάς τη με λίγη πλαστελίνη.

Ανοίγουμε το Multilog …

… και συνδέουμε τον αισθητήρα της δύναμης με το ειδικό καλώδιο σύνδεσης,

από την μια άκρη ...

… ενώ την άλλη άκρη του καλωδίου, τη συνδέουμε στο Multilog ...

… στην 1η ελεύθερη θύρα του.

Συνδέουμε την 1η φωτοπύλη με το ειδικό καλώδιο σύνδεσης …

… ενώ την άλλη άκρη του καλωδίου, τη συνδέουμε στο Multilog ...

… στην 2η ελεύθερη θύρα του.

Συνδέουμε τώρα την 2η φωτοπύλη με το ειδικό καλώδιο σύνδεσης …

… και την άλλη άκρη του καλωδίου, τη συνδέουμε και αυτή στο Multilog ...

… στην 3η ελεύθερη θύρα του.

Συναρμολογούμε τις μεταλλικές βάσεις …

… και τις τοποθετούμε σε τέτοιες θέσεις …

… ώστε να βρίσκονται κοντά στην πορεία του αμαξιδίου,

πάνω στον πάγκο.

Τοποθετούμε τον αισθητήρα της δύναμης, στη ειδική μεταλλική βάση στήριξης, έτσι ώστε να βρίσκεται στο ίδιο ύψος

με το ελατήριο του αμαξιδίου ...

… και βάζουμε την 1η φωτοπύλη στη πρώτη μεταλλική βάση στήριξης …

… έτσι ώστε να βρίσκεται πολύ κοντά στο σημείο εκκίνησης του αμαξιδίου.

Την 2η φωτοπύλη, την τοποθετούμε στην άλλη μεταλλική βάση στήριξης …

… ώστε να βρίσκεται πολύ κοντά στο σημείο τερματισμού του αμαξιδίου.

Ευθυγραμμίζουμε τις φωτοπύλες με την πορεία του αμαξιδίου,

πάνω στον πάγκο ...

… και ολοκληρώνουμε έτσι, την πειραματική μας διάταξη.

Ξεκινάμε το πρόγραμμα DB – Lab ...

… που επικοινωνεί με το Multilog και το Computer ...

… κάνουμε ρυθμίσεις δειγματοληψίας και συνολικής χρονικής διάρκειας του πειράματος …

.. και ζυγίζουμε το αμαξίδιο.

m = 0,4573 Kg

Τοποθετούμε το ελατήριο στην 1η θέση …

… και πατώντας την έναρξη των μετρήσεων στο Multilog, κάνουμε την πρώτη διαδρομή του αμαξιδίου.

Στη γραφική παράσταση, με το κόκκινο χρώμα, μετράμε την δύναμη που ασκείται στο αμαξιδίο,

κατά την εκκίνηση του.

F1 = 42,221 N

Τοποθετούμε το ελατήριο στην 2η θέση …

… και πατώντας πάλι την έναρξη των μετρήσεων στο Multilog, κάνουμε την δεύτερη διαδρομή του αμαξιδίου.

Στη γραφική παράσταση, με το κόκκινο χρώμα, μετράμε πάλι την δύναμη που ασκείται στο αμαξιδίο,

κατά την εκκίνηση του.

F2 = 24,594 N

Οι δύο φωτοπύλες, που δεν μας έδωσαν μετρήσεις ταυτόχρονα

με τον αισθητήρα της δύναμης, στη γραφική παράσταση με το πράσινο χρώμα,

μας δείχνουν …

… χρησιμοποιώντας την μεγέθυνση …

… από το μενού «Προβολή» του προγράμματος …

… ότι ο χρόνος διέλευσης του αμαξιδίου, στην εκκίνηση, από την 1η φωτοπύλη …

t1= 4 ms

t1= 16 ms

… διαφέρει κατά πολύ από τον χρόνο διέλευσης του αμαξιδίου, στον τερματισμό, από την 2η φωτοπύλη .

Αν κάνουμε τους υπολογισμούς για αυτές τις τιμές , η τιμή της δύναμης που υπολογίζουμε απέχει πολύ, από αυτή που μέτρησε ο αισθητήρας της δύναμης,

και για τις δύο τιμές της, (θέσεις στο αμαξίδιο).

Η αρχική ιδέα για τον υπολογισμό της δύναμης, μέσα από την μεταβολή της ορμής εγκαταλείπεται εκ νέου,

λόγω της πολύ σημαντικής τριβής που αναπτύσσεται ανάμεσα στο τραπέζι και το αμαξίδιο.

ρ = m.v

ρ1 =m.v1

ρ2 = m.v2

Δρ = ρ2 - ρ1

v1 = d / t1

v2 = d / t2

m = 0,4573Kg d = 2,7 mm t1 = 4 ms

t2 = 16 s Δt = 0,6 s

F =Δρ / Δt

Τέλος πειράματος .