159 - Δυνάμεις.

66
Γουρζής Στάθης - Φυσικός ΥΣΕΦΕ 2013 -2014 Γενικό Λύκειο Νυδριού 159 - Δυνάμεις

description

Πείραμα μέτρησης και υπολογισμού δυνάμεων ...

Transcript of 159 - Δυνάμεις.

Page 1: 159 - Δυνάμεις.

Γουρζής Στάθης - Φυσικός ΥΣΕΦΕ 2013 -2014 Γενικό Λύκειο Νυδριού

159 - Δυνάμεις

Page 2: 159 - Δυνάμεις.

Σε αυτό το πείραμα θα δημιουργήσουμε και θα μετρήσουμε

δυνάμεις σε δύο σώματα, χρησιμοποιώντας

τον εξοπλισμό του εργαστηρίου.

Page 3: 159 - Δυνάμεις.

Θα χρησιμοποιήσουμε μαγνήτες και πετονιά, για να κατασκευάσουμε την διάταξη των σωμάτων …

Page 4: 159 - Δυνάμεις.

… μια μεταλλική βάση στήριξης με μεταλλικές ράβδους, ένα σύνδεσμο και ένα σφιγκτήρα, για να στερεώσουμε τον αισθητήρα της δύναμης του Multilog ...

Page 5: 159 - Δυνάμεις.

… και μια μεταλλική βάση στήριξης με μεταλλικές ράβδους, ένα σύνδεσμο και ένα σφιγκτήρα, μαζί με ένα μοιρογνωμόνιο και ένα αλφάδι, για να μετρήσουμε γωνίες.

Page 6: 159 - Δυνάμεις.

Ακόμα θα χρησιμοποιήσουμε την ζυγαριά ακριβείας του εργαστηρίου, για να μετρήσουμε μάζες ...

Page 7: 159 - Δυνάμεις.

… το Multilog με τον αισθητήρα της δύναμης ...

Page 8: 159 - Δυνάμεις.

… και τον Η/Υ του εργαστηρίου.

Page 9: 159 - Δυνάμεις.

Ξεκινάμε φτιάχνοντας μια διάταξη,που αποτελείται από έναν μικρό μεταλλικό δακτύλιο ...

Page 10: 159 - Δυνάμεις.

… και ένα μικρό κομμάτι πετονιάς ...

Page 11: 159 - Δυνάμεις.

… με το οποίο τον συνδέουμε από την μια άκρη ...

Page 12: 159 - Δυνάμεις.

… ενώ στην άλλη άκρη σχηματίζουμε ένα μικρό κόμπο ...

Page 13: 159 - Δυνάμεις.

… για να αναρτήσουμε τον δακτύλιο από την μια βάση στήριξης, την οποία και συναρμολογούμε.

Page 14: 159 - Δυνάμεις.

Χρησιμοποιούμε τον σφιγκτήρα για να στερεώσουμε καλά την μεταλλική βάση …

Page 15: 159 - Δυνάμεις.

… και ανοίγουμε το Multilog.

Page 16: 159 - Δυνάμεις.

Συνδέουμε τον αισθητήρα της δύναμης με το ειδικό καλώδιο σύνδεσης ...

Page 17: 159 - Δυνάμεις.

… και το καλώδιο το συνδέουμε στο Multilog …

Page 18: 159 - Δυνάμεις.

… στην 1η ελεύθερη θύρα του.

Page 19: 159 - Δυνάμεις.

Πατάμε « Port » και βλέπουμε

στην οθόνη « My Sensors », που σημαίνει ότι

ο αισθητήρας έχει εγκατασταθεί σωστά …

… και ύστεραπατώντας « Range»

επαληθεύουμε το εύρος τιμών, για τον συγκεκριμένο αισθητήρα.

Page 20: 159 - Δυνάμεις.

Πατάμε « Rate », μέχρι να δούμε στην οθόνη « 10/Sec »,

που σημαίνει ότι ο αισθητήρας θα παίρνει 10 μετρήσεις σε κάθε δευτερόλεπτο …

… και πατάμε « Samples », μέχρι να δούμε

στην οθόνη « Samples = 50 », που σημαίνει ότι ο αισθητήρας

θα πάρει συνολικά 50 μετρήσεις.

Page 21: 159 - Δυνάμεις.

Προσαρμόζουμε τον αισθητήρα της δύναμης στην μεταλλική ράβδο …

Page 22: 159 - Δυνάμεις.

… και στερεώνουμε καλά, σφίγγοντας την πλαστική βίδα του.

Page 23: 159 - Δυνάμεις.

Κατόπιν αναρτούμε τον μεταλλικό δακτύλιο με την πετονιά, από τον μικρό γάντζο που έχει ο αισθητήρας …

Page 24: 159 - Δυνάμεις.

… και ξεκινάμε το πρόγραμμα DB –Lab ...

Page 25: 159 - Δυνάμεις.

… που επικοινωνεί με το Multilog και το Computer.

Page 26: 159 - Δυνάμεις.

Πάμε στο μενού « Καταγραφέας », στην επιλογή « Πίνακας Ελέγχου » …

Page 27: 159 - Δυνάμεις.

… και επαληθεύουμε τις ρυθμίσεις που έχουμε κάνει χειροκίνητα.

Page 28: 159 - Δυνάμεις.

Συναρμολογούμε, τώρα, την δεύτερη βάση στήριξης,με την μεταλλική λαβίδα …

Page 29: 159 - Δυνάμεις.

… ώστε να στερεώσουμε πάνω σε αυτή, το μοιρογνωμόνιο …

Page 30: 159 - Δυνάμεις.

… με τέτοιο τρόπο, ώστε να είναι όσο το δυνατόν καλύτερα ευθυγραμμισμένο.

Page 31: 159 - Δυνάμεις.
Page 32: 159 - Δυνάμεις.

… το οποίο το στερεώνουμε με μονωτική ταινία ...

Page 33: 159 - Δυνάμεις.

… την οποία κόβουμε και στερεώνουμε πάνω στη μεταλλική ράβδο ...

Page 34: 159 - Δυνάμεις.
Page 35: 159 - Δυνάμεις.

Για τον ίδιο λόγο σφηνώνουμε και το νυστέρι, στο μικρό,αλλά σημαντικό κενό,

που διαπιστώνουμε, ανάμεσα στον σύνδεσμο και την όρθια μεταλλική ράβδο.

Page 36: 159 - Δυνάμεις.

Η ευθυγράμμιση είναι σε καλό επίπεδο …

Page 37: 159 - Δυνάμεις.

… και έτσι έχουμε σχεδόν ολοκληρώσει την πειραματική μας διάταξη.

αισθητήραςτης δύναμης

μοιρογνωμόνιο

μεταλλικός δακτύλιος Multilog

ζυγαριά

Page 38: 159 - Δυνάμεις.

Εδώ από άλλη οπτική γωνία ...

μοιρογνωμόνιο

αισθητήραςτης δύναμης

Multilog

μεταλλικός δακτύλιος

ζυγαριά

Page 39: 159 - Δυνάμεις.

Ανοίγουμε και την ζυγαριά …

Page 40: 159 - Δυνάμεις.

… και συναρμολογούμε μια άλλη βάση στήριξης, για να στερεώσουμε τον μαγνήτη …

Page 41: 159 - Δυνάμεις.

… που θα χρησιμοποιηθεί για να εφαρμόσουμε δύναμη έλξης, …

Page 42: 159 - Δυνάμεις.

… πάνω στον μεταλλικό δακτύλιο.

Page 43: 159 - Δυνάμεις.

Από την στιγμή που θα τραβήξει ο μαγνήτης τον δακτύλιο και θα υπάρχει ισορροπία …

Page 44: 159 - Δυνάμεις.

… μπορούμε να υπολογίσουμε τις δυνάμεις,που ασκούνται στα σώματα …

Page 45: 159 - Δυνάμεις.

… από την γεωμετρία του σχήματος.

Page 46: 159 - Δυνάμεις.
Page 47: 159 - Δυνάμεις.

Μπορούμε ακόμα να μετρήσουμετην μια από αυτές τις δυνάμεις, την Τ,

αλλά και την γωνία θ που μας χρειάζεται για να υπολογίσουμε την μάζα του δακτυλίου, με

δεδομένο ότι η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι g = 9.81 m / s2 …

Page 48: 159 - Δυνάμεις.

Για μεγαλύτερη ακρίβεια, στην μέτρηση της γωνίας, θα χρησιμοποιήσουμε το laser, ...

Page 49: 159 - Δυνάμεις.

… και μια άλλη βάση στήριξης …

Page 50: 159 - Δυνάμεις.

… με μια μεταλλική λαβίδα, όπου και θα το στερεώσουμε καλά.

Page 51: 159 - Δυνάμεις.

Ευθυγραμμίζουμε το laser με την πετονιά ...

Page 52: 159 - Δυνάμεις.

… και παίρνουμε μια καλή εκτίμηση, ...

Page 53: 159 - Δυνάμεις.

… ως προς την μέτρηση της γωνίας.

Page 54: 159 - Δυνάμεις.

Ταυτόχρονα, δεν ξεχνάμε να ελέγχουμε και την ευθυγράμμιση του μοιρογνωμονίου.

Page 55: 159 - Δυνάμεις.

Η μέτρηση της γωνίας, που σχηματίζει η πετονιά με την κάθετη στο επίπεδο του πάγκου, όπου και βρίσκεται τοποθετημένη η πειραματική μας διάταξη,

γίνεται με το μοιρογνωμόνιο και μας δίνει θ = 40ο.

θ

Page 56: 159 - Δυνάμεις.

Ζυγίζουμε και το μεταλλικό δακτύλιο και τον βρίσκουμε : m = 5,9 g ή m = 0,0059 Kg.

Page 57: 159 - Δυνάμεις.

Ξεκινάμε το Multilog ...

Page 58: 159 - Δυνάμεις.

… και μετράμε την δύναμη που ασκείται από την πετονιά, Τ = 0,09 Ν.

Page 59: 159 - Δυνάμεις.

θ

Τ

Αυτή είναι η δύναμη που « αντιλαμβάνεται » ο αισθητήρας …

Page 60: 159 - Δυνάμεις.

Τ

θ

… όταν το σύστημα των δύο σωμάτων, παραμένει ακίνητο.

Page 61: 159 - Δυνάμεις.

Εδώ να σημειώσουμε ότι, για την τεντωμένη πετονιά, μπορούμε να έχουμε και άλλες μετρήσιμες τιμές για την δύναμη Τ. ( Από Τ = 0,07 Ν έως Τ= 0,12 Ν περίπου ) .

Το γεγονός ότι ανάμεσα σε αυτό το εύρος τιμών, υπάρχει τιμή για την δύναμη Τ, ( Τ = 0,09 Ν ), που μας παρέχει πολύ μεγάλη ακρίβεια μετρήσεων και υπολογισμών,

δείχνει και τα περιθώρια βελτίωσης του πειράματος,όπως είναι η χρήση πιο κατάλληλου νήματος για την ανάρτηση του μεταλλικού δακτυλίου.

Page 62: 159 - Δυνάμεις.

Έτσι λοιπόν, με δεδομένη την τιμή του συνημιτόνου της γωνίας θ = 40ο , στο συνθ = 0,6669 …

Page 63: 159 - Δυνάμεις.

… και με δεδομένη την τιμή της επιτάχυνσης της βαρύτητας g = 9,81 m / s2 …

… βρίσκουμε πρώτα αυτό το αποτέλεσμα …

Page 64: 159 - Δυνάμεις.

( )

… που είναι ο αριθμητής του κλάσματος …

… και με την διαίρεση,την μάζα του μεταλλικού δακτυλίου.

Page 65: 159 - Δυνάμεις.

Η τιμή της μάζας που υπολογίσαμε,σε σύγκριση με αυτή που ζυγίσαμε,

παρουσιάζει μικρό, σχετικά,σφάλμα της τάξης του Σ = 3.278 % …

… πράγμα που σημαίνει ότι η ευαισθησία του αισθητήρα της δύναμης, είναι ιδιαίτερα υψηλή και αξιόπιστη.

Page 66: 159 - Δυνάμεις.

Τέλος πειράματος ...