Mechanika II Zestaw do doświadczeń uczniowskich

Transkrypt

1 Mechanika II Zestaw do doświadczeń uczniowskich Nr katalogowy:

2 1. Ruch jednostajny prostoliniowy (1) Materiały: Tor 1000 mm (1), para stopek do toru (3), suwak zaciskowy x2 (4), wózek z napędem (9), wyzwalacz elektryczny (12), moduł pomiarowy CorEx Log Qt (13a), kabel czujnika (13d), zderzak na pręcie x2 (31). Doświadczenie Montujemy stopki w profilu toru. Zakładamy suwaki po obu stronach szyny i osadzamy zderzaki w ich środkowych otworach. Następnie umieszczamy wózek na torze (jak na zdjęciu powyżej), tak, aby stykał się ze zderzakiem. Za pomocą kabla podłączamy wyzwalacz do modułu pomiarowego i ustawiamy go w tryb pomiaru Stopwatch A to A. Poprzez przesunięcie dźwigienki w pozycję v 1 uruchamiamy wózek. Gdy osiągnie dystans 20 cm uruchamiamy licznik naciskając przycisk wyzwalacza. Zatrzymujemy go na dystansie 30 cm przez ponowne naciśnięcie przycisku. Odczytujemy wynik pomiaru i zapisujemy go razem z drogą, jaką w tym czasie pokonał wózek. Proces ten powtarzamy dla różnych dystansów. Dane zestawiamy w tabeli. Pozycja start/stop [cm] Droga s[m] Czas t[s] 20/30 20/40 20/50 20/60 20/70 20/80 12

3 Następnie kreślimy krzywą zależności drogi s w funkcji czasu t wg zebranych w tabeli wartości. s Pytania: 1. Co to jest ruch jednostajny? 2. Co to jest ruch liniowy? 3. Oblicz czas, jak zajmie wózkowi przebycie dwukrotnie większego dystansu. 4. Oblicz czas, jak zajmie wózkowi przebycie trzykrotnie większego dystansu. 5. Opisz zależność odległości (drogi) i czasu w przypadku jednostajnego ruchu prostoliniowego. 6. Jaki charakter ma wykres zależności zmierzonych wartości s=f[t]? 13

4 2. Ruch jednostajny prostoliniowy (2) Materiały: Tor 1000 mm (1), para stopek do toru (3), suwak zaciskowy x2 (4), pręt z gwintem (7c), fotobramka x2 (8a), wózek z napędem (9), uchwyt fotobramki x2 (10), moduł pomiarowy CorEx Log Qt (13a), kabel czujnika x2 (13d), zderzak na pręcie x2 (31). Doświadczenie Luzujemy śruby mocujące uchwyty fotobramek tak, by można było je zamontować na torze wsuwając w profil i umożliwić ich przesunięcie w dowolne miejsce. Następnie montujemy stopki i przykręcamy fotobramki do uchwytów za pomocą śrubek radełkowanych. Zakładamy suwaki zaciskowe na obu końcach toru, a w nich osadzamy zderzaki, wykorzystując ich środkowe otwory (umożliwiające unieruchomienie ich na szynie). W otwór na powierzchni wózka wkręcamy pręt z gwintem, po czym wózek umieszczamy na torze w ten sposób, by dotykał zderzaka na lewym końcu toru. Jedną z fotobramek ustawiamy dokładnie na dystansie 20 cm i unieruchamiamy dokręcając śrubkę statywu do profilu toru. Następnie podłączamy ją do wejścia A modułu pomiarowego za pomocą załączonego kabla (13d). Drugą fotobramkę ustawiamy na dystansie 30 cm i podłączamy do wejścia B modułu pomiarowego. Wybieramy tryb pomiarowy Time from A to B. Uruchamiamy wózek poprzez przesunięcie dźwigienki w pozycję v 1. Odczytujemy czas jaki zajęło mu przebycie drogi z punktu A do punktu B. Zmieniamy dystans pomiarowy przez przesunięcie fotobramki podłączonej do wejścia B i powtarzamy doświadczenie dla kilku rożnych wariantów. Wyniki zestawiamy w tabeli. 14

5 Dane zestawiamy w tabeli. Pozycje fotobramek [cm] Droga s[m] Czas t[s] 20/30 20/40 20/50 20/60 20/70 20/80 Posługując się danymi z tabeli kreślimy krzywą zależności drogi s w funkcji czasu t. s Pytania: 1. Co to jest ruch jednostajny? 2. Co to jest ruch liniowy? 3. Oblicz czas, jak zajmie wózkowi przebycie dwukrotnie większego dystansu. 4. Oblicz czas, jak zajmie wózkowi przebycie trzykrotnie większego dystansu. 5. Opisz zależność odległości (drogi) i czasu w przypadku jednostajnego ruchu prostoliniowego. 6. Jaki charakter ma wykres zależności zmierzonych wartości s=f[t]? 15

6 5. Prędkość chwilowa (1) Materiały: Tor 1000 mm (1), para stopek do toru (3), suwak zaciskowy x2 (4), wózek z ciężarkiem i prętem z gwintem (7abc), fotobramka x2 (8a), wózek z napędem (9), uchwyt fotobramki x2 (10), moduł pomiarowy CorEx Log Qt (13a), kabel czujnika x2 (13d), klin x2 (14), zderzak na pręcie x2 (31). Doświadczenie Poluzowujemy śruby uchwytów fotobramek, tak by móc je swobodnie zamontować w profilu toru i zapewnić możliwość ich przesuwania po szynie. Zakładamy stopki, a następnie umieszczamy dwa kliny pod lewym końcem toru powodując jej nachylenie względem podłoża (kąt nachylenia powinien być zachowany dla każdego doświadczenia danej serii). Za pomocą śrubek radełkowanych przykręcamy foptobramki do ich statywów oraz zakładamy na torze suwaki zaciskowe, w których osadzamy zderzaki. Jedną z fotobramek przytwierdzamy na dystansie 20 cm i podłączamy za pomocą kabla do wejścia A modułu pomiarowego Drugi z czujników umieszczamy na dystansie 30 cm i podłączamy do wejścia B modułu. Ustawiamy tryb pomiarowy Speed from A to B oraz dystans Distance 100 mm. Wykorzystując ciężarek, mocujemy na wózku pręt z gwintem. Umieszczamy Umieść wózek na początku toru, tak by stykał się ze zderzakiem i przytrzymujemy go palcem. Zwolnienie nacisku palca powoduje wprowadzenie wózka w płynny ruch i uruchomienie cyklu pomiarowego Modułu CorEx Log Qt. Odczytujemy zmierzoną prędkość i notujemy wynik w tabeli. Powtarzamy pomiar dla kolejnych dystansów. 21

7 Punkt pomiarowy w odl. [m] 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Prędkość v[m/s] Pytania: 1. Co rozumiemy przez prędkość chwilową ciała? 2. Dlaczego tak ważne jest, by pomiarów prędkości chwilowej ciała dokonywać dla możliwie małych odcinków drogi, którą to ciało przebyło? 3. Czy w doświadczeniu tym wózek porusza się ruchem prostoliniowym jednostajnym? Jeśli nie, jaka jest różnica pomiędzy jego ruchem, a jednostajnym ruchem prostoliniowym? 6. Prędkość chwilowa (2) Materiały: Tor 1000 mm (1), para stopek do toru (3), suwak zaciskowy x2 (4), wózek z ciężarkiem i prętem z gwintem (7abc), fotobramka (8a), wózek z napędem (9), uchwyt fotobramki (10), moduł pomiarowy CorEx Log Qt (13a), kabel czujnika (13d), klin x2 (14), zderzak na pręcie x2 (31), ekran wyzwalający, 30 mm (38). 22

8 Doświadczenie Poluzowujemy śruby dociskowe uchwytów fotobramek i osadzamy je w profilu toru zapewniając możliwość ich swobodnego przesuwania po szynie. Montujemy stopki, na których spoczywa profil, po czym wsuwamy pod jego lewy koniec dwa złożone ze sobą kliny, powodując nachylenie toru względem podłoża. Dla każdego doświadczenia w serii kąt pochylenia powinien być taki sam. Na końcach toru umieszczamy suwaki zaciskowe, w których osadzamy zderzaki. Montujemy fotobramkę na statywie, który dokręcamy do toru dokładnie na dystansie 20 cm. Podłączamy ją za pomocą załączonego kabla do gniazda A modułu CorEx Log Qt i wybieramy tryb pomiarowy speed at A oraz dystans adekwatny do zastosowanego ekranu pomiarowego, tj. 30 mm. Na powierzchni wózka montujemy pręt z gwintem, do którego mocujemy flagę (ekran) pomiarową. Wózek umieszczamy na torze, na styku ze zderzakiem i przytrzymujemy palcem. Doświadczenie rozpoczynamy zdejmując palec z wózka, który zaczyna się płynnie toczyć po szynie. Odczytujemy wynik pomiaru i odnotowujemy go w tabeli, odpowiednio do położenia punktu, w którym umieszczony jest czujnik ruchu. Powtarzamy procedurę dla kilku różnych położeń fotobramki. Punkt pomiarowy w odl. [m] 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Prędkość v[m/s] Ekran pomiarowy niewielkiej długości umożliwia dokładny pomiar prędkości chwilowej w dowolnym położeniu czujnika. Pytania: 1. Co rozumiemy przez prędkość chwilową ciała? 2. Dlaczego tak ważne jest, by pomiarów prędkości chwilowej ciała dokonywać dla możliwie małych odcinków drogi, którą to ciało przebyło? 3. Czy w doświadczeniu tym wózek porusza się ruchem prostoliniowym jednostajnym? Jeśli nie, jaka jest różnica pomiędzy jego ruchem, a jednostajnym ruchem prostoliniowym? 23