Ćw. 5. Wyznaczanie współczynnika sprężystości przy pomocy wahadła sprężynowego

Podobne dokumenty
Ćw. 5. Badanie ruchu wahadła sprężynowego sprawdzenie wzoru na okres drgań

WYZNACZANIE PRZYSPIESZENIA ZIEMSKIEGO ZA POMOCĄ WAHADŁA RÓŻNICOWEGO

WAHADŁO SPRĘŻYNOWE. POMIAR POLA ELIPSY ENERGII.

F - wypadkowa sił działających na cząstkę.

Część 1 7. TWIERDZENIA O WZAJEMNOŚCI 1 7. TWIERDZENIA O WZAJEMNOŚCI Twierdzenie Bettiego (o wzajemności prac)

Wyznaczanie współczynnika sztywności zastępczej układu sprężyn

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne

=(u 1.,t) dla czwórnika elektrycznego dysypatywnego o sygnale wejściowym (wymuszeniu) G k. i sygnale wyjściowym (odpowiedzi) u 2

SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA

AUTOMATYKA I STEROWANIE W CHŁODNICTWIE, KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWIE L3 STEROWANIE INWERTEROWYM URZĄDZENIEM CHŁODNICZYM W TRYBIE PD ORAZ PID

XLI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

Identyfikacja oporu wiskotycznego z uwzględnieniem wpływu tarcia suchego

Kier. MTR Programowanie w MATLABie Laboratorium Ćw. 12

Siła jest przyczyną przyspieszenia. Siła jest wektorem. Siła wypadkowa jest sumą wektorową działających sił.

9. STATECZNOŚĆ SPRĘŻYSTA UKŁADÓW PRĘTOWYCH

TWIERDZENIA O WZAJEMNOŚCIACH

(M2) Dynamika 1. ŚRODEK MASY. T. Środek ciężkości i środek masy

Sprawozdanie powinno zawierać:

Energia potencjalna jest energią zgromadzoną w układzie. Energia potencjalna może być zmieniona w inną formę energii (na przykład energię kinetyczną)

ZASADA ZACHOWANIA MOMENTU PĘDU: PODSTAWY DYNAMIKI BRYŁY SZTYWNEJ

Udoskonalona metoda obliczania mocy traconej w tranzystorach wzmacniacza klasy AB

Referat E: ZABEZPIECZENIA OD SKUTKÓW ZWARĆ WIELKOPRĄDOWYCH W POLACH ROZDZIELNI SN

exp jest proporcjonalne do czynnika Boltzmanna exp(-e kbt (szerokość przerwy energetycznej między pasmami) g /k B

Przykład 3.2. Rama wolnopodparta

WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYK DYNAMICZNYCH PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

RUCH OBROTOWY Można opisać ruch obrotowy ze stałym przyspieszeniem ε poprzez analogię do ruchu postępowego jednostajnie zmiennego.

1. WZORY TRANSFORMACYJNE METODY PRZEMIESZCZEŃ

Moment siły (z ang. torque, inna nazwa moment obrotowy)

DRGANIA WŁASNE RAM OBLICZANIE CZĘSTOŚCI KOŁOWYCH DRGAŃ WŁASNYCH

Wykład 9. Fizyka 1 (Informatyka - EEIiA 2006/07)

Przykład 2.3 Układ belkowo-kratowy.

Opracować model przekaźnika różnicowego do zabezpieczania transformatora dwuuzwojeniowego. Przeprowadzić analizę działania przekaźnika.

Nieliniowe zadanie optymalizacji bez ograniczeń numeryczne metody iteracyjne optymalizacji

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 3. Analiza obwodów RLC przy wymuszeniach sinusoidalnych w stanie ustalonym

SYSTEMY UCZĄCE SIĘ WYKŁAD 5. LINIOWE METODY KLASYFIKACJI. Dr hab. inż. Grzegorz Dudek Wydział Elektryczny Politechnika Częstochowska.

WYWAŻANIE STATYCZNE WIRUJĄCYCH ZESTAWÓW RADIOLOKACYJNYCH

Projekt 6 6. ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

METODA USTALANIA WSPÓŁCZYNNIKA DYNAMICZNEGO WYKORZYSTANIA ŁADOWNOŚCI POJAZDU

MECHANIKA 2 MOMENT BEZWŁADNOŚCI. Wykład Nr 10. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

r i m r Fwyp R CM Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

Przykład 5.1. Kratownica dwukrotnie statycznie niewyznaczalna

dr inż. ADAM HEYDUK dr inż. JAROSŁAW JOOSTBERENS Politechnika Śląska, Gliwice

Ćw. 26. Wyznaczanie siły elektromotorycznej ogniwa na podstawie prawa Ohma dla obwodu zamkniętego

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY METODĄ STOKESA

SYMULACJA KOMPUTEROWA NAPRĘŻEŃ DYNAMICZNYCH WE WRĘGACH MASOWCA NA FALI NIEREGULARNEJ

Grupa: Elektrotechnika, wersja z dn Studia stacjonarne, II stopień, sem.1 Laboratorium Techniki Świetlnej

XXX OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

Stanisław Cichocki Natalia Nehrebecka. Zajęcia 4

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

- opór właściwy miedzi (patrz tabela 9.1), l długość nawiniętego na cewkę drutu miedzianego,

MECHANIKA BUDOWLI 2 1. UKŁADY PRZESTRZENNE

Warunek równowagi bryły sztywnej: Znikanie sumy sił przyłożonych i sumy momentów sił przyłożonych.

BADANIA OPERACYJNE. Podejmowanie decyzji w warunkach niepewności. dr Adam Sojda

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

SZACOWANIE NIEPEWNOŚCI POMIARU METODĄ PROPAGACJI ROZKŁADÓW

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

1. OKREŚLENIE PARAMETRÓW GEOTECHNICZNYCH

Drgania harmoniczne. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Metody Numeryczne 2017/2018

ROZWIĄZYWANIE DWUWYMIAROWYCH USTALONYCH ZAGADNIEŃ PRZEWODZENIA CIEPŁA PRZY POMOCY ARKUSZA KALKULACYJNEGO

ELEKTROCHEMIA. ( i = i ) Wykład II b. Nadnapięcie Równanie Buttlera-Volmera Równania Tafela. Wykład II. Równowaga dynamiczna i prąd wymiany

BADANIE WYBRANYCH PROCEDUR I STRATEGII EKSPLOATACYJNYCH

Ćw. nr 31. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie drgań - w.2

OGÓLNE PODSTAWY SPEKTROSKOPII

ĆWICZENIE 1 BADANIE WYBRANYCH PROCEDUR I STRATEGII EKSPLOATACYJNYCH

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Teoria niepewności pomiaru (Rachunek niepewności pomiaru) Rodzaje błędów pomiaru

LABORATORIUM MECHANIKI EKSPERYMENTALNEJ. Instrukcja do ćwiczenia

Modelowanie struktur mechanicznych

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Studia stacjonarne, II stopień, sem.1 Laboratorium Techniki Świetlnej

3. ŁUK ELEKTRYCZNY PRĄDU STAŁEGO I PRZEMIENNEGO

Pomiar mocy i energii

I PRACOWNIA FIZYCZNA, UMK TORUŃ WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOŚCI BRYŁY SZTYWNEJ ZA POMOCĄ WAHADŁA TORSYJNEGO

Stateczność układów ramowych

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

= σ σ. 5. CML Capital Market Line, Rynkowa Linia Kapitału

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W PILE INSTYTUT POLITECHNICZNY. Zakład Budowy i Eksploatacji Maszyn PRACOWNIA TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ INSTRUKCJA

WSPOMAGANE KOMPUTEROWO POMIARY CZĘSTOTLIWOŚCI CHWILOWEJ SYGNAŁÓW IMPULSOWYCH

STATYSTYKA. Zmienna losowa skokowa i jej rozkład

Teoria niepewności pomiaru (Rachunek niepewności pomiaru) Rodzaje błędów pomiaru

AERODYNAMICS I WYKŁAD 6 AERODYNAMIKA SKRZYDŁA O SKOŃCZONEJ ROZPIĘTOŚCI PODSTAWY TEORII LINII NOŚNEJ

Evaluation of estimation accuracy of correlation functions with use of virtual correlator model

( ) + ( ) T ( ) + E IE E E. Obliczanie gradientu błędu metodą układu dołączonego

Eugeniusz Rosołowski. Komputerowe metody analizy elektromagnetycznych stanów przejściowych

Rozkłady statystyczne w fizyce jądrowej

W praktyce często zdarza się, że wyniki obu prób możemy traktować jako. wyniki pomiarów na tym samym elemencie populacji np.

5. MES w mechanice ośrodka ciągłego

Modelowanie komputerowe przemian fazowych w stanie stałym stopów ze szczególnym uwzględnieniem odlewów ADI

Natalia Nehrebecka. Zajęcia 4

WYZNACZENIE ROZKŁADU TEMPERATUR STANU USTALONEGO W MODELU 2D PRZY UŻYCIU PROGRMU EXCEL

mgr inż. Wojciech Artichowicz MODELOWANIE PRZEPŁYWU USTALONEGO NIEJEDNOSTAJNEGO W KANAŁACH OTWARTYCH

Wykres indykatorowy Kąt obrotu wału korbowego [stopnie OWK]

Materialy dydaktyczne

Odczyt kodów felg samochodowych w procesie produkcyjnym

MGR Ruch drgający.

4. Zjawisko przepływu ciepła

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Transkrypt:

5 KATEDRA FIZYKI STOSOWANEJ PRACOWNIA FIZYKI Ćw. 5. Wyznaczane współczynna sprężystośc przy pomocy wahadła sprężynowego Wprowadzene Ruch drgający należy do najbardzej rozpowszechnonych ruchów w przyrodze. Szczególnym przypadem ruchu drgającego jest ruch harmonczny, tóry odbywa sę pod wpływem sły F lnowo zależnej od wychylena x woół pewnego puntu położena F=-x, gdze jest współczynnem proporcjonalnośc. Sła ta ma tę własność, że zmena swój erune na przecwny przy zmane znau wartośc wychylena. Przyładem taej sły jest sła sprężystośc pochodząca od sprężyny, ja poazano na rysunu. W przedstawonym przyładze współczynn jest współczynnem sprężystośc sprężyny. Rys.. Wahadło sprężynowe pozome. Ruch ul o mase m, zgodne z II prawem Newtona jest opsany równanem: ma F S F W ()

gdze a jest przyspeszenem, a F W F S wetorem sły dzałającej na masę m pochodzącym od sprężyny. jest sumą sł pochodzących z nnych źródeł nż sprężyna. W naszym przypadu, przedstawonym na rys., ruch odbywa sę wzdłuż ln prostej, tórą możemy oznaczyć jao oś X, z początem w położenu równowag masy (od ścan w odległośc równej długośc swobodnej sprężyny xm). Gdy pomnemy tarce, jedyną słą dzałającą wzdłuż os X jest sła pochodząca od sprężyny. Sły dzałające na masę m w nnych erunach nż w erunu os X równoważą sę w naszym uładze. Wobec tego sła może być przedstawona jao F S x(, a równane przyjmuje postać: d x( m x(. () Po prostych przeształcenach podstawenu m, () gdze jest częstoścą własną uładu, otrzymujemy następujące równane opsujące drgana harmonczne ne tłumone: d x( x(. (4) Jest to równane różnczowe jednorodne drugego stopna. Rozwązanem tego równana jest zależność funcyjna położena x masy od czasu w postac: x ( x sn( t ) (5) o orese Poneważ T m, możemy otrzymać wyrażene na ores wahadła sprężynowego: m T. (6) Realzacja w pratyce pozomego wahadła sprężynowego, tóre wyonuje drgana netłumone jest pratyczne nerealne ze względu na stnene sł tarca o podłoże. Gdy masę m zawesmy na sprężyne wówczas otrzymamy wahadło ponowe, co pozwala na wyelmnowane sł tarca, ale pojaw sę stała sła (cężośc Q ) dzałająca na cało podczas ruchu. Równane ruchu dla taego uładu przyjmuje postać: ma FS Q. (7) Poneważ ruch odbywa sę wzdłuż ln prostej możemy napsać: d x( m x( mg. (8) Po prostych przeształcenach oraz po podstawenu:, (9) otrzymamy równane: d x( x( g. () Rozwązanem taego równana jest następująca funcja: x( x sn( t x () x ) gdze jest stałą, tórą wyznaczamy z warunu równowag sprężyny, gdy obet m spoczywa. W taej sytuacj ampltuda drgań x jest zero x( x, gdze x jest wydłużenem sprężyny w stane równowag. Wówczas sła cężośc jest zrównoważona przez słę sprężystośc sprężyny, co oznacza, że: x mg ()

sąd mg x. () Wyrażene powyższe pozwala równeż na dośwadczalne wyznaczene stałej, jeśl znamy masę obetu zaweszonego na sprężyne wydłużene, tóre ten obet spowodował. Ostateczne, możemy stwerdzć, że częstość drgań wahadła sprężynowego ponowego będze taa sama ja dla wahadła pozomego, tylo punt równowag tego ruchu jest przesunęty. Rys.. Wahadło sprężynowe ponowe. W przypadu gdy sprężyna posada masę, to wolno ją pomnąć w sytuacj znaczne mnejszej masy sprężyny w stosunu do masy zaweszonego cężara. W nnych przypadach należy masę sprężyny uwzględnć. Dowolny fragment sprężyny o długośc l ma masę: l m m s, (4) l gdze ms jest masą całej sprężyny, l jest długoścą swobodną sprężyny. Jeśl wychylene ońcowego elementu sprężyny jest równe x (tyle samo co cężara zaweszonego), to wychylene elementu sprężyny w odległośc l od puntu zaczepena jest równe (l/l)x. Natomast prędość tego elementu jest równa (l/l)dx/. Stąd energa netyczna fragmentu sprężyny jest równa: l l dx ms dx E s mv m, s l l l Całowta energa netyczna sprężyny jest wobec tego równa: l ms dx ms dx dx, s l dl l ms l l 6 l l. (5) E. (6) A energa netyczna uładu (sprężyna cężare) będze wówczas równa: dx dx dx E, s m ms m ms. (7) 6 Energa netyczna tego uładu jest równoważna energ uładu ze sprężyną neważą, dla tórego masa cężara została powęszona o / masy sprężyny. Stąd możemy napsać, że ores drgań taego uładu jest równy:

T m ms. (8) Metoda pomaru Matoda. Na sprężyne zaweszamy pręt do mocowana obcążnów. Następne zwęszamy obcążene sprężyny merzymy wydłużene sprężyny pod wpływem danego obcążena. Współczynn sprężystośc jest równy stosunow cężaru zaweszonego na sprężyne do wartośc wydłużena spowodowanego tym obcążenem, tzn. Metoda Wprawając obcążoną sprężynę w drgana, merzymy ores drgań, a współczynn sprężystośc wyznaczamy z wzoru na ores drgań gdze mg/ x. m mp ms Tt (9) jest sumą mas obcążnów uwzględnonych w danym przypadu. Ores drgań wyznaczamy merząc czas welu pełnych drgań, żeby doładność jego pomaru była duża. Wyonane ćwczena Metoda. Ważymy na wadze szalowej elementy naszego uładu drgającego, wyznaczając masy: sprężyny ms, pręta do mocowana obcążnów mp, oraz obcążn m.. Zaweszamy na sprężyne pręt do mocowana odważnów.. Następne olejno dodajemy obcążn (m, m, m,...) merzymy wydłużene sprężyny pod wpływem całowtego cężaru zaweszonego na sprężyne. Otrzymane wartośc wpsujemy do tabel: L.p. m [g] x [mm].... Wszyste pomary pownny być zapsywane bez obrób przed zapsanem odczytanej wartośc ne należy przeprowadzać w pamęc żadnych, nawet trywalnych oblczeń. 4. Wartość stałej sprężystośc oblczamy dla ażdego pomaru ze wzoru: m g () x a następne oblczamy wartość średną z tych pomarów. Metoda

. Wyonujemy czynnośc opsane w puntach metody.. Wyznaczamy ores drgań (T) dla poszczególnych zestawów obcążnów merząc czas t dużej lczby n (mn. ) pełnych drgań uładu. Ores drgań T = t/n. Wyn pomarów wpsujemy do tabel L.p. m [g] t [s] T [s]..... Dla poszczególnych obcążeń przeształcając wyznaczamy współczynn sprężystośc ze wzoru: m 4, () T gdze m mp ms m, gdze mp jest masą pręta, ms masą sprężyny, a jest sumą mas obcążnów uwzględnona w danym przypadu. Nepewność pomaru współczynna sprężystośc sprężyny szacujemy wybrana metodą zastosowaną odpowedno do wzorów ( ) (). We wzorze () za m przyjmujemy sumę nepewnośc wyznaczana poszczególnych mas, czyl m =mp, + /ms + Zagadnena do olowum:. Wahadło sprężynowe, puntowe, fzyczne.. Drgana harmonczne netłumone, tłumone wymuszone.. Energa w ruchu harmoncznym. Lteratura:. D. Hallday, R. Resnc, J. Waler, Podstawy fzy, Wydawnctwo Nauowe PWN, Warszawa. Tom.. A. K. Wróblews, J. A. Zarzews, Wstęp do fzy, Wydawnctwo Nauowe PWN, Warszawa 99.. C. Kttel, W.D. Knght, M.A. Ruderman, Mechana, PWN, Warszawa 975. 4. J. Taylor, Wstęp do analzy błędu pomarowego, Wydawnctwo Nauowe PWN, 999. 5. G.L.Squres, Pratyczna Fzya, Wydawnctwo Nauowe PWN, Warszawa 99. 6. H. Szydłows, Pracowna fzyczna wspomagana omputerem, Wydawnctwo Nauowe PWN, Warszawa.