Uwaga: Nie przesuwaj ani nie pochylaj stołu, na którym wykonujesz doświadczenie.



Podobne dokumenty
Doświadczalne wyznaczanie współczynnika sztywności (sprężystości) sprężyny

Doświadczalne wyznaczanie współczynnika sztywności (sprężystości) sprężyn i współczynnika sztywności zastępczej

Rozwiązanie: Część teoretyczna

Tutaj powinny znaleźć się wyniki pomiarów (tabelki) potwierdzone przez prowadzacego zajęcia laboratoryjne i podpis dyżurujacego pracownika obsługi

Wyniki pomiarów okresu drgań dla wahadła o długości l = 1,215 m i l = 0,5 cm.

Podstawy niepewności pomiarowych Ćwiczenia

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

Doświadczalne badanie drugiej zasady dynamiki Newtona

Rozwiązanie zadania D1

(t) w przedziale (0 s 16 s). b) Uzupełnij tabelę, wpisując w drugiej kolumnie rodzaj ruchu, jakim poruszała się mrówka w kolejnych przedziałach czasu.

Dynamika ruchu postępowego, ruchu punktu materialnego po okręgu i ruchu obrotowego bryły sztywnej

Doświadczalne sprawdzenie drugiej zasady dynamiki ruchu obrotowego za pomocą wahadła OBERBECKA.

Graficzne opracowanie wyników pomiarów 1

Ruch jednostajnie przyspieszony wyznaczenie przyspieszenia

Badanie ciał na równi pochyłej wyznaczanie współczynnika tarcia statycznego

Ćw. nr 1. Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

Kuratorium Oświaty w Lublinie ZESTAW ZADAŃ KONKURSOWYCH Z FIZYKI DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2015/2016 ETAP OKRĘGOWY

POWTÓRKA PRZED KONKURSEM CZĘŚĆ 8

Fizyka I (mechanika), rok akad. 2011/2012 Zadania na ćwiczenia, seria 2

ĆWICZENIE 3 REZONANS AKUSTYCZNY

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Sprawozdanie Ćwiczenie nr 14 Sprężyna

przybliżeniema Definicja

Ćw. 32. Wyznaczanie stałej sprężystości sprężyny

Ćwiczenie: "Kinematyka"

Uczennica wyznaczyła objętość zabawki o masie 20 g po zanurzeniu jej w menzurce z wodą za pomocą sztywnego, cienkiego drutu (patrz rysunek).

PROJEKT EDUKACYJNY CZY ŚWIAT BEZ TARCIA JEST MOŻLIWY?

a, F Włodzimierz Wolczyński sin wychylenie cos cos prędkość sin sin przyspieszenie sin sin siła współczynnik sprężystości energia potencjalna

DOKŁADNOŚĆ POMIARU DŁUGOŚCI

Rozdział 1. Prędkość i przyspieszenie... 5 Rozdział 2. Składanie ruchów Rozdział 3. Modelowanie zjawisk fizycznych...43 Numeryczne całkowanie,

Temat: OD CZEGO ZALEŻY SIŁA TARCIA?

m 0 + m Temat: Badanie ruchu jednostajnie zmiennego przy pomocy maszyny Atwooda.

Dlaczego samochody mają koła?

Ćwiczenie 1 Metody pomiarowe i opracowywanie danych doświadczalnych.

Anna Nagórna Wrocław, r. nauczycielka chemii i fizyki

Rys. 1Stanowisko pomiarowe

KOOF Szczecin:

Rachunek Błędów Zadanie Doświadczalne 1 Fizyka UW 2006/2007

Opracowanie wyników pomiarowych. Ireneusz Mańkowski

ZASADY GRY W MINI SIATKÓWKĘ NA PLAŻY KLEBARK OPEN KIDS edycja 2013

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

Pomiar indukcji pola magnetycznego w szczelinie elektromagnesu

ROZWIĄZUJEMY ZADANIA Z FIZYKI

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

KLASA I PROGRAM NAUCZANIA DLA GIMNAZJUM TO JEST FIZYKA M.BRAUN, W. ŚLIWA (M. Małkowska)

DYNAMIKA ZADANIA. Zadanie DYN1

Zasady dynamiki Newtona

We wszystkich zadaniach przyjmij wartość przyspieszenia ziemskiego g = 10 2

Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA PRZEZ ZGINANIE

DOKUMENTACJA SYSTEMU ZARZĄDZANIA LABORATORIUM. Procedura szacowania niepewności

Struktury bioniczne: ćwiczenia i karty pracy

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 11: Moduł Younga

Test powtórzeniowy nr 1

XLIII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Scenariusz lekcji fizyki

Test powtórzeniowy nr 1

Podstawowy problem mechaniki klasycznej punktu materialnego można sformułować w sposób następujący:

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

Wyznaczanie współczynnika sztywności sprężyny. Ćwiczenie nr 3

FIZYKA Kolokwium nr 2 (e-test)

1. POMIAR SIŁY HAMOWANIA NA STANOWISKU ROLKOWYM

Ćwiczenie: "Ruch po okręgu"

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

Opis ćwiczenia. Cel ćwiczenia Poznanie budowy i zrozumienie istoty pomiaru przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Henry ego Katera.

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

Procedura szacowania niepewności

Materiały pomocnicze 5 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Przykładowe zadania z działu: Pomiary, masa, ciężar, gęstość, ciśnienie, siła sprężystości

Paweł Kogut. Projekt efizyka Multimedialne środowisko nauczania fizyki dla szkół ponad gimnazjalnych. Wirtualne Laboratorium Fizyki Ćwiczenie:

KONKURS MATEMATYCZNO FIZYCZNY 11 marca 2010 r. Klasa II

Zakład Dydaktyki Fizyki UMK

Bryła sztywna Zadanie domowe

DYNAMIKA SIŁA I JEJ CECHY

Na wykresie przedstawiono zależność drogi od czasu trwania ruchu dla ciał A i B.

4. Jeżeli obiekt waży 1 kg i porusza się z prędkością 1 m/s, to jaka jest jego energia kinetyczna? A. ½ B. 1 C. 2 D. 2

PLAN REALIZACJI MATERIAŁU NAUCZANIA FIZYKI W KLASIE PIERWSZEJ GIMNAZJUM WRAZ Z OKREŚLENIEM WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH

BADANIE DRGAŃ TŁUMIONYCH WAHADŁA FIZYCZNEGO

FIZYKA LABORATORIUM prawo Ohma

Wyznaczenie reakcji belki statycznie niewyznaczalnej

Grupa A. Sprawdzian 2. Fizyka Z fizyką w przyszłość 1 Sprawdziany. Siła jako przyczyna zmian ruchu

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 13 RUCH OBROTOWY BRYŁY SZTYWNEJ. CZĘŚĆ 3

DOKŁADNOŚĆ POMIARU DŁUGOŚCI 1

Tarcie poślizgowe

Jak poprawnie napisać sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z fizyki?

09P POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII. POZIOM PODSTAWOWY (dynamika ruchu prostoliniowego)

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego (Katera)

Zadanie 18. Współczynnik sprężystości (4 pkt) Masz do dyspozycji statyw, sprężynę, linijkę oraz ciężarek o znanej masie z uchwytem.

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

PLAN REALIZACJI MATERIAŁU NAUCZANIA FIZYKI W GIMNAZJUM WRAZ Z OKREŚLENIEM WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH

Praca i energia Mechanika: praca i energia, zasada zachowania energii; GLX plik: work energy

U: Dyskutują na temat przykładów podanych przez nauczyciela.

LVII Olimpiada Fizyczna (2007/2008)

Instrukcja właściwego wykonania wykresów na zajęcia dydaktyczne.

ZASADY DYNAMIKI NEWTONA

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

LABORATORIUM Z FIZYKI

14P POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII. POZIOM PODSTAWOWY (od początku do grawitacji)

LXVIII OLIMPIADA FIZYCZNA

Transkrypt:

Mając do dyspozycji 20 kartek papieru o gramaturze 80 g/m 2 i wymiarach 297mm na 210mm (format A4), 2 spinacze biurowe o masie 0,36 g każdy, nitkę, probówkę, taśmę klejącą, nożyczki, zbadaj, czy maksymalna siła tarcia statycznego papieru o papier jest wprost proporcjonalna do siły nacisku w zakresie wartości sił nacisku na jednostkę powierzchni od 0 do 16 Pa. Wyznacz współczynnik tarcia statycznego papieru o papier w tym zakresie. Przyjmij, że przyspieszenie ziemskie wynosi g = 9,81 m/s 2. Uwaga: Nie przesuwaj ani nie pochylaj stołu, na którym wykonujesz doświadczenie. Rozwiązanie: Część teoretyczna: Współczynnik tarcia statycznego pomiędzy dwoma ciałami definiuje się jako stosunek maksymalnej siły tarcia T, gdy te ciała nie poruszają się względem siebie, do siły nacisku F N jednego ciała na drugie: = T/F N. W celu wyznaczenia współczynnika tarcia papieru o papier został wykorzystany następujący układ eksperymentalny: Na stole przyklejono za pomocą taśmy jedną kartkę papieru (A). Kolejne kartki były źródłem siły nacisku F N. Do pierwszej z kartek obciążających (B) przymocowano nitkę. Dzięki temu można było określić maksymalną wartość siły tarcia T, gdy kartki A i B spoczywają względem siebie. Wartość T wyznaczano poprzez obiążanie kartkami drugiego końca nitki przełożonej

przez probówkę przymocowaną przy krawędzi stołu. Jednego ze spinaczy użyto jako haczyka do wieszania kartek-odważników. Zgodnie z przedstawiona w treści zadania hipotezą T = F N = M g, (1) gdzie M oznacza masę kartek położonych na kartce A. Z drugiej strony, siła tarcia T jest równa sile naciągu nitki na odcinku poziomym. Niech oznacza stosunek sił naciągu nitki na odcinku pionowym i poziomym, czyli: = m g / T, (2) gdzie m g to ciężar wiszący na nitce z boku stołu. Zakładając, że współczynnik tarcia nitki o probówkę nie zależy od siły nacisku nitki na probówkę, parametr będzie stały. Wyznaczono go korzystając z następującego układu pomiarowego: Probówkę przyklejono taśmą do stołu w ten sposób, że znaczna część jej długości wystawała poza krawędź stołu. Przez probówkę przewieszono nitkę z przywiązanymi do jej końców haczykami ze spinaczy. W toku eksperymentu na obu haczykach wieszano kolejno odważniki (połówki kartek i całe kartki) i wyznaczano pary obciążeń m 1 g i m 2 g, dla których nitka zaczynała się przesuwać. Jeżeli siła naciągu nitki po prawej stronie probówki to N 1, po lewej stronie to N 2, a na szczycie probówki to N 3, wówczas czyli N 1 / N 3 = N 3 / N 2 =, (3) = (N 1 / N 2 ) 1/2 = (m 1 / m 2 ) 1/2. (4) Znając wartość można zmierzyć i wykreślić zależność T od M g, aby sprawdzić, czy te dwie wielkości łączy zależność liniowa i czy można wyznaczyć wartość współczynnika.

Część doświadczalna Kartkę A (podłoże) naciągnięto i oklejono taśmą, aby zminimalizować jej pofałdowanie, które mogłoby przeszkadzać w przesuwaniu się kartek względem siebie. Kartkę B i pozostałe kartki obciążające były złożone na pół, aby mieściły się na podłożu i nie tarły o stół lub taśmę klejącą przytrzymującą kartkę A. Nitkę przewleczono przez otwór kartki B wykonany jak najbliżej zgięcia i przyklejono od wewnątrz złożonej kartki do jej dolnej połowy, aby uniknąć unoszenia górnej części podczas ciągnięcia. Od spodu probówki przyklejono wykonaną z wielokrotnie złożonego papieru podpórkę, która zapobiegała opadaniu probówki. Dzięki temu odcinek nitki między kartką B a probówką był naciągniety i przebiegał poziomo nie dotykając podłoża. Podczas całego eksperymentu sprawdzano, czy poziomy odcinek nitki był naciągnięty prostopadle do krawędzi stołu. Aby probówka nie przechylała się w dół podczas pomiarów współczynnika tarcia nitki o probówkę, tę ostatnią mocno przyklejono do stołu. W obu eksperymentach na spinaczach wieszano jako odważniki połówki kartek lub całe kartki. Jako niepewność pomiaru wielkości m g i m 1 g przyjęto ciężar 1/4 kartki. Pominięto zdecydowanie mniejszą niepewność wynikającą z niedokładnego dzielenia kartek na połowy. Oznacza to jednocześnie, że wielkości M g i m 2 g przyjęto jako wartości dokładne. Podczas pomiarów wyznaczano najmniejszą liczbę odważników, która nie pozwalała na zachowanie równowagi statycznej. Zatem zmierzona wartość obciążenia stanowiła górne ograniczenie na szukane wielkości m g i m 1 g odpowiadające obciążeniom granicznym, przy których oba układy pomiarowe wciąż pozostawały w równowadze statycznej. Aby zbliżyć się do poszukiwanych wartości m g i m 1 g, od zmierzonych wyników odjęto ciężar 1/4 kartki (czyli 1/2 najmniejszego użytego odważnika). Kartki wieszano delikatnie, aby uniknąć szarpnięcia spinacza i nitki. Przy wyznaczaniu parametru siły tarcia nitki o probówkę unikano dotykania o siebie kartek zawieszonych po dwóch stronach probówki; pomocne w tym było użycie stosunkowo długiej nitki. W obu eksperymentach wykonano 3 serie pomiarów, których wyniki (wyrażone w liczbie kartek) znajdują się w poniższych tabelach: M (liczba kartek) m (liczba kartek) seria 1 seria 2 seria 3 1 0,5 0,5 0,5 2 1 1 1 3 2 1,5 1,5 4 2,5 2,5 2 5 2,5 3 2,5 6 3,5 3 3 7 3,5 3,5 3 8 4 4 4 9 4 4,5 4 10 4,5 4,5 4,5 11 5 5 4,5

m 2 m 1 (liczba kartek) (liczba kartek) seria 1 seria 2 seria 3 0,5 1,5 1 1 1 2 2 2 1,5 3 2,5 3 2 3,5 3,5 4 2,5 4,5 4 4,5 3 5 5 5,5 3,5 6 6,5 6 4 6,5 7 7 4,5 7,5 8 8 5 8 8,5 8 Przy wyznaczaniu parametru siły tarcia nitki o probówkę przyjęto założenie, że o ile siła tarcia rośnie ze zwiększaniem sumarycznego obciążenia nici Q p = m 1 g + m 2 g, to nie zależy od Q p w badanym zakresie sumarycznego obciążenia. Dlatego dla każdej wartości Q p korzystając ze wzoru (4) obliczono odpowiednią wartość. Wartości te następnie uśredniono. Na rysunku poniżej linia ciągła oznacza średnią wartość parametru sr, a linie przerywane arbitralnie wybrany przedział zmienności. Połowę szerokości tego przedziału przyjęto jako niepewność wyznaczenia wartości średniej. W ten sposób uzyskano sr = 1,29 0,03. Następnie korzystając ze wzoru (2) obliczono wartości siły tarcia T dla różnych wartości siły nacisku F N i wykreślono na rysunku poniżej. W badanym zakresie sił nacisku

błąd względny tej wielkości jest przynajmniej 2-krotnie większy od błędu względnego parametru sr, dlatego słupki błędów na wykresie poniżej uwzględniają tylko niepewność siły nacisku (odpowiadającą ciężarowi 1/4 kartki). Linia ciągła została poprowadzona na oko, a jej współczynnik kierunkowy wynosi 0,35. Prosta ta dość dobrze oddaje zaobserwowany trend proporcjonalności maksymalnej siły tarcia do siły nacisku, co było postulowane w treści zadania, chociaż w prezentowanych powyżej danych można zauważyć pewne odchylenie od liniowości dla największych (w badanym zkaresie) sił nacisku na jednostke powierzchni. Linie przerywane wyznaczają arbitralnie wybrany przedział, a połowa różnicy współczynników nachylenia tych linii została przyjęta jako niepewność wyznaczenia współczynnika nachylenia linii ciągłej. Ostatecznie uzyskano = 0,35 0,03.