Eszközszükséglet: Erők összetevőit bemutató asztal 4 db csigával, nehezékekkel (Varignon-asztal)

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Eszközszükséglet: Erők összetevőit bemutató asztal 4 db csigával, nehezékekkel (Varignon-asztal)"

Ottó Lukács
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 A Varignon-féle asztallal végzett megfigyelések és mérések célkitűzése: Az erők testekre való hatásának és az erők összeadódásának(eredő erő) megfigyelése. Az egyensúlyi erő és az eredő erő kapcsolatának megismerése Eszközszükséglet: Erők összetevőit bemutató asztal 4 db csigával, nehezékekkel (Varignon-asztal) A mérés elméleti háttere Ha egy anyagi pontot egyidejűleg több erőhatás ér, akkor ezek együttes hatása egyenértékű a vektori eredőjüknek megfelelő hatással. Statikus egyensúly esetén a pontszerű testre ható erők vektor összege nulla, más szóval az erőhatások kiegyenlítik egymást: ΣF = 0 Az erőhatások függetlenségének elve: az anyagi pontot érő erőhatások egymást nem befolyásolják, következményeik egymásra rakódnak. Ha a testet érő valamennyi erőhatást felbontjuk derékszögű összetevőikre, akkor azokra a fenti feltételnek külön-külön is teljesülnie kell: ΣFx= 0; ΣFy= 0; ΣFz= 0 Pierre Varignon ( ) francia fizikus és matematikus Varignon Newtontól függetlenül foglalkozott a statika tudományával, astatikáról szóló könyve majdnem egyidőben jelent meg Newton Principia című könyvével. A merev testek egyensúlyának problémáját az erők felbontása segítségével oldotta meg, könyvében már a ma is érvényes felfogásban tárgyalja a problémákat. Eszközismertető A 40 cm átmérőjű erőasztalka lapja egy kerületén fokbeosztásokkal ellátott, vízszintes, sík korong, amelynek kerületére csigákat lehet rögzíteni, és az ezeken keresztülvezetett zsinórok végeire terheket lehet akasztani. Az asztalka lapja (a korong) egy stabil, nehéz háromlábon álló, függőleges tartórúd felső végére van rögzítve. A háromláb szintező csavarjaival a berendezés tökéletesen vízszintbe állítható. 1. oldal

2 A központi gyűrű helyzete egyensúly esetén: egyik oldalról sem támaszkodik a középponti tűnek. Ha nincs egyensúly, akkor a fémgyűrű a középponti tűre feszül. Ha ez a tű nem lenne ott, akkor a rendszer -Newton II. törvénye értelmében- az eredő erő irányába gyorsulna. Az erőasztal egyszerű egyensúlyi helyzete: 4 egyenlő nagyságú, szimmetrikusan elhelyezkedő erő. Az erőasztal egyszerű egyensúlyi helyzete: 3 különböző nagyságú, nem szimmetrikusan elhelyezkedő teher által kifejtett erőhatás. 2. oldal

3 A kísérlethez kapcsolódó számítás és megfigyelések leírása Az erők nagysága a teherrel, az erő iránya a peremre szerelt csigák áthelyezésével változtatható. A nagy korong középpontját jelzi a középponti tű, és egyúttal azt is megakadályozza, hogy igen kiegyensúlyozatlan helyzetben az egész rendszer lefusson az asztalkáról. Javasolt a nagyobb terhekkel való kísérletezés, mert így a súrlódás relatív hatása kisebb.. A peremre szerelt csigák áthelyezésével addig mozgatjuk a szálakat (változtatjuk az erő irányát), amíg a gyűrű már egyik oldalról sem feszül neki a középponti tűnek. Ekkor a gyűrű statikus egyensúlyi helyzetbe kerül, mivel a rá ható erők eredője nulla. A kialakult egyensúlyi helyzetről vázlatrajzot kell készíteni, feljegyezni az irányokat és a terhek nagyságát- 1. feladat Gyűjts mérés nélkül tapasztalatokat az asztal működéséről! A társaddal, nehezékek használata nélkül próbáljátok egyensúlyi helyzetet kialakítani az asztalon: Mindketten fogjatok kézbe egy-egy zsinórt, válasszatok ki egy-egy húzási irányt, majd alakítsatok ki egyensúlyi helyzetet. Egyikőtök növelje, majd csökkentse az egyik kötélre kifejtett erőt. Figyeljétek meg, hogyan mozdul el a középgyűrű. 2. feladat Állíts elő egyensúlyi helyzeteket! Két, azonos nagyságú erő esetén 100g nehezéket Felülnézeti rajz: Az erőkhöz tartozó vektorábra 3. oldal

4 három, azonos 200g nehezéket három, azonos 250g nehezéket négy, azonos 270g nehezéket F4= Négy, azonos 280g nehezéket F4= Megváltozik-e az egyensúlyi helyzet akkor, ha mindegyik erőt (tömeget) ugyanannyi szorosára változtatjuk?? oldal

5 3. feladat Rakj össze három nehezéket, jegyezd fel a súlyukat! Keresd meg az egyensúlyi helyzetet, majd készíts arról vázlatrajzot! Jelöld a zsinórok helyzetét, azonosítsd be, hogy melyik erőhöz tartoznak, és olvasd le a bezárt szögeket is. 4. feladat Az alábbi két erő adott: 3N, helyzete: 320 1,8N, helyzete: 60 Keresd meg azt az F3 ellenerőt, amely tökéletesen kiegyensúlyozza őket. Akkor éred el ezt az egyensúlyt, amikor a karika középre kerül. Az F1,2 eredő erő az az egyetlen erő, ami tökéletesen kiegyenlíti az F3 ellenerőt. Az F1 és F2 erők, vagy az eredő erejük (F1,2) is használható arra, hogy az F3 ellenerőt kiegyensúlyozzuk A megtalált egyensúlyi helyzetről készíts vázlatrajzot! Jelöld a zsinórok helyzetét, azonosítsd be, hogy melyik erőhöz tartoznak, és olvasd le a bezárt szögeket is. Az ismeretek ellenőrzése: Ki volt Varignon? Mi a szerepe a Varignon-féle asztalka a peremére szerelt csigáknak? Mi a szerepe a középponti tűnek? Fogalmazd meg a statikus egyensúly feltételét! Felhasznált szakirodalom: Dr. Szalai Béla: Fizika (Műszaki Könyvkiadó, 1982) Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete (Gondolat kiadó, Budapest, 1986) Fizika gimnáziumok szakosított tantervű II. osztálya számára (Tankönyvkiadó, Budapest, 1975) Dr. Halász Tibor: Mozgások, energiaváltozások (Mozaik könyvkiadó, 2006) 5. oldal

Hasonló dokumentumok

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn A mérés célkitűzései: A lejtőn lévő testek egyensúlyának vizsgálata, erők komponensekre bontása. Eszközszükséglet: állítható hajlásszögű lejtő különböző fahasábok kiskocsi erőmérő 20 g-os súlyok 1. ábra