Tanulókísérlet Ajánlott évfolyam 9., 10. Idıtartam 80 perc A lendületmegmaradás vizsgálata ütközı kiskocsikkal PIC idıméréssel fotokapukkal F.22 B.P. Kötelezı védıeszközök Balesetvédelmi figyelmeztetések Szükséges eszközök Szükséges anyagok Dinamikai készlet PIC idımérıvel Fotokapuk Sin, kiskocsik, nehezékek Rugós erımérı A kísérlet leírása, menete A sínre helyezett két kiskocsival rugalmas és rugalmatlan ütközéseket vizsgálunk különbözı m 1 /m 2 tömegarány beállítással, a kiskocsikra tett megfelelı nehezékekkel. Rugalmas ütközésekhez rugót, rugalmatlanhoz speciális tépızár készletet használunk. A PIC idımérı ütközések funkcióját használva a fotokapuk megfelelı elhelyezésével a kiskocsi zászló közöttük haladhasson el akadálytalanul a kiskocsik sebességeit mérhetjük az ütközés elıtt és után. A PIC idımérı pontos használata a mellékelt leírás tartalmazza! A fotokapukat a várható ütközési helytıl jobbra balra 10-15cm-re helyezzük el! A rugós erımérıvel ellenırizhetjük a nehezék és kiskocsi tömegének egyenlıségét. Így hozhatjuk létre a 2m, 3m tömegő kocsit.
A mérési / megfigyelési feladatok 1. Álló kiskocsinak ütköztessünk mozgót! Olvassuk le az elsı fotokapun áthaladó kiskocsi áthaladási idejét a PIC idımérın, majd a második kiskocsi idejét a második fotokapun! A zászló szélessége (cm) és az áthaladási idık (s) hányadosa adja a sebességértékeket (cm/s). Ismételjük meg a rugalmas ütközéseket úgy, hogy az álló, majd meglökött kocsi tömegét nehezékkel növeljük meg! Utóbbi két esetben a rugalmas ütközést követıen mindkét kocsi mozogni fog, így az 1. és 2. kapun is 1-1 oda, 1-1 ütközés utáni ( vissza ) idı mérhetı, melybıl v 1, v 2, v 1 ', v 2 ' számítható. ( v 2 most még 0.) A kezdısebességet a kiskocsiknak lökéssel adjuk meg! 2. Mindkét kiskocsit lökéssel egymással szemben ütköztessük! Próbáljuk egyforma kezdısebességet adni! Elıször legyen egyforma a két tömeg, majd állítsunk be kb. 2/1, majd 3/1 tömegarányt! Olvassuk le a PIC idımérın az ütközés elıtti, majd a visszapattanás utáni idıket! Számítsuk ki v 1, v 2, v 1 ', v 2 ' -t! Minden mérést 3-szor végezzünk el! (A felsoroltak alapján ez összesen 18 mérést jelent!) 3. Ismételjük meg az 1. majd 2. méréseket, ez esetben a tépızárfelszerelést alkalmazva rugalmatlan ütközésekként! Annyiban módosulnak a mért adatok, hogy v 1 ', v 2 ' helyett mindig csak egy közös v'-t mérhetünk! (Ismét összesen 18 mérés). Tanári segítséggel elemezzük a tapasztalatokat!
PIC FOTOKAPUS IDİMÉRİ Két fotokapu (1., 2.) csatlakozik a jelfeldogozó egységhez. Különbözı funkciók állíthatók be rajta. A displayen minden esetben a mért idık jelennek meg s-ban vagy ms-ban. A továbbiakban a fotokapuk érzékelıinek állapotát 1-gyel jelöljük, ha van jel, azaz a kapu szabad és 0-val ha a jelet a kapun áthaladó tárgy megszakítja. A kapun való áthaladás ideje tehát az 1/0 váltástól (lefutó él) a 0/1 váltásig (felfutó él) között eltelt idı. A kapun való áthaladás sebessége minden esetben s/t-bıl számítható, ahol t az áthaladás mért ideje, s az áthaladó tárgy (kiskocsira szerelt zászló) szélessége. Praktikusan érdemes ezt 1cmes méretőre kialakítani. Így a mindenkori sebességek (cm/s-ban) a mért idı (s-ban) reciproka. A Function/Reset gombbal állíthatjuk be a különbözı funkciókat, egyben az egyes mérések újraindításakor az elızıek adatai ezzel törölhetık. A lehetséges funkciók Idımérés 1 kapun P. 1. jelzés után a mért idı számértéke jelenik meg (pl. 1,08 s vagy 68,4 ms) Idımérés 2 kapun való áthaladás között: A mért idı az elsı kapun az 1/0 váltástól a második kapun az 1/0 váltásig. Ez esetben a sebesség számításához szükséges s a két kapu távolsága. Több folyamatos mérés lehetséges, ezek a Recall visszanézhetık (E1, E2, E3, stb.) Ütközések Mindkét kapu mér egy 1. áthaladási idıt ( oda ): P1.1, P2.1, és egy 2.-at ( vissza ): P2.1, P2.2. Ha a mérést befejeztük, a display minden további nélkül a 4 mérés adatait 1-2 másodpercig egymás után léptetve kiírja, a folyamatot újra és újra kezdve. (pl: P1.1 66,3 ms, P2.1 44,8 ms, P2.2 56,6 ms, P1.2 88,4 ms, stb) új mérés elıtt a Function/Reset gombbal nullázzunk. Gyorsulás mérés ( Acc.) Az elsı kapu méri a rajta áthaladás idejét (P1), a második kapu a rajta áthaladásét (P2), majd a Recall gombbal a P1, P2 adatok után P1-2 adat is megjelenik, ez a 2. pontban leírt két kapu közötti elhaladás ideje. Az elıbbiekben leírtak alapján számolható v 1, v 2 ill. v= v 2 - v 1, amihez a P1-2 t adatot felhasználva: a= v/ t. Gravitációs gyorsulás mérés (Gravity Acc.) A mérés menete lényegében az elızı pontban leírtak szerint, valamint egy mágneses golyóindító csatlakoztatásával és egy Atwood ejtıgép apparátussal együtt használható a Magnet on indítással. Harmonikus mozgások periódusidejének mérése (Cyclon) Akár inga lengésideje, akár rugón rezgı test rezgésideje mérhetı egyetlen fotokapuval. Egy perióduson belül kétszer halad át a kapu elıtt mozgó test, a rendszer a 2. pontban leírtak szerint mér, de már a féllengések darabszámát is kiírja.