Lineáris erőtörvény vizsgálata és rugóállandó meghatározása

Hasonló dokumentumok
Mérést végezte: Varga Bonbien. Állvány melyen plexi lapok vannak rögzítve. digitális Stopper

2. Rugalmas állandók mérése

Rezgés tesztek. 8. Egy rugó által létrehozott harmonikus rezgés esetén melyik állítás nem igaz?

3. Az alábbi adatsor egy rugó hosszát ábrázolja a rá ható húzóerő függvényében:

Rugalmas állandók mérése (2-es számú mérés) mérési jegyzõkönyv

Rugalmas állandók mérése

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Rugalmas állandók mérése

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

2. MECHANIKA 2. MECHANIKA / 1. ω +x

11.3. Az Achilles- ín egy olyan rugónak tekinthető, amelynek rugóállandója N/m. Mekkora erő szükséges az ín 2 mm- rel történő megnyújtásához?

Folyadék belső súrlódásának mérése

Mikroszkóp vizsgálata és folyadék törésmutatójának mérése (8-as számú mérés) mérési jegyzõkönyv

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Függvények Megoldások

3. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK február 13.

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Tömegmérés stopperrel és mérőszalaggal

Rugalmas állandók mérése

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

1. MECHANIKA Periodikus mozgások: körmozgás, rezgések, lengések

Komplex természettudomány 3.

19. A fényelektromos jelenségek vizsgálata

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Tanári mydaq pályázat

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

Méréselmélet és mérőrendszerek 2. ELŐADÁS (1. RÉSZ)

Mérési hibák

Jegyzőkönyv. hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálatáról (3)

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

Rezgések és hullámok

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

, és tömege m 400g. . A bot B végét egy surlódás nélküli csuklóhoz rögzitve, Mihai azt észleli, hogy ha F 3N

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

29. Nagy László Fizikaverseny Szalézi Szent Ferenc Gimnázium, Kazincbarcika február osztály

1. Gauss-eloszlás, természetes szórás

Méréselmélet és mérőrendszerek

Mechanikai rezgések = 1 (1)

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

Mechanika I-II. Példatár

Olimpiada de Fizică Etapa Naţională 9-15 aprilie 2007 Hunedoara

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

Figyelem! Csak belső és saját használatra! Terjesztése és másolása TILOS!

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

Elméleti előadás Bővített kiadás (Nem prezentációnak szánt változat) Készítette: Boldizsár Zoltán Attila

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

A nagyobb tömegű Peti 1,5 m-re ült a forgástengelytől. Összesen: 9p

Werner Miklós Antal május Harmonikusan rezgő tömegpont. 2. Anharmonikus rezgések harmonikus közelítése Elmélet...

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Peltier-elemek vizsgálata

A FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ SZÓBELI VIZSGA TÉMAKÖREI június

Mérési jegyzőkönyv. M1 számú mérés. Testek ellenállástényezőjének mérése

Galilei lejtő golyóval (golyó, ejtő-csatorna) stopperóra, mérőszalag vagy vonalzó (abban az esetben, ha a lejtő nincsen centiméterskálával ellátva),

Egyenes vonalú egyenletes mozgás vizsgálata

Modern fizika laboratórium

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 12. Infravörös spektroszkópia

Feladatok megoldásokkal az első gyakorlathoz (differencia- és differenciálhányados fogalma, geometriai és fizikai jelentése) (x 1)(x + 1) x 1

2. MECHANIKA Periodikus mozgások: körmozgás, rezgések, lengések

Mechanika - Versenyfeladatok

Mag-mágneses rezonancia

Rezgőmozgások. Horváth András SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

Rácsvonalak parancsot. Válasszuk az Elsődleges függőleges rácsvonalak parancs Segédrácsok parancsát!

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 4. gyakorlat

Gépészmérnöki alapszak Mérnöki fizika ZH NÉV: október 18. Neptun kód:...

Szilárd testek rugalmassága

1. Az egyenes vonalú egyenletes mozgás kísérleti vizsgálata és jellemzői. 2. A gyorsulás

Rezgőmozgás, lengőmozgás

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MATEMATIKA KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI 1. FELADATSORHOZ

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

(III) Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata (Ablakhoz közeli mérőhely)

Rezgő testek. 48 C A biciklitől a világűrig

A mérési eredmény megadása

A mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Newton-gyűrűkkel Folyadék törésmutatójának mérése Abbe-féle refraktométerrel

Differenciálegyenletek december 13.

Concursul Preolimpic de Fizică România - Ungaria - Moldova Ediţia a XVI-a, Zalău Proba experimentală, 3 iunie 2013

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Mérje meg a lejtőn legördülő kiskocsi gyorsulását a rendelkezésre álló eszközök segítségével! Eszközök: Kiskocsi-sín, Stopperóra, Mérőszalag

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

8.1. A rezgések szétcsatolása harmonikus közelítésben. Normálrezgések. = =q n és legyen itt a potenciál nulla. q i j. szimmetrikus. q k.

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

3. fizika előadás-dinamika. A tömeg nem azonos a súllyal!!! A súlytalanság állapotában is van tömegünk!

Newton törvények, erők

Öveges korcsoport Jedlik Ányos Fizikaverseny 2. (regionális) forduló 8. o március 01.

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

1. MECHANIKA. Periodikus mozgások: körmozgás, rezgések, lengések

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika ZH, október 10.. CHFMAX. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Átírás:

Lineáris erőtörvény vizsgálata és rugóállandó meghatározása A mérés célja Szeretnénk igazolni az F=-Dx skaláris Hooke-törvényt, azaz a rugót nyújtó erő és a rugó megnyúlása közt fennálló lineáris kapcsolatot, szeretnénk igazolni a rugóból, és a rá kötött testből álló harmonikus oszcillátorra jellemző rezgésidőre vonatkozó TT = 2ππ μμ DD összefüggést, valamint ez utóbbi formula segítségével szeretnénk meghatározni a D rugóállandót (mindkét összefüggés csak kis kitérésekre igaz). (F: kitérítési erő, D: direkciós állandó, x: kitérés, T: rezgésidő, µ: a rugóra akasztott test tömege + a rugó effektív tömege) Mérőeszközök két rugó, eltérő rugóállandóval állvány mozgatható helyzetjelző cúszkával mérőszalag a rugó végére akasztható, kampós végű pálca a súlyok felhelyezésére több (5 db.), egyenként 50g tömegű acélsúly stopperóra A mérés rövid leírása Először a mérőszalagot és az első rugót rögzítjük az állványon, a rugóra 100g terhet akasztunk, majd megállítva a rugó rezgését, az egyik helyzetjelzőt kicsivel a megnyúlt rugó alatt rögzítjük ez lesz a maximális kitérés helye. A rugóra akasztott súlyt a helyzetjelző szintjéig húzzuk, és elengedjük, ügyelve, hogy a rugó függőlegesen rezegjen. Két teljes periódust várunk (a tranziens állapot miatt), majd a stopperral megmérjük tíz teljes periódus hosszát. A mérést négyszer végezzük el ezzel a súllyal, majd az egész eljárást ugyanígy megismételjük 150g, 200g, 250g tömegű súlyokra is. Ezután ismét nyújtatlan állapotban rögzítjük a rugót az állványon, mellette a mérőszalagot. A helyzetjelzőt a rugó végéhez rögzítve, ennek segítségével a mérőszalagon leolvassuk a rugó nyújtatlan l 0 hosszát. A rugó végére először 100g, majd 150g, 200g, 250g tömegű súlyokat rögzítünk, és megmérjük a rugó megnyúlt, l i hosszát. A két mérést elvéhezzük a másik rugóval is. Vázlatos rajz a mérési elrendezésről 1

Mért adatok első rugó: l 0 =52mm m i (g) 10 T i (s) 10 T i (s) 10 T i (s) 10 T i (s) 100 5,38 5,25 5,31 5,35 150 6,65 6,97 6,72 6,72 200 7,66 7,59 7,97 7,78 250 8,75 8,31 8,60 8,31 2

m i (g) l i (mm) 100 138 150 185 200 312 250 275 második rugó: m i (g) 10 T i (s) 10 T i (s) 10 T i (s) 10 T i (s) 100 3,53 3,57 3,72 3,41 150 4,03 4,12 4,03 4,03 200 4,81 5,26 4,87 4,91 250 5,35 5,38 5,40 5,44 3

l 0 =61mm m i (g) l i (mm) 100 89 150 116 200 134 250 156 Lehetséges hibaforrások érzékszervi-leolvasási hibák (mérőszalag) reakcióidő (stopperóra) a lineáris összefüggés csak közelítés, ami csak kis kitérésekre igaz a közegellenállás miatt a rugó csillapodik nem biztos, hogy mindig sikerült egyforma mértékig kitéríteni a rugót a súlyok nem biztos, hogy teljesen egyformák voltak Kiértékelés Az egyik illesztendő egyenes Δll(mm ii ) = mm ii gg DD alakú, ahol a D direkciós állandó az egyenes iránytangensében jelenik meg; tengelymetszete az origó. A tömeggel rendelkező rugót felbonthatjuk egy tömegtelen rugóra, és egy, formálisan a rugó végére képzelt, m eff effektív tömegű testre, ahol m eff m rugó /3, és µ=m i +m eff. A TT = 2ππ μμ egyelőséget átalakítva a következő egyeneshez jutok: DD 4

mm ii = DD TT2 4ππ 2 mm eeeeee. Bevezetve a ξξ = TT2 4ππ2 jelölést, megkapom az illesztendő egyenes egyenletét: mm ii (ξξ) = DDξξ mm eeeeee ; ahol az egyenes iránytangense adja a D direkciós állandót, az y tengellyel vett metszéspont pedig (közvetetten) a rugó tömegét, ami a mérésből egyébként szintén kiszámítható. Az egyeneseket GNUPLOT programmal illesztettem. első rugó: m i (kg) 10TT(ss) TT(ss) ξξ(ss 2 ) m mért - m számított=δm (kg) 0,10 5,32 0,532 0,0072 0,0044 0,15 6,77 0,677 0,0116-0,0052 0,20 7,75 0,775 0,0152-0,0041 0,25 8,49 0,849 0,0182-0,0428 Az adatokra GNUPLOT programmal a következő egyenest illesztettem: mm ii (ξξ) = 13,56ξξ 0,002, amiből a rugóállandó 13,56 N/m-nek adódott. A téglalapmódszerrel számított hiba ΔD=±3,67 N/m. 5

m i (g) Δl (m) Δl számított - Δl mért 0,1 0,086 0,011 0,15 0,133 0, 002 0,2 0,173-0,001 0,25 0,223 0,031 A GNUPLOT programmal illesztve a következő egyenest kaptam: Δll(mm ii ) = 0.88mm ii 0,001, amiből a D (g=9,81m/s 2 esetén) 11,15 N/m-nek adódott. A meredekség hibája téglalapmódszerrel számítva, GNUPLOT programmal Δ(g/D)=±0,114m 3 /Ns 2 -nek adódott. második rugó: m i (kg) 10TT(ss) TT(ss) ξξ(ss 2 ) m mért - m számított=δm (kg) 0,10 3,50 0,35 0,0031-0,01 0,15 4,05 0,405 0,0042 0.0142 0,20 5,39 0,539 0,0074-0,0154 0,25 5,76 0,576 0,0084-0,0403 Az adatokra egyenest illesztve a GNUPLOT programmal a következő egyenlethez jutottam: mm ii (ξξ) = 24,91ξξ + 0,0311, amiből a rugóállandó 24,91N/m-nek adódik. A téglalapmódszerrel végzett hibaszámítás eredményeképpen a ΔD=±6,6N/m-nek adódott. 6

m i (g) Δl (m) Δl számított - Δl mért 0,1 0,028-0,0072 0,15 0,055 0,0003 0,2 0,073-0,0012 0,25 0,095 0,0013 A GNUPLOT programmal az adatokra a következő egyenes illesztettem: ΔΔΔΔ(mm ii ) = 0.39mm ii 0.0038, amiből a D értéke (g=9,81m/s 2 esetén) 25,15 N/m-nek adódik. Téglalapmódszerrel számítva a g/d érték hibája ±0,048 m 3 /Ns 2 -nek adódott. Diszkusszió Mindkét rugó esetén kis hibával (<10%) igazolni tudtuk a lineáris összefüggést. Az első rugó direkciós állandója 13,56±3,67N/m-nek, a másodiké 24,91±6,6N/m-nek adódott, ami már jelentősebb hibát mutat, és eltér a másik típusú mérésből következő értéktől. (A rugó tömegét nem sikerült elfogadható hibahatáron belül kimérni.) A rezgésidőn alapuló mérésben több az emberi hibaforrás, ezért a másik fajta mérés eredménye hihetőbb (és kisebb hibát is adott). 7