3FY - elevforsøk

Dette er ferdig no, men det kan henda eg legg til meir - sjekk inn mandag!

Følgande øvelsar blir lagt opp til muntlig eksamen:

• 1-4 Akselerasjonspendel
• 2-1 Vannrett kast med kule
• 2-4 Kjeglependel
• 2-5 Forsøk med bilbane
• 3-1 Elastisk støt
• 6-2 Retningen til kraften på strømleder i magnetfelt
• 7-1 Induksjon

1-4 Akselerasjonspendel

Dette var det forsøket vi gjorde for å finna akselerasjonen til Martin og Kristian som sprang i gangen. Utstyr: ein pendel montert på ei pappskive med "gradskive". Dette var ei pappskive inndelt i gradstrekar og tilhøyrande akselerasjonen.

Samanhengen mellom grader og akselerasjon er gitt ved:

a = g tan vinkel. Sjå eksempel 14 for utledning av dette.

Her var det stor usikkerhet i målingane!

Diskusjon: 0 grader: loddet heng rett ned, d.vs, a = 0. Det kan vi få hvis vi står i ro, eller hvis vi spring med konstant fart. 90 grader: Dette er umulig, for då får vi jo uendelig akselerasjon! Luftmotstand: Dette vi gi ein større vinkel og dermed større a, enn det som er verkelig

2-1 Vannrett kast med kule

A For å finna høyden stilte vi apparatet vertkalt og målte høyden. Då har vi at v² = v₀² + 2ah (den tidløse formelen). her må vi rekna med fortegn: positiv retning opp gir at a = -9.81. Farten v på toppen er null. dermed er v₀ = kvadratroten av 2gh.

B. Husk at her rekna vi positiv retning nedover. Husk at origo i koordinatsystemet er oppe til venstre der kula starta.

C: Du må kunna forklara korfor vi kan rekna x- og y-retning for seg. Sjå uavhengighetsloven side 24.

Spørsmål

• Bevegelsen er: konstant fart i x-retning v_x = v₀(ingen kraftkomponent i horisontal retning dermed ingen a) og akselerasjon i y, (konstant lik g og retning nedover)
• Tegnar vi inn fartskomponentane v_x og v_y = gt i eit punkt og lagar vektorsummen av disse skal vi få ein vektor som er tangent til banen.
• Hvis vi snur på formelen x = v₀t får vi t = x/v₀. Set vi dette inn i formelen y = 1/2gt² får vi uttrykt y som ein funksjon av x: y = ax² der a er ein konstant som er lik 1/2 g/v₀². Dette er ein andregradsfunksjon. Altså blir kurven vi får ein parabel.
• Vi kan finna funksjonen ved å bruka regresjon på dei punkta vi målte. Dette gir oss ein a som vi kan samanlikna med den teoretiske.

Feilkilder: målefeil, var det vannrett kast? (lett for at det vart litt vinkel på utskytingen for at kula skulle ligga i ro.)

2-4 Kjeglependel

Sjå side 55 i boka.

Vi brukte ikkje dei forholda (3 til 5) som står på tegningen trur eg (?), men det betyr ingenting. Poenget er at når vi lagar ein tegning med riktig vinkel og tegnar inn kreftene (tyngden G og snorkraften S, så skal summen av disse (dvs. resultantkraften) bli ein vektor i retning mot sirkelens sentrum. Men det er vanskelig. Det er usikkerhet i målingane, spesielt for S. Dessuten er det lett for at S blir litt for liten sidan det alltid er litt friksjon i "knappen", og då får vektorsummen retning litt nedover.

Teoretisk skal Fres vera lik m4pi²r/T²(Dette får vi ved å bruka Newtons andre lov, formelen for sentripetalakselerasjon og setta v = 2pi r/T)

2-5 Forsøk med bilbane (stålkule)

Når kula akkurat slepp (eller held på å sleppa taket) er normalkraften N lik 0. Det er bare G som virkar og akselerasjonen er lik g. Set vi denne lik sentripetalakselerasjonen, (den går fremdeles i sirkel, men bare så vidt) så får vi at v² = gr.

Hvis vi reknar punktet B som vårt nullpunkt for potensiell energi, så får vi at Ep i P = Ek i B. Høyden i P (vertikal avstand mellom P og B) er lik h-2r. Altså har vi at mg(h-2r) = 1/2 m v². Innsatt verdien for v², og forkorta bort m, får vi at g(h-2r) = 1/2 gr. Her kan vi også korta g, og flytta over 2r slik at vi står igjen med

h = 2r + 1/2r = 5/2 r.

Alt dette er forutsatt at den mekaniske energien er bevart, altså at det ikkje er friksjon og luftmotstand. Hadde vi tatt dette med ville vi fått ein større h. Vi har også sett bort i frå at kula roterer, og at den dermed har ein rotasjonsenergi. Hadde vi tatt med det villl det også bidratt til at h vart større fordi vi hadde fått eit ledd til på høgre side i energiregnskapet vårt: Ep = Ek + Erotasjon.

I punktet A er det to krefter som virkar (sjå feks figur 2-24 nederst) Normalkraften N virkar opp og G virkar ned. Resultantkraften virkar opp og er lik N - G. Her kan vi bruka energiregnskap for å finna farten, denne gong med A som nullpunkt. Vi får då at mhh = 1/2 mv² dvs,v² = 2gh. Set vi dette inn i formelen for sentripetalaks, får vi a = 2gh/r. Her kan vi setja inn uttrykket vi fant for h over. Det gir at a = 5G. Altså er resultantkraften i G lik 5G. Når vi veit at Fres = N - G kan vi då finna N som Fres + G = 5G + G = 6G.

3-1 Elastisk støt

Denne øvelsen kan du gjera som interaktiv animasjon på http://www27.brinkster.com/oyro/fysikk/3FY/elastisk.html (eller gå via fysikk.tk)

TEORI:

Vi har to likningar som gjeld her:

m₁u₁ + m₂u₂ = m₁v₁ + m₂v₂ (bevaring av bevegelsesmengde.) og

v₁ + u₁ = v₂ + u₂. (forenkla formel for bevaring av energi Jamfør eks. 13 s. 80.)

I vårt tilfelle set vi at v₂= 0 (vogn 2 står i ro før støtet)

Dermed blir likningssettet vårt slik:

I: u₂ = v₁ + u₁ og II: m₁u₁ + m₂u₂ = m₁v₁

Vi set uttrykket for u₂ (frå I) inn i likning II:

m₁u₁ + m₂(v₁ + u₁) = m₁v₁

Forsøk 1 Vognene har like store massar:

Vi set alle massane lik m, og kan forkorta alle m-ane.

Dette gir at u₁ = 0, og dermed blir lik u₂ = v₁

Med andre ord, når massane er like så "bytter vognene fart".

Forsøk 1 Vogn 2 har tre ganger så stor masse som vogn 1

Vi set inn m₂ = 3 m₁ og kan forkorta alle massane m₁.

Dette gir u₁ + 3(v₁ + u₁) = v₁

4u₁= -2v₁ eller u₁= -1/2v₁

og u₂ = 1/2v₁

Med andre ord: Vogn 1 snur og får ein fart som er halvparten av det den hadde, og vogn 2 får samme fart som vogn 1, men i motsatt retning.

6-2 Retningen til kraften på strømleder i magnetfelt

Jamfør kapittel 6-2. Dette er ein øvelse i høgrehåndsregelen.

7-1 Induksjon

Her må du først bruka Lenz' regel for å finna polariteten på spolen. Deretter finn du straumretningen i spolen ved å bruka høgrehåndsregelen (Sjå side 147, spesielt figur 6-25

---