ĆWICZENIE 39
CZAS TRWANIA ZDERZENIA KUL
Opis układu pomiarowego
Rysunek przedstawia schemat ideowy przyrzÄ…du pomiarowego do wyznaczania czasu trwania
zderzenia sprężystego metalowych kulek. Przekazywanie energii odbywa się w czasie T ,
który można wyznaczyć w oparciu o zjawisko rozładowania kondensatora. Kondensator jest
Uo
ładowany do napięcia po zwarciu klucza W. Gdy klucz W zostanie następnie rozwarty
kondensator pozostanie naładowany, a różnicę potencjałów na jego okładkach wskazuje
woltomierz. Przekręcenie pokrętła komutatora K zwalnia kulki, które po zderzeniu powinny
ponownie zwierać się z elektromagnesami. W momencie zderzenia, kulki stykając się ze sobą
powodują zwarcie okładek kondensatora i kondensator rozładowuje się poprzez opór R .
U
Napięcie między okładkami kondensatora maleje od wartości Uo do wartości w czasie
trwania zderzenia T . Czas trwania zderzenia można wyznaczyć zapisując II prawo Kirchoffa
q
T
dq dt
dq q
= -
R + = 0
dla obwodu . RozdzielajÄ…c zmienne otrzymujemy
+" +"R Å" C .
q
dt C
qo 0
Uo
T = R Å" C Å" ln
Po scałkowaniu otrzymujemy czas rozładowania kondensatora .
U
ĆWICZENIE 39
Rys.1. Obwód do pomiaru czasu trwania zderzenia. Z zasilacze, A elektromagnesy.
W momencie zderzenia obwód elektryczny można przedstawić tak jak na rysunku
Rys.2. Schemat obwodu elektrycznego w momencie zderzenia.
Przeprowadzenie pomiarów
1.Sprawdzić zgodność połączenia wszystkich elementów układu pomiarowego ze schematem
przedstawionym na rysunku.
ĆWICZENIE 39
H1
2.Zmierzyć odległość jako odległość od ławy do najniżej położonego punktu kuli (nie do
środka kuli jak pokazano na rysunku, bo ze względu na warunki eksperymentu trudno jest
ustalić położenie środka kul).
3.Włączyć prąd w obwodzie elektromagnesów i na mierniku zasilacza ustawić wartość
natężenia płynącego prądu w obwodzie elektromagnesów na 1 A.
4.Odchylić kule tak, aby w położeniu odchylonym utrzymywał je elektromagnes.
H2
5.Zmierzyć odległość jako odległość od ławy do najniższego punktu kuli dla kul
H = H2 - H1
odchylonych i przytrzymywanych przez elektromagnes. Obliczyć odległość .
Samodzielnie oszacować niepewność maksymalną wyznaczenia H .
6.Włączyć drugi zasilacz w obwodzie kondensatora i przyciskając klucz telegraficzny W
naładować kondensator do napięcia rzędu U =100 120 V. Odczytać napięcie ze wskazań
o
woltomierza.
7.Naciskając przycisk przerwać na chwilę obwód elektromagnesów i zwolnić kule. Po ich
zderzeniu za pomocą przycisku ponownie zewrzeć obwód elektromagnesów, kule powinny
pozostać w położeniu odchylonym.
U
8.Odczytać na woltomierzu napięcie między okładkami kondensatora po jego częściowym
rozładowaniu.
Uwaga: Odczyt napięć U i U oraz otwieranie i zamykanie obwodu elektromagnesów należy
o
wykonywać na tyle szybko, aby nie następowało zauważalne rozładowanie
kondensatora przez powietrze.
9.Pomiary U i U należy powtórzyć piętnastokrotnie.
o
C = (3,0 Ä… 0,1) µ F
10.Przyjąć parametry układu: pojemność kondensatora , wartość rezystancji
R = (100 Ä… 1) &! Rk = (20,64 Ä… 0,01) m = (299,0 Ä… 0,1)
, promień kuli mm, masę kulki .
Opracowanie wyników pomiarów
" x
u(x) =
1.Obliczyć niepewności standardowe parametrów układu w oparciu o wzór .
3
2.Obliczyć wartości średnie napięć U i U oraz niepewności standardowe tych średnich
o
n
2
( xi - x)
"
wielkości w oparciu o wzór u x) = i= 1 .
(
(n - 1) n
Uo
T = R Å" C Å" ln
3.Obliczyć czas zderzenia kul .
U
ĆWICZENIE 39
4.W oparciu o zasadę przenoszenia niepewności oblicz niepewność złożoną względną czasu
2 2
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
2 2
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
u(R) u(C) 1 u(Uo ) 1 u(U )
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
zderzenia ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚ .
uc,r (T ) = + + +
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
Uo Uo ÷Å‚ ìÅ‚ Uo U ÷Å‚
R C ìÅ‚
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚
ln ln
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚ U Å‚Å‚ íÅ‚ U Å‚Å‚
5.Oblicz parametry określające wielkość deformacji: kul maksymalne wgniecenie
vot 2Å" g Å" H
T
r = 2Å" Rk Å" h
oraz największy promień zetknięcia kul .
h = = Å"
2 2 2
" x
u(x) =
6. Obliczyć niepewność standardową odległości H w oparciu o .
3
r
h
7.Obliczyć niepewność złożoną względną wielkości i korzystając ze wzorów:
2
2 2 2
ëÅ‚ öÅ‚
1 u(H ) u(T ) 1 u(Rk ) 1 u(h)
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
oraz ìÅ‚ ÷Å‚
uc,r (h) = + uc,r (r) = +
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
ìÅ‚
2 H T 2 Rk ÷Å‚ íÅ‚ 2 h
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚ Å‚Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
2Å" mÅ" g Å" H
Fh =
8.W oparciu o wzór wyznaczyć maksymalną siłę nacisku kul podczas
h
2 2 2
u(m) u(H ) u(h)
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
zderzenia i niepewność złożona względną
uc,r (Fh ) = + +
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
m H h
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚
mgH
E = 1,389
9.W oparciu o wzór wyznaczyć moduł Younga stali i jego niepewność
rh2
2 2 2 2
u(m) u(H ) u(h) u(r)
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
złożoną względną .
uc,r (E) = + + 2ëÅ‚ öÅ‚ +
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
m H h r
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚
10.Wyniki obliczeń zapisać w tabeli
r
U T h E
Uo Fh
[m]
[s]
[V] [m] [NÅ"m-2]
[V]
[N]
u(U ) u(T ) u(h) u(r) u(E)
u(Uo ) u(Fh )
[V] [s] [m] [m]
[NÅ"m-2]
[V] [N]
Zestawić wyniki, przeanalizować uzyskane rezultaty (także wykresy), wyciągnąć wnioski.
Stwierdzić czy cele ćwiczenia:
" wyznaczenie czasu trwania zderzenia dwóch metalowych kulek,
" wyznaczenie parametrów charakteryzujących deformację kulek podczas zderzenia,
" wyznaczenie parametru materiałowego stali modułu Younga,
został osiągnięty.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
LabFiz40 opisLabFiz26(1)LabFiz22 protokol3 Wyznaczanie współczynnika elektrochemicznego miedzi i stałej Faraday’a LabFiz23LABFIZ1id06109 LABFIZ9LabFiz5labfiz22LabFiz19LABFIZ36LabFiz42LabFiz5LabFiz24 protokolLABFIZ1LabFiz29bLabFiz19 protokolLabFiz9 protokolwięcej podobnych podstron