آزمایش تحقیق قوانین نیوتن: تفاوت میان نسخه‌ها
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
رده:گزارش آزمایشگاه حذف شد با استفاده از ویکینسک:ردهساز |
بدون خلاصۀ ویرایش |
||
خط ۱:
==هدف از اجرای آزمایش
تحقیق قانون اول و دوم نیوتن به وسیله ماشین آتوود و به وسیله ریل هوا. ==مقدمه==
این قوانین عبارتند از:
الف – قانون اول نیوتن :
چنانچه
(1-3) اگر
ب – قانون دوم نیوتن: اگر نیرو یا نیروهایی به یک نقطهای با یک دستگاه و یا سیستم وارد شود جسم دارای شتابی متناسب و هم جهت بانیرو با برآیند نیروها
(2-3) ▼
ج- قانون سوم نیوتن: عمل متقابل دو جس روی یکدیگر همیشه مساوی و در جهت عکس یکدیگر میباشد و در نیرو فقط یک جنبه تاثیر متقابل بین دو جسم است یعنی:▼
▲ج- قانون سوم نیوتن: عمل متقابل دو
==معادلات حرکت
برای معادله سرعت داریم:
(4-3) ▼
(4-3)
اگر بعد از زمان و مکان منطبق بر یکدیگر باشند برای حرکت مستقیم الخط با سرعت ثابت معادله جابجای نسبت به زمان به شکل زیر بدست میآید.▼
▲اگر بعد از زمان و مکان منطبق بر یکدیگر باشند برای حرکت
(5-3) X=Vt یا یا
اگر زمان و مکان بر هم منطبق نباشند معادله فوق به صورت زیر
(6-3) X= Vt+ x
که در حالتی برقرار است که حرکت جسم شتابدار نباشد
چنانچه حرکت جسم در اثر نیروی داخلی یا خارجی شتابدار باشد بر طبق تعریف شتاب:
(7-3) یا
چنانچه حرکت شتابدار منظم یا به عبارتی با شتاب ثابت باشد یعنی تغییرات سرعت نسبت به زمان دارای نظم خاصی باشد در اینصورت:
(8-3) و
اگر باشد
(9-3)
که معادله سرعت برحسب زمان برای حرکت شتابدار با شتاب ثابت است.
برای
(10-3) ▼
که با استفاده از معادلات (10-3) و (9-3) میتوانیم بنویسیم:▼
(
برای بدست آوردن معادله مسیر مستقل از زمان حرکت شتابدار با شتاب ثابت زمان t را بین دو معادله (10-3) و (9-3) حذف میکنیم:▼
(11-3)
▲برای بدست آوردن معادله مسیر مستقل از زمان حرکت شتابدار با شتاب ثابت زمان t را بین دو معادله (10-3) و (9-3) حذف
(12-3)
معادلات (5-3) و (9-3) و (11-3) و (12-3) معادلات لازم به منظور تعیین موقعیت (فضا- زمان) جسم در حرکت با سرعت ثابت یا با شتاب ثابت نامیده
لوازم مورد نیاز: الف – دستگاه ماشین آتوود- نخ- وزنههای شکافدار – زمانسنج▼
==لوازم مورد نیاز==
ب- دستگاه ریل و نقاله – نخ – آهنربای الکتریکی- زمانسنج برقی- نقاله – حسکنندههای نوری
==روش اجرای آزمایش: تحقیق قوانین نیوتن به وسیله ماشین آتوود
ماشین آتوود مطابق شکل ( 3 ) تشکیل شده است از یک خطکش یا متر فلزی با طول نسبتاً زیاد که معمولاً بر روی تختهای نصب شده است و این تخته برروی پایهای فلزی، پیچهای قابل تنظیم سوار است. اجزاء دستگاه ماشین آتوود عبارتند از قرقره R و وزنههای P و Q قلابدار – حلقه جداکننده Bو مقداری وزنههای شکافدار m و نخ.
شکل ص 49
شکل ص 50
==تئوری آزمایش
اگر شتاب به طرف بالا را مثبت فرض کنیم در این صورت شتاب وزنه P را برابر a و شتاب وزنه Q را برابر a در نظر میگیریم.
در شکل (2-3) (الف-ب) نیروهایی که روی دو وزنه P و Q اثر میکنند نشان دادهایم و T عبارت از کشش نخ است.
شکل ص 50
در این صورت:
برای وزنه P:
برای وزنه Q:
از ترکیب معادلات فوق خواهیم داشت:
▲(13-3)
(13-3)
(14-3)
در حالتی که سربار m وجود ندارد:
(15-3)
که همان
الف – بررسی قانون اول نیوتن: مطابق شکل (3-3) حلقه B را در مقابل یکی از درجات خطکش دستگاه ثابت کنید و پیچهای پایه دستگاه را بگونهای تنظیم کنید که وزنه Q درست از وسط حلقه B عبور کند اینک سربار m را روی وزنه Q قرار داده آن را در یک فاصله معین از حلقه B مثلاً 20 سانتیمتر قرار دهید. شکل (1-3) هر بار فاصله بین حلقه جداکننده B و کفه نگهدارنده C که آن را با X نشان میدهیم مطابق مقادیر موجود در جدول (1-3) قرار داده و با هر بار رها کردن دستگاه به وسیله زمان سنج از لحظهای که سربار m در حلقه جداکننده B باقی میماند تا زمانی که وزنه Q به کفه نگهدارنده C میرسد را اندازهگیری کرده و سپس مقادیر سرعت و سرعت متوسط را محاسبه و در جدول (1-3) ثبت نموده و از روی نتایج بدست آمده در مورد قانون اول نیوتن و صحت آن توضیح دهید.▼
▲الف – بررسی قانون اول نیوتن: مطابق شکل (3-3) حلقه B را در مقابل یکی از درجات خطکش دستگاه ثابت کنید و
خطای نسبی را بدست آوردید و روی یک برگه کاغذ میلیمتری تغییرات X را برحسب t رسم کنید از روی شیب خط V را بدست آورید.
ب – بررسی تناسب سرعت با زمان: مجدداً حلقه جداکننده B را در مسیر حرکت وزنه Q قرار داده برای یک X ثابت 5/0 متری مطابق
شکل ص 52
ج- بررسی تناسب نیرو با شتاب: دستگاه را مطابق شکلهای (7 و 6 و 5-3) سوار نموده به طوریکه جرم کل دستگاه یعنی مجموع وزنههای p و Q و وزنههای شکافدار همواره مقدار ثابتی باقی بماند به این منظور کافی است هربار جای
شکل ص 52
د- تحقیق قانون دوم نیوتن: حلقه B را از مسیر وزنه Q خارج کنید و سربار 5 گرمی را روی وزنه Q قرار داده و کفه C را به ترتیب در فواصل جدول (4-3) قرار دهید و همزمان با رها نمودن وزنه Q و زمانسنج را به کار انداخته و زمان لازم برای طی مسافت X را اندازه بگیرید (شکل 8-3)
| |||