Gimnazija Brežice 2021/2022
1
10. vaja: Drugi Newtonov zakon
1. NALOGA
Preverite premo sorazmerje pospeška telesa in rezultantne sile.
Primerjajte pojemajoče in pospešeno gibanje vozička.
2. POJASNILO
Drugi Newtonov zakon nam pove, da je pospešek telesa premo sorazmeren z rezultantno silo in obratno sorazmeren z maso. Pove tudi, da ima pospešek smer rezultantne sile. Zapišemo ga lahko z enačbo 𝑎⃗ = 𝐹⃗
𝑚.
Pri vaji boste uporabljali osebni računalnik z nameščenim operacijskim sistemom Windows ter programi Word, Excel in Logger Pro.
Z računalnikom boste s pomočjo računalniškega vmesnika LabPro povezali ultrazvočni sledilnik gibanja teles (detektor gibanja). Ta merilnik določa razdaljo, na kateri se nahaja telo (slika 1), proti kateremu je usmerjen ultrazvočni snop žarkov.
Najmanjša razdalja, ki jo lahko natančno izmeri je 40 cm (15 cm). Program Logger Pro na osnovi meritev razdalje in časa z odvajanjem določi hitrost in pospešek telesa.
Čas trajanja merjenja nastavite v oknu Data Collection (gumb v orodni vrstici).
Po prvem merjenju izbrišite v tabeli stolpec, v katerem so izračunani podatki o pospešku telesa (menijska vrstica Data|Delete Column|Acceleration), ker teh podatkov ne potrebujete.
S pomočjo merilne opreme in programa Logger Pro lahko ponavljate merjenje do želenega rezultata. Če ste z meritvijo zadovoljni, jo shranite (menijska vrstica Experiment|Store Latest Run), sicer jo izbrišete (menijska vrstica Experiment|Clear Latest Run). Podatki, ki ste jih nazadnje izmerili, so v stolpcih v skrajnem levem delu tabele. Zadnji shranjeni podatki se pojavijo v enako poimenovanih stolpcih v skrajnem desnem delu tabele. Posamezno shranjeno merjenje lahko preimenujete z ukazom v menijski vrstici Data|Data Set Options. Če podatkov zadnjega merjenja ne izbrišete ali shranite, jih podatki novega merjenja nadomestijo (»povozijo«) v prvih stolpcih tabele.
Med obdelavo podatkov boste ustvarili več grafikonov tako, da v menijski vrstici izberete Insert|Graph. S pomočjo grafikona boste prikazali odvisnost dveh količin, ki jih lahko izberete s pomočjo ukaza Options|Graph Options….
Lahko v datoteki programa Logger Pro pripravite več strani in postavite vsak grafikon na novo stran z ukazom v menijski vrstici Page|Add page…. Primerno poimenujte posamezno stran glede na njeno vsebino z ukazom Page|Page options….
V datoteki programa Logger Pro z ukazom Insert|Text odprete okno, v katerega si lahko zapišete podatke, ki jih boste potrebovali pri merjenju.
Gimnazija Brežice 2021/2022
2
3. POTREBŠČINE
osebni računalnik,
računalniški vmesnik LabPro,
ultrazvočni sledilnik gibanja,
voziček,
večja utež (npr. mase 2,0 kg),
škripec,
nosilec uteži, ki bodo vlekle voziček,
šest manjših uteži, tehtnica.
4. POTEK VAJE
Pripravite osebni računalnik in priključite nanj merilno opremo (računalniški vmesnik LabPro in ultrazvočni sledilnik gibanja). Vključite računalnik in se prijavite z uporabniškim imenom in geslom dijak. Ustvarite na namizju računalnika svojo mapo in jo poimenujte s številko vaje in svojimi imeni. V to mapo boste shranili dve datoteki, ki jih boste ustvarili in oblikovali s pomočjo programa Logger Pro. V isto mapo shranite datoteko z vašim poročilom o vaji.
S pomočjo tehtnice določite maso vozička, večje uteži, nosilca uteži in manjših uteži z natančnostjo desetinke grama. Postavite škripec na rob mize, napeljite vrvico čez škripec in obesite na vrvico nosilec uteži. Na nosilec uteži postavite eno manjšo utež tako, kot je prikazano na sliki 1. Preostale manjše uteži in eno večjo utež postavite na voziček.
V nadaljevanju boste z merilno opremo določali lego obteženega vozička v odvisnosti od časa. Nastavite čas trajanja merjenja na štiri sekunde.
Opravite pet meritev tako, da odmaknete voziček od škripca za dolžino vrvice in ga spustite v trenutku, ko pritisnete na gumb . Pripravite si graf v(t).
Shranite merjenje, če se je voziček približno eno sekundo gibal enakomerno pospešeno, kar lahko razberete iz grafa v(t).
Prestavljajte po eno manjšo utež z vozička na nosilec uteži in ponavljajte merjenje. Pri vseh merjenjih mora biti skupna masa vseh gibajočih se teles enaka.
Oblikujte tabelo tako, da so za vsako merjenje prikazane naslednje količine: čas, razdalja in hitrost. Izbrišite stolpec s podatki o pospešku telesa.
Ko shranite zadnje merjenje, bi morala vaša tabela biti sestavljena iz šestih enakih delov (zadnje (šesto) merjenje, prvo merjenje, drugo merjenje,… peto merjenje) s po tremi stolpci.
ultrazvočni sledilnik
Slika 1: Postavitev merilnih pripomočkov
Gimnazija Brežice 2021/2022
3
Za vsako shranjeno merjenje izdelajte grafikon v(t) in določite strmino dela grafa, ko je bilo gibanje vozička enakomerno pospešeno. Naj bodo grafikoni enako veliki in zloženi kaskadno tako, da so enostavno dosegljivi. Lahko oblikujete datoteko programa Logger Pro tako, da vsebuje več strani, in postavite na vsako stran en grafikon.
Naslednji del naloge lahko naredite v novi ali v obstoječi datoteki programa Logger Pro. Vstavite v tabelo dva nova stolpca s podatki o pospešku vozička in teži visečih uteži. Program deluje tako, da se vstavljena stolpca pojavita v vseh šestih delih tabele. Potrebujete ju le v prvem delu tabele (skrajno levo). Zato vse preostale skrijte. Izdelajte grafikon pospeška vozička v odvisnosti od teže visečih uteži. Komentirajte obliko grafa in pojasnite fizikalni pomen strmine grafa.
Kolikšna naj bi bila vrednost strmine grafa a(F)? Ocenite relativno napako strmine grafa a(F). Shranite datoteko s podatki iz prvega dela vaje.
Ustvarite novo prazno datoteko programa Logger Pro. Razporedite manjše uteži tako, da bo samo ena na nosilcu visečih uteži in preostale na vozičku. Postavite voziček tik za škripec tako, da miruje. S klikom na gumb zaženite merjenje in takoj za tem potisnite voziček stran od škripca. Voziček se bo gibal najprej stran od škripca in za tem nazaj proti škripcu. Izdelajte grafikon v(t) gibanja vozička in pojasnite obliko posameznih delov grafa. Določite strmino dela grafa v(t), ko se je voziček gibal enakomerno pojemajoče stran od škripca, in strmino dela grafa, ko se je voziček gibal enakomerno pospešeno nazaj proti škripcu. Komentirajte dobljeni vrednosti strmine.
Prikažite v poročilu vse omenjene grafikone in jih komentirajte.
